凱路微電子XPM-RFID圖書館管理系統(tǒng)

      一、RFID與XPM-RFID概念及特點 

      RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即無線射頻識別。 

      RFID技術(shù)是一種非接觸式自動識別技術(shù)，它是通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。它能對幾厘米到幾十米范圍內(nèi)的物體進行識別，而且可以批量讀取、可以識別各種運動狀態(tài)下的物品、設(shè)備、車輛和人員等，從而成為了自動識別領(lǐng)域一顆耀眼的新星，是繼互聯(lián)網(wǎng)之后帶來的又一次新的技術(shù)革命。 

      XPM，即Super Permanent Memory（超級永久性存儲器）。是一種新型不揮發(fā)存儲器（NVM， Non-Volatile Memory）技術(shù)。它采用100%的深亞微米標準CMOS工藝，與制造邏輯電路（CPU，DSP等）相同，不需增加浮置柵工藝。 

      XPM-RFID芯片示意框圖 
  
      天線端子  

      XPM-RFID則是采用將XPM專利技術(shù)，應(yīng)用于RFID芯片中，用XPM存儲器替代傳統(tǒng)的EEPROM作為ID碼存儲器件，從而使XPM存儲器的優(yōu)勢得到集中的體現(xiàn)?？蓮V泛應(yīng)用于證件防偽，票務(wù)管理，出入控制，電子支付，生產(chǎn)制造，單品識別，物流和供應(yīng)鏈管理等領(lǐng)域，具有成本低，工藝兼容性高，保密性高，物理不可擦除等特點。 

     注：來源于《A Novel Embedded OTP NVM Using Standard Foundry CMOS Logic Technology>>,
 Jack Zezhong Peng, ect.   NVSMW  2006, Monetary, CA, USA 

      二、XPM-RFID的工作原理 

     （一）XPM-RFID系統(tǒng)的組成 

      最基本的XPM-RFID系統(tǒng)基本上由三部分組成：電子標簽、閱讀器和天線(Antenna)。 

      電子標簽是射頻識別系統(tǒng)的核心，又稱為射頻標簽，其英文名為TAG，也有稱為LABEL的。電子標簽是射頻識別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體。一般情況下，射頻標簽由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；當(dāng)受無線電射頻信號照射時，能反射回攜帶有數(shù)字字母編碼信息的無線電射頻信號，供閱讀器處理識別。依據(jù)射頻標簽供電方式的不同，可以分為有源（Active Tag）和無源（Passive Tag），有源標簽內(nèi)裝有電池，無源標簽內(nèi)部沒有電池。 

      閱讀器是讀或讀/寫電子標簽的電子裝置，有時也被稱為讀寫器（Reading Device）、查詢器（Interrogator）、通訊器或稱為讀出裝置，用以產(chǎn)生發(fā)射無線電射頻信號并接收由電子標簽反射回的無線電射頻信號，經(jīng)處理后獲取標簽數(shù)據(jù)信息，有時還可以寫入標簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式。在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號，讀寫器的天線可以內(nèi)置也可以外置。 

      （二）XPM-RFID的工作原理 

       讀寫器是信號產(chǎn)生、發(fā)射、接收的設(shè)備。它產(chǎn)生的射頻信號，經(jīng)功率放大器放大，通過天線發(fā)射出去，同時接收由標簽反射回來的信號，經(jīng)射頻接收器進行收發(fā)分離，然后進行檢波、解調(diào)、通過前置放大器放大，送至讀出計算機進行處理。電子標簽將內(nèi)存數(shù)據(jù)反射調(diào)制微波載波信號。當(dāng)載有標簽的物體經(jīng)過通信器時，標簽接收到天線發(fā)出的微波，對微波信號進行反射調(diào)制，通信器接收到標簽調(diào)制后的信息，還原標簽中的“物體信息”，從而達到識別物體的目的。 

      閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號，當(dāng)標簽進入磁場時產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量，發(fā)送出自身編碼等信息被讀取器讀取并解碼后送至電腦主機進行有關(guān)處理。讀寫器向標簽發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，在這個電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)儲存，當(dāng)所積累的電荷達到2V時，此電容可做為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接取讀寫器的數(shù)據(jù)。 

     （三）XPM-RFID的工作頻段 

     對射頻識別系統(tǒng)來說，最主要的頻率是0~135kHz，以及ISM頻率6.78MHz、13.56MHz、27.125MHz、40.68MHz、433.92MHz 、869.0MHz、915.0MHz（在歐洲不使用）、2.45GMHz、5.8GHz以及24.125GHz。典型的射頻標簽（射頻識別系統(tǒng)）工作頻率如圖所示。 

