基于射頻識(shí)別技術(shù)的圖書館智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　目前大多數(shù)圖書館還是采用條碼加磁條的作業(yè)方式，借書流程仍然需要人工將圖書打開并找到條碼位置進(jìn)行掃描。但隨著讀者人數(shù)的激增，這樣的操作流程顯得較為繁瑣，借還書效率低。另外條碼容易破損，影響正常的借還書程序，降低了讀者的滿意度。

　　圖書館使用了射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)，讀者一卡在手，就可自由進(jìn)出各個(gè)借閱室。圖書將采用電子數(shù)字標(biāo)簽，讀者可自動(dòng)化借還書。自助借還書機(jī)以及還書箱的出現(xiàn)，特別是其一次可以做多本借還書服務(wù)和24小時(shí)還書服務(wù)等功能，大大節(jié)省了館員的工作量和讀者等待的時(shí)間。RFID能更好地提高圖書流通管理和典藏管理的工作效率，使得圖書館管理員可以有更多的時(shí)間來為讀者提供服務(wù)，為圖書館行業(yè)的發(fā)展帶來新的機(jī)遇[1]。

　　1 基于RFID的圖書館智能管理系統(tǒng)的關(guān)鍵問題

　　1.1 頻率選擇

　　RFID系統(tǒng)可以按照工作頻率分為：低頻(LF)系統(tǒng)、高頻(HF)系統(tǒng)、超高頻(UHF)系統(tǒng)、微波(μWF)系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)其識(shí)別距離、讀寫特性、標(biāo)簽尺寸、防碰撞性能、傳播性能等多方面均有較大差別。

　　圖書借閱，一般都要求識(shí)別距離最遠(yuǎn)應(yīng)達(dá)到3m，且在現(xiàn)場(chǎng)有多個(gè)射頻標(biāo)簽處于同一區(qū)域，故不宜采用LF系統(tǒng)。無源微波標(biāo)簽的性能與UHF標(biāo)簽性能相近，但造價(jià)較高。有源微波電子標(biāo)簽的識(shí)別距離較遠(yuǎn)，但其體積較大、造價(jià)較高，且識(shí)別距離會(huì)隨著電池電量的消耗而逐漸縮短，因此難以在圖書借閱中大規(guī)模使用。HF頻段的RFID系統(tǒng)其識(shí)別距離、讀寫速度、標(biāo)簽尺寸、防碰撞性能等技術(shù)特點(diǎn)正適合速遞生產(chǎn)識(shí)別的要求，而且已經(jīng)形成了ISO15693、EPC等系列標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)成熟，而且隨著應(yīng)用的日益擴(kuò)大，價(jià)格已經(jīng)出現(xiàn)了迅速下降的趨勢(shì)，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都是可行的[2-3]。因此本設(shè)計(jì)選擇高頻(HF)系統(tǒng)。

　　13.56MHzRFID系統(tǒng)的特點(diǎn)：高品質(zhì)及大容量的芯片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間可以將每一本書的信息存儲(chǔ)在里面，這些數(shù)據(jù)可以不經(jīng)過視線也不需要直接接觸,即可在0.05m～1.2m的范圍內(nèi)讀和寫；RFID標(biāo)簽穩(wěn)定、可靠，可以使用10年以上，溫度、光線都不會(huì)對(duì)使用產(chǎn)生影響，即使標(biāo)簽臟、表面磨損也不會(huì)對(duì)使用構(gòu)成影響。

　　1.2 標(biāo)簽選擇

　　標(biāo)簽按其能量供應(yīng)方式分為有源標(biāo)簽及無源標(biāo)簽2種。有源標(biāo)簽使用標(biāo)簽內(nèi)的電池能量，識(shí)別距離較長(zhǎng)，可達(dá)幾米甚至十幾米，但是其壽命有限且價(jià)格較高;無源標(biāo)簽不含有電池，它接收到閱讀器的電磁信號(hào)后經(jīng)整流為直流電供芯片工作，一般可做到免維護(hù)，并且重量輕、體積小、壽命長(zhǎng)、價(jià)格便宜，而它在發(fā)射距離及適應(yīng)物體運(yùn)動(dòng)速度方面略受限制,但一般允許在1m～6m。

　　考慮到無源標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)在識(shí)讀距離和識(shí)讀速度等方面可以滿足圖書借閱需要，因此本設(shè)計(jì)采用無源標(biāo)簽。

　　1.3 信息標(biāo)識(shí)

　　信息標(biāo)識(shí)方案是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別的首要問題。信息標(biāo)識(shí)方案的設(shè)計(jì)必須符合以下原則:

　　(1)效率性:能夠縮短信息錄入時(shí)間、減少輔助勞動(dòng)環(huán)節(jié)、明顯提高系統(tǒng)生產(chǎn)效率。

　　(2)經(jīng)濟(jì)性:投資少，運(yùn)營(yíng)成本低。

　　(3)可靠性:盡量減少信息錄入的內(nèi)容和次數(shù)，以減少信息錄入的差錯(cuò)率。同時(shí)必須考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)條件。

　　(4)可實(shí)施性:對(duì)原有信息系統(tǒng)的架構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)格式，不應(yīng)有較大的調(diào)整和變動(dòng)，通過接口即可相互兼容，不影響條碼標(biāo)識(shí)信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　　在充分考慮上述因素的基礎(chǔ)上，本設(shè)計(jì)提出以下信息標(biāo)識(shí)方案:

