摘 要

本论文立足于当前高校图书馆座位管理的现状，针对目前大多数高校图书馆普遍存在的阅览室座位资源利用率低下的问题，设计了一套基于Android的智能服务系统。此系统采用APP作为连接用户和图书馆的开发工具，从线上预约以及其他人性化（诸如：信息推送、星级服务等）服务的基础上展开说明。并结合扫描二维码或输入验证码解锁技术提供了一套功能较为完善的服务系统，最大程度的提高了图书馆阅览室座位的利用率，使得图书馆座位这一公共资源让用户以更合理的方式共享。

本论文首先以武汉某高校图书馆作为研究背景，对图书馆阅览室座位的信息管理与使用情况进行了详细的调查；其次通过对阅览室座位管理的现状以及所面临的主要问题进行分析，完成了系统工作流程的设计，进而明确了用户使用该系统时主要的功能需求，同时也详细阐述了本系统使用的关键技术，最后研究了如何利用二维码扫描技术或输入验证码实现预约信息的验证，并提出了基于WIFI模块的电磁锁针对座位状态的监控问题的解决思路，力求从根本上解决图书馆阅览室座位利用率低下的问题。

关键词：安卓；二维码；用户验证；在线预约

Abstract

This paper starts from the status quo of seat management in current university libraries, and designs a set of intelligent service system based on APP to solve the problem of low management efficiency of seat resources in library reading rooms. This system uses APP as a development tool for connecting users and libraries, and explains it on the basis of online reservations and other user-friendly services (such as information push, star service, etc.). In combination with the scanning QR code or inputting verification code unlocking technology, a set of more complete service systems are provided to maximize the utilization rate of the library seats, so that the library's seat resources can be shared by users in a more rational, full and fair way.

First of all, this paper takes a university library in Wuhan as a background for development. It investigates and studies the information management and use of the library reading room in detail. Secondly, it completes the system work by analyzing the status quo of the seat management in the reading room and the main problems faced by the library. The design of the process further clarified the main functional requirements of the system. At the same time, the key technologies applied in the system were also introduced in detail. Finally, the method of verifying the reservation information using the two-dimensional code scanning technology or inputting verification code was studied, and the WIFI-based module was used. The electromagnetic lock proposes a solution to the problem of monitoring the seat status, and strives to fundamentally solve the bad seat occupancy behavior of the library.

Keywords: library; online booking; APP management; QR code scanning;verification code