      三、XPM-RFID與傳統(tǒng)技術(shù)RFID和條碼的優(yōu)勢比較 

      圖書館的日常服務(wù)中，通常涉及到人流、物流的管理，需要進行大量的讀者和書刊的識別、訪問控制、統(tǒng)計等工作，在自動化系統(tǒng)普及的今天，圖書館基本上都采用了條形碼技術(shù)作為識別方法來實現(xiàn)這些功能。然而，條形碼雖然有價格便宜、制作方便等優(yōu)點，但是也存在一些先天的難以克服的缺點，如因為容易磨損，必須貼在書內(nèi)，給使用帶來不便等，并不完全適合圖書館。而RFID 一方面完全具備條形碼的功能，另一方面則有著許多條形碼無法實現(xiàn)的新功能，開發(fā)、利用這些新功能將給圖書館的傳統(tǒng)服務(wù)工作帶來革命性的改變。 

      而采用RFID技術(shù)進行圖書館業(yè)務(wù)的自動化，就必須要求RFID標簽對數(shù)據(jù)保存的期限、成本的承受能力、數(shù)據(jù)的安全性等方面都有著極高的要求，而按照目前最通用的基于EEPROM技術(shù)的RFID標簽，則存在著數(shù)據(jù)保存時較短、安全性不高、成本較高、數(shù)據(jù)容易丟失等缺陷。 

      所以，在各種RFID技術(shù)中，采用XPM技術(shù)是最適合用于RFID圖書館管理系統(tǒng)中的。這不僅有效地解決了數(shù)據(jù)保存時期和安全性，也相對降低了RFID圖書館管理系統(tǒng)的運行和實施成本，同時也為RFID在圖書館行業(yè)的廣泛應(yīng)用提供了充分條件。 

      從上述RFID 的特點可以看出，采用XPM技術(shù)的RFID系統(tǒng)與其他RFID技術(shù)和條形碼相比具有更多優(yōu)越性( 可參見表1和表2) 。 

功能	條形碼	XPM-RFID
讀取方便性	讀取時需要可看見與清楚	可以很薄且隱藏在包裝內(nèi)仍然可讀取資料
讀取數(shù)量	讀取時只能一次一個	可同時讀寫多個RFID標簽
讀寫能力	資料不可更新	電子標簽可以反復(fù)被讀寫
資料容量	儲存資料的容量	儲存資料的容量大
遠距離讀寫	需要光線等輔助手段	不需光線就可以讀寫
高速讀寫	移動中讀取有所限制	可以進行高速移動讀寫
資料準確性	需要靠人工讀寫，所以有人為疏失的可能性	傳送資料靠內(nèi)置芯片穩(wěn)定可靠
標簽堅固性	當(dāng)有污漬或損壞將無法讀寫，即無耐久性	在殘酷、惡劣與骯臟的環(huán)境下仍然可讀寫

表1 XPM-RFID與條碼功能比較

注：來源于《河南圖書館學(xué)刊》，楊向明，2006年12月，中國河南鄭州

表2 XPM-RFID與其他RFID技術(shù)的比較

      第一，快速掃描。條形碼一次只能有一個條形碼受到掃描，RFID讀寫器可同時讀取數(shù)個XPM-RFID標簽，而且可以寫入和存取數(shù)據(jù)，寫入時間相比打印條碼更少。 

      第二，體積小型化、形狀多樣化。XPM-RFID在讀取上并不受尺寸大小與形狀限制，不需要為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì)。此外，XPM-RFID標簽更可往小型化與多樣形態(tài)發(fā)展，以應(yīng)用于不同產(chǎn)品。 

      第三，抗污染能力和耐久性。傳統(tǒng)條形碼的載體是紙張，因此容易受到污染，但XPM-RFID對水、油和化學(xué)藥品等物質(zhì)具有很強抵抗性。此外，由于條形碼是附于塑料袋或外包裝紙箱上，所以特別容易受到折損；XPM-RFID標簽是將數(shù)據(jù)存在芯片中，因而可以免受污損。其使用壽命長，而且可以在惡劣環(huán)境下工作。 

      第四，可重復(fù)使用?，F(xiàn)今的條形碼印刷上去之后就無法更改，XPM-RFID標簽則可以重復(fù)地新增、修改、刪除RFID標簽內(nèi)儲存的數(shù)據(jù)，方便信息的更新。 

      第五，穿透性和無屏障閱讀。在被覆蓋的情況下，XPM-RFID能夠穿透紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)，并能夠進行穿透性通信。而條形碼掃描機必須在近距離而且沒有物體阻擋的情況下，才可以辨讀信息。 