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 2

1.3 研究的内容和意义 2

1.4论文组织结构 3

第2章 系统相关知识和关键技术介绍 4

2.1 Android系统 4

2.1.1Android发展前景 4

2.1.2 Android框架 4

2.2 二维码 5

2.2.1二维码概述 5

2.2.2 QR二维码及其结构 5

2.2.3 QR二维码的编码 6

2.2.4 QR 二维码的解码 7

2.2.5二维码生成技术 8

2.2.6二维码扫描原理 8

2.3 电磁锁原理与结构 9

2.4数据库 10

2.5本章小结 10

第3章 系统设计 11

3.1系统总体工作流程 11

3.2 系统的功能架构设计 12

3.3 系统设计实现 14

3.3.1 系统总体结构设计 14

3.3.2软件系统的实现 15

3.3.3 数字验证系统的实现 23

3.4本章小结 28

第4章 结论与展望 29

参考文献 31

附录A 软件核心代码 32

附A1 座位信息代码 32

附A2 用户信息代码 34

附A3 用户注册-登录代码 36

附A4 时间选择代码 42

附A5 座位选择代码 45

致 谢 48

绪论

本章将主要介绍本文所提出的一种新型智能服务系统和验证系统的研究背景、国内外研究现状、研究的内容和意义以及论文的组织结构。

1.1研究背景

大学图书馆是高校学生提升自我，增长见识的第一选择，可是大学图书馆的不良占座行为却相当常见，用私人物品占座已然成为了图书馆分配座位的主要规则。在临近各类考试期间，占座现象严重；然而在学习压力较小的时期想要在图书馆找到一个空座位也很不容易。究其原因无非是许多同学把图书馆阅览室座位当做自己的私人物品，用书、包、杯子等私人物品占座。学生占座学习本身具有积极的一面，但是占而不坐的行为却严重影响了他人对公共资源的使用，直接导致了图书馆座位利用率低下的问题。对于这种现象，早已引起了众多同学的不满和图书馆管理层的关注，但一直没有得到很好的解决。事实上，占到座位的一部分学生每天不会花太多时间在图书馆里学习，他们会用各种私人物品作为他们的占座工具，在此期间随时可能离开图书馆去处理各种事情。面对这样的现象，许多高校并没有坐视不管，而是采用了各种各样的解决方法。比如加强素质教育，设置管理员增强管理；增加图书馆内桌椅的数量，充分利用图书馆的空间利用率等。但是，这些都是治标不治本的方法，由于“法不责众”这种根生蒂固的思想和庞大的学生体系，使得这些方法只能短暂的缓解乱占座的现象，过一段时间后，一切都恢复原样。因此，采取科学化和信息化地管理手段是对高校图书馆阅览室座位资源高效利用的必然趋势。

本论文以武汉某高校图书馆作为研究背景，其建筑面积近5000平方米，阅览室座位5000多个，现有工作人员229人，由4个综合分馆、2个阅览分馆组成。由于此图书馆拥有5000多个座位提供给用户读书学习，使得管理人员管理工作负担过重，管理费用也相应提高，所以传统的图书管理和服务方式已经不能适应当今这个日新月异的信息时代，开发一个能对图书馆阅览室座位资源进行网络化和信息化管理的系统必然能改善高校图书馆座位利用的现状。本系统通过采用APP和单片机控制的电磁锁，利用了线上座位预约、线下扫码入座的方式，对图书馆阅览室座位资源进行了集中管理。因此，此次毕业设计——一种新型智能座位预约及验证系统的设计，可较好地解决图书馆不良占座的问题，减少图书管理员工作负担，提高工作效率，同时也能为用户提供方便，增强用户对图书馆阅览室座位资源的良好体验。

1.2国内外研究现状

由于国家对高校基础设施的建设越来越重视，所以不少高校图书馆的规模近几年在不断扩大，同时阅览室座位也在不断增加。因此，图书馆管理系统已经得到国内外广泛的研究^[1]。除了传统的增强素质教育和加大工作人员对图书馆的管理力度之外，有些高校图书馆提出了利用计算机硬件对图书馆座位进行管理，例如，2006年东南大学图书馆通过利用红外线检测来判断用户是否在座位上坐下，东北农业大学图书馆利用单片机读卡器技术等方面相关的知识读取用户放置在座位上的校园卡来判断座位是否闲置^[1]。但是在实际应用中发现以硬件为主研究的座位管理系统存在成本高、功能受限、用户体验效果差等缺点，不适合应用在规模较大的图书馆环境中。

随着软件技术发展的人性化和智能化，目前大多数高校图书馆均采用以软件技术为主开发的座位管理系统。比较常见的有：“一卡一座”制度管理阅览室座位资源，即学生排队出示校园卡取座位号，这种方法看似暂时缓解了部分学生占座的不良行为，但是不能保证学生外出时会按要求归还座位号，从而导致其他想学习的同学无法使用该座位，而且发放座位号和回收座位号大大增加了人工的工作强度，相应的也增加了图书馆的管理费用。为了解决诸如此类的问题，还有一些高校引进了智能选座系统，这种设备使学生能使用机器选座，从而减少工作人员的工作量，而且外出的时候也需要刷卡，智能机器会自动为用户保留一段时间，超过预设时间，释放此座位。看似不错的解决办法，但也隐藏着如下缺点：1、排队刷卡较耗时，考试月或其他自习需求量大的时期，排在靠后位置的学生需要10~20分钟才能进入图书馆学习，有时甚至排到自己却没有了空座位；2、同学或室友不一定能坐在相邻的座位看书学习；3、对于阅览室环境不熟悉的学生不能快速找到自己的座位，会浪费较多的时间。还有一种使用范围较广的管理方式是立足于C/S模式的局域网座位服务系统^[2]，其原理是通过联系门禁和座位管理这两个系统从而实现门禁刷卡即分配座位，但这样会造成对只借书的用户也分配座位的问题，同样也会造成少部分座位资源的浪费。另外这种体系结构仅适用于小规模的工作组环境，对于图书馆这类大规模的应用场合，C/S体系结构的应用范围就大大受到了限制。而且，结合目前已经在不同高校使用的座位服务系统可以发现用户必须到图书馆现场才能完成选座等一系列操作，故仍然无法避免入馆高峰期排队拥挤的现象。

1.3 研究的内容和意义

随着图书馆阅览室座位资源的增多，人工管理早已无法满足实际的用户需求，高校图书馆都需要一套行之有效的管理手段来管理众多的座位，使每一个用户都能够公平、公正、公开地享受公共资源。传统的图书馆座位管理系统不但需要大量的人工而且还不能从根本上解决问题，用户体验效果较差，用户满意度较低，而本文所提出的新型智能服务系统充分的利用了智能手机无限接入互联网、扩展性能强、第三方软件支持多等特点，并结合单片机控制的电磁锁技术，帮助用户拥有高效、快捷、方便的服务体验，使用户利用手机随时随地的预约座位。

由于智能手机在实际生活中得到了越来越广泛的应用，使得现实生活中用户使用的APP服务越来越智能化。本系统通过智能手机来预约图书馆座位比传统的现场预约更加便捷和高效，而且再结合扫描二维码或输入验证码解锁技术，使得用户和座位之间形成一种一对一的“绑定”联系。因此，本文所提出的系统相较于现存的图书馆座位管理系统，具有明显的优势。不但可通过APP方便用户对图书馆座位进行远程控制，而且使用二维码解锁技术可有效避免用户对物质卡的过分依赖，同时通过确保用户坐在与预约一致的座位号上可以明显提高图书馆座位的利用率。针对这套系统，本文将从下面几个方面开展工作：

1、首先介绍APP的功能及功能实现的原理。主要功能包括座位预约、时间选择、星级制度和用户信息显示等。

2、结合软件，提出了一种通过扫描二维码或输入验证码开锁座位的方式，用科技手段杜绝用户的不良占座行为。

3、以软硬件结合的方式搭建了一个功能相对完备的图书馆座位管理系统，使用户和座位之间具备一对一的“绑定”关系。

4、分析开发实现中所遇到的主要问题。例如，有关增大后台数据库容量的问题、硬件的布局方式以及系统可靠性等。

1.4论文组织结构

本文共分以下四章节，各章节的主要内容如下：

第一章简要阐明了系统的研究背景，国内外开发现状以及本文对此系统的研究内容和意义。

第二章对新型智能座位预约及验证系统中所涉及到的一些关键技术做了必要的介绍，主要从Android系统、二维码、电磁锁和数据库这四个方面展开说明。

第三章对图书馆座位服务系统和验证系统进行总体设计，主要从系统总体工作流程、系统的功能框架、系统总体结构设计、软件系统、硬件系统等多方面进行了设计。

第四章总结全文，且指出了目前尚存在的问题和今后需要改进的地方。

系统相关知识和关键技术介绍

本系统致力于从源头解决图书馆不良的占座问题。在设计此系统时，用到了Android系统、二维码、电磁锁和数据库等相关方面的知识搭建此平台。

2.1 Android系统

2.1.1Android发展前景

近几年，智能手机已然成为了大学生的生活必需品。而且通过对手机操作系统的相关市场调查和统计数据可以发现：目前中国智能手机所使用的操作软件80%以上都是Android系统，而这些人群中青少年又占决大多数。Android系统因为操作界面风格多样，操作步骤简洁等优势，广泛受到了不同人群的喜爱。因此，本系统采用安卓系统作为开发工具，极具针对性和代表性，能满足大多数用户的需求，具有非常积极的发展前景；同时安卓操作系统在编程方面的发展也日趋成熟，人机交互性能较强，后期维护操作简单，继承性能强，能满足不同类型开发者的开发需求。