      第六，數(shù)據(jù)的記憶容量大。一維條形碼的容量是50Bytes，二維條形碼最大的容量可儲存2至3000字符，XPM-RFID最大的容量則有256M Bytes。隨著記憶載體的發(fā)展，數(shù)據(jù)容量也有不斷擴大的趨勢。未來物品所需攜帶的資料量會越來越大，對卷標所能擴充容量的需求也相應(yīng)增加。 

      第七，安全性高。由于XPM-RFID承載的是電子式信息，其數(shù)據(jù)內(nèi)容可經(jīng)由密碼保護和物理特性改變，使其內(nèi)容不會被偽造及變造。 

      四、XPM-RFID在圖書館中的應(yīng)用 

      近年來，凱路微電子（KILOWAY）致力于在圖書館領(lǐng)域應(yīng)用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的XPM-RFID 技術(shù)， 推出了基于XPM-RFID 技術(shù)的圖書館管理系統(tǒng)。XPM-RFID 技術(shù)在圖書館主要應(yīng)用于自助借書站、自助還書箱、柜臺工作站、館藏分檢系統(tǒng)、機檢服務(wù)站、電子安全門、書架管理系統(tǒng)等方面。 

     （一）   XPM-RFID圖書館管理系統(tǒng)概述 

      用XPM-RFID技術(shù)，不是簡單的取代條形碼，是以創(chuàng)建全新的服務(wù)理念和業(yè)務(wù)模式為先導(dǎo)，從內(nèi)容和形式上帶動讀者服務(wù)質(zhì)量和文獻管理水平的提高，使現(xiàn)代圖書館的內(nèi)涵在數(shù)字圖書館的基礎(chǔ)上賦予智能化的意義?；赬PM-RFID的智能型圖書館管理系統(tǒng)，可以管理圖書館內(nèi)各書籍與對象的位置、分布、流通及流向，可增強書籍分類、標碼、定位及數(shù)據(jù)收集，進而大大提高圖書館效率，讓圖書館人員有更多的時間協(xié)助閱讀人士。 

      （二）系統(tǒng)組成 

      XPM-RFID標簽可提供便捷的資料管理，又具有防竊保護功能；天線主要提供出入口的保安工作，它能準確地識別出觸發(fā)警報的每一本書的書名，真正做到?jīng)]有誤報警；柜臺工作站是供管理員在辦理借還書手續(xù)時讀取書本的RFID 碼，方便圖書館管理員隨時攜帶手持讀碼器來捕捉書上的智能標簽的信息，快速搜索圖書，將書架上放亂的書管理歸類；自助借還書機能讓讀者自己辦理借閱手續(xù)，它由借書卡讀寫器、RFID讀寫器、觸控式熒幕以及一臺收據(jù)打印機所組成；自動分揀系統(tǒng)，運用讀寫器識別標簽，達到自動分揀的目的；應(yīng)用軟件以SIP2 的界面，通過以太網(wǎng)絡(luò)的接口與LAS 以及其它的部件連接，將智能圖書館管理系統(tǒng)與圖書館的流通自動化系統(tǒng)連接起來，給讀者和圖書館管理員帶來便利。 

     （三）使用XPM-RFID系統(tǒng)的優(yōu)點 

      1、加快了流通作業(yè)的速度 

      XPM-RFID系統(tǒng)在圖書館的應(yīng)用，縮短了流通服務(wù)的所需花費的時間。依靠RFID射頻識別技術(shù)的支持，借書過程變得十分簡單。當(dāng)用戶挑選了幾種館藏資料來到閱讀器面前借書時，不再需要象條形碼系統(tǒng)那樣進行一一掃描，而只需要進行批處理操作，借出狀況一下子就清清楚楚地顯示在屏幕上。同樣，還書過程也是如此。另外，目前大多RFID系統(tǒng)還能夠把條形碼、磁條、書目信息和流通記錄全部整合存儲在一起，提供系統(tǒng)識別利用。這樣，利用RFID電子標簽不僅可以查詢書目信息和借閱信息，更可以追尋特定館藏資料在圖書館中的準確位置，從而加快了流通作業(yè)的速度。 

      2、  減輕了出納臺人員的工作量 

      XPM-RFID系統(tǒng)的用戶界面非常簡單友好，只需跟隨屏幕提示進行操作即可輕松完成。用戶進行自助借還操作，大大減輕了出納臺人員的工作強度，把他們從重復(fù)性勞動中解放出來，可以充實到圖書館其他方面的服務(wù)工作中去。 

      3、  增加了防盜監(jiān)控的功能 

      由于RFID電子標簽中包含了條形碼和磁條的信息，大多圖書館RFID系統(tǒng) 都具有防盜監(jiān)控的功能，能夠替代圖書館多年以來一直使用的電機防盜監(jiān)控系統(tǒng)（Electro-Mechanical，簡稱EM）和射頻防盜監(jiān)控系統(tǒng)（Radio Frequency，簡稱RF）。 

      4、  提高了典藏管理的效率 

      XPM-RFID系統(tǒng)在書庫典藏管理方面所發(fā)揮出來的獨一無二的優(yōu)勢，是條形碼系統(tǒng)所無法比擬的。當(dāng)書庫管理人員在進行圖書盤點或順架作業(yè)時，利用RFID遠距離讀取、批次處理的特點，無須將書一一從架上拿出，只要手持閱讀器掠過書架，即可全自動瞬間讀取大量標簽的信息，并對亂架及丟失的情況了然于胸。XPM-RFID系統(tǒng)大幅度減少了追蹤查找館藏資料的時間，提高了查詢和盤點的精確度，節(jié)省了對人力資源的消耗。 

      5、  電子標簽比條形碼壽命長 

      由于采用了非接觸式的讀取方式，加上具有防水、防磁、耐高溫的特性，RFID電子標簽的壽命比條形碼長得多。每個電子標簽最少能被讀取十萬次以上。這樣，電子標簽一旦貼上后就可以長期使用。 

      6、數(shù)據(jù)保持力 
    由于采用物理上不可擦寫的方法，相比采用高壓電盒來進行儲存數(shù)據(jù)，采用EEPROM技術(shù)的RFID數(shù)據(jù)則最多保存10年，而XPM-RFID的數(shù)據(jù)保持力可達100年以上。 

      7、成本優(yōu)勢 

      XPM-RFID芯片是當(dāng)今世界上唯一的可用最先進的標準CMOS邏輯工藝（當(dāng)前為0.18μm和0.13μm）制造的RFID芯片。它采用100%的深亞微米標準CMOS工藝，不需增加浮置柵工藝。所以，在同樣的工藝檔次上，XPM存儲器比傳統(tǒng)的EEPROM或Flash存儲器成本降低30%。又由于XPM存儲器可應(yīng)用最先進的CMOS工藝（0.13um）生產(chǎn)，芯片面積(Die Size) 為0.25umCMOS工藝的1/4，所以產(chǎn)品的最終成本可進一步降低。因此XPM-RFID比采用其他技術(shù)的RFID更具成本優(yōu)勢。在大批量的RFID進行應(yīng)用時，其標簽成本可降低在5美分以下。 

      五、XPM-RFID系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 

      由于目前我國圖書館的發(fā)展現(xiàn)狀與XPM-RFID 的實現(xiàn)存在一定的差距，XPM-RFID 在中國圖書館領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用受到各種因素的制約，即使少數(shù)有實力的圖書館在短期內(nèi)能實現(xiàn)RFID ，但對于多數(shù)圖書館來說，實現(xiàn)RFID 則需要較長時間的努力。但是，RFID 可以讓圖書館實現(xiàn)真正的智能化管理，通過RFID 技術(shù)可以為讀者提供簡捷迅速的自助式服務(wù)，提高圖書管理員的工作效率，為圖書館節(jié)省人力，為讀者提供安全的環(huán)境。XPM-RFID 所具備的獨特優(yōu)勢是其它識別技術(shù)無法比擬的，XPM-RFID 系統(tǒng)是圖書館管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，它將最終取代和淘汰目前廣泛使用的條形碼識別技術(shù)。 

      我國一些圖書館已經(jīng)認識到RFID 的先進性和優(yōu)越性，正在為逐步實現(xiàn)RFID 而努力。深圳圖書館經(jīng)過系統(tǒng)的前期論證和實地應(yīng)用考察，已經(jīng)采用了RFID 系統(tǒng)，這標志著深圖率先實現(xiàn)了自動化圖書館向智能化圖書館的轉(zhuǎn)變，也意味著中國圖書館界向RFID 技術(shù)邁進了一步。同時，武漢圖書館、國家圖書館、集美大學(xué)誠毅圖書館都已經(jīng)實施了RFID圖書館管理系統(tǒng)?，F(xiàn)在國際上正致力于將標簽價格降至50美分，如果實現(xiàn)，RFID 將會大規(guī)模在圖書館使用。我們堅信，隨著RFID 技術(shù)的不斷改進、RFID 技術(shù)標準的統(tǒng)一、RFID 相關(guān)設(shè)備價格的調(diào)整以及國內(nèi)圖書館發(fā)展觀念的更新、圖書館適當(dāng)加大經(jīng)費投入，通過各方面的共同努力，在不久的將來，RFID 在中國圖書館領(lǐng)域會日益推廣和普及，RFID 技術(shù)的應(yīng)用將推動我國數(shù)字圖書館的建設(shè)與發(fā)展。