另外，作为一个操作系统，Android本身也可以供其上的应用程序进行开发。开发此平台的初衷就是为了创造一个受用户和软件开发者欢迎的市场。因此综合考虑之后，我认为Android十分适合应用在此智能系统中，并且可以充分发挥其开发容易、运行成本低等优势广泛服务于学生群体，服务于图书馆座位预约系统。

2.1.2 Android框架

Android系统采用分工合作的方式搭建框架。因为此系统在设计上主要依赖于Linux平台，所以Linux内核层结合Android运行库构成Android系统的核心。在具体的设计中，Android系统遵循分层构架的思想，故其软件结构分为以下四层：

（1）操作系统层（OS）。

因为Android系统在设计上主要依赖Linux平台，所以其使用的是Linux内核，在实际应用中，大多数Android使用Linux2.6作为其操作系统。然而相较于Linux，Android则需要更多的与移动设备相关的驱动程序，比如显示驱动、WIFI驱动、蓝牙驱动以及键盘驱动等。

（2）库（Libraries）与运行环境（RunTime）。

系统库在Android开发中之所以起着非常关键的作用，是因为它还连接着框架层和Linux内核层。当系统在运行过程中，核心库和虚拟机两大部分构成系统库的核心，前者不但兼容了大多数Android开发者开发时所需要的功能函数，还包括了Android的核心库。

（3）应用系统框架（Application Framework）。

在具体系统开发中，因为大多数核心应用程序都需要依托这一层才能够实现，所以起基础性作用的必然是应用系统框架层。

（4）程序应用（Application）。

Android系统用编程语言实现不同类型的功能时，主要使用Java语言进行开发。因为Java平台可靠性强，代码具有继承性，开发人员可以方便地使用系统自带的典型代码或在他人已完成的代码基础上进行改写和复用，大大降低了编程的工作量，提高了开发人员的工作效率。

2.2 二维码

2.2.1二维码概述

近年来由于移动互联网和大数据迅猛的发展，使得二维码得到了越来越广泛的应用。二维码因为体积小，信息存储量大，容易分辨等特点，已经成为了当今社会一种必不可少的数据传输方式。究其原理它是通过利用不同尺寸的正方形在二维方向以黑白相间的形式呈现以满足数据信息多样化的存储需求。同时在编码过程中它还充分利用了逻辑比特流、与二进制相对应的几何图形表示信息等相关概念。另外，二维码实现信息的自动处理^[5]是通过图像输入设备实现的。

目前在实际生活中广泛使用的二维码主要由以下两种方式：矩阵式和行排式，行排式二维码在各个方面都与一维码有很多的相似之处。而矩阵式二维码，相较于一维码和行排式二维码都是一种全新的编码方式。矩阵式二维码常用的信息存储方式是由不同的黑白正方形依照特定的方式排列成大正方形图案。编、译矩阵式二维码均需建立在一些较为新式的自动信息处理技术的基础上。目前使用范围较广泛的矩阵式二维码有：Data Matrix、QR Code等。

2.2.2 QR二维码及其结构

因为QR码对汉字有优良的适应性，所以目前它已成为了中国大量使用的二维码。故此系统也采用QR Code（Quick-Response Code）实现预约信息的记录。该系统所采用的QR码，又被称作快速响应矩阵码，具有成本低、存储容量大、纠错能力强、保密防伪性强等特点。

QR二维码的结构如下所示，其中QR二维码的四角中有三个框是定位图形，方便二维码在读取时能够很容易地进行辨识，而且在辨识率较高时还能自动对二维码的方位进行纠正，从而确保在很大程度上提高读取的成功率。根据图2.1可知，QR二维码的图形是一种典型的阵列式结构，它通过分区域来压缩存储特定的信息，每一个区域都被规定了特定的参数模式，图像输入设备在扫描时也会按照区域的划分规则读取信息^[6]，从而保证二维码根据用户要求正确存储数据。

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