　　(1)信息標(biāo)識(shí)內(nèi)容應(yīng)包括與圖書相關(guān)的基本信息，如：安全碼、條形碼號(hào)、館別、識(shí)別應(yīng)用碼、制作機(jī)組、簿冊(cè)號(hào)、借閱次數(shù)、分類號(hào)、作者號(hào)、借閱證號(hào)、日期等相關(guān)信息，并將這些信息寫入電子標(biāo)簽中。

　　(2)標(biāo)簽可寫入的信息：圖書身份(ID號(hào)碼)；圖書信息(書名、索書號(hào)等)；所屬圖書館身份；所屬書架信息；借閱者信息；借閱日期；更多其他內(nèi)容。技術(shù)規(guī)格:長(zhǎng)45mm×寬45mm或者長(zhǎng)50mm×寬50mm；可依據(jù)客戶要求定制標(biāo)簽大小及印刷內(nèi)容；ISO15693標(biāo)準(zhǔn)及符合圖書館行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

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　　2 系統(tǒng)構(gòu)成

　　系統(tǒng)模塊包含圖書管理系統(tǒng)服務(wù)器、電子偵測(cè)門、柜臺(tái)工作站、自助借還書機(jī)、自助還書箱、盤點(diǎn)工作站、制作工作站和智慧期刊架(智慧書架)。整個(gè)圖書館的RFID智能管理系統(tǒng)應(yīng)用軟件包括：智能流通標(biāo)簽初始化轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、管員工作站應(yīng)用功能集成系統(tǒng)、讀者自助借閱系統(tǒng)、讀者自助借還書系統(tǒng)、手持設(shè)備查詢、順架及盤點(diǎn)系統(tǒng)、安全通道門系統(tǒng)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)[4]如圖1所示。

　　下面是射頻識(shí)別圖書管理系統(tǒng)的各產(chǎn)品應(yīng)具有的功能:

　　(1)圖書管理系統(tǒng)服務(wù)器

　　盤點(diǎn)統(tǒng)計(jì)：提供盤點(diǎn)相關(guān)統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

　　書籍相關(guān)信息查詢：可查詢書籍相關(guān)設(shè)定信息、館藏書目數(shù)據(jù)及借閱數(shù)據(jù)。

　　設(shè)備狀況信息查詢：可查詢各設(shè)備的使用狀態(tài)。

　　賬號(hào)管理：可將圖書館自動(dòng)化系統(tǒng)讀者文件轉(zhuǎn)入系統(tǒng)中并可查詢讀者使用狀況。提供ISO2709書目轉(zhuǎn)換文件接口，可將CNMARC、USMARC書目數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫(kù)支持的UNICODE。

　　(2)電子偵測(cè)門

　　支持單通道及雙通道電子偵測(cè)門；電子偵測(cè)門最遠(yuǎn)可偵測(cè)90cm(含)以上距離，可達(dá)無障礙空間標(biāo)準(zhǔn)；可實(shí)時(shí)聯(lián)機(jī)服務(wù)器將相關(guān)人員出入做統(tǒng)計(jì)；提供觸發(fā)接點(diǎn)，當(dāng)此書籍無借閱、安全門偵測(cè)到安全碼時(shí)，可聯(lián)機(jī)門禁系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng)做安全提醒。

　　(3)柜臺(tái)工作站

　　前臺(tái)工作站的功能包括：借閱、歸還、續(xù)借、排序、可設(shè)定及解除電子標(biāo)簽安全碼、標(biāo)簽轉(zhuǎn)換。

　　當(dāng)圖書館自動(dòng)化系統(tǒng)離線作業(yè)時(shí)，如流通柜臺(tái)支持離線作業(yè)，本工作站亦可正常工作。以不改變現(xiàn)行館員使用的圖書館自動(dòng)化系統(tǒng)流通接口為前提，使用本系統(tǒng)功能并不會(huì)增加館員負(fù)擔(dān)。

　　(4)自助借還書機(jī)

　　系統(tǒng)使用工業(yè)等級(jí)主機(jī)，可供長(zhǎng)時(shí)間的開機(jī)操作。熱感應(yīng)打印機(jī)可打印借還單據(jù)，作為讀者借還憑據(jù)?？梢淮谓柽€多本書籍，不需逐本感測(cè)。借還時(shí)支持實(shí)時(shí)擷取借閱書籍及人員錄像功能，以避免日后紛爭(zhēng)。

　　(5)自助還書箱

　　可提供24小時(shí)一次多本還書服務(wù)，當(dāng)還書時(shí)可透過主機(jī)將還書記錄告訴圖書館自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)建的紅外線人體偵測(cè)，當(dāng)讀者靠近自助還書箱時(shí)，才啟動(dòng)還書功能，以減少電力消耗，達(dá)到環(huán)保目的。應(yīng)具有影音說明功能，提供讀者友善操作指引。

　　自助還書箱內(nèi)配置1臺(tái)書車，以方便館方人員將借還的書籍，拖運(yùn)到書架區(qū)歸位。用人性化LCD及還書單據(jù)使館內(nèi)紛爭(zhēng)減至最低?？山Y(jié)合自動(dòng)分揀機(jī)作圖書分類功能。

　　(6)盤點(diǎn)工作站

　　盤點(diǎn)工作站是集合了獨(dú)特的手持式RFID讀寫器、手持式天線和PDA進(jìn)行掃描書籍的序號(hào)等信息。獨(dú)特設(shè)計(jì)的手持插入式天線可以插入書架上圖書間隙中進(jìn)行更為準(zhǔn)確的書架圖書盤點(diǎn)信息的采集。掌上電腦設(shè)備能進(jìn)行圖書的搜索定位，歸架管理及排序管理，使得圖書館管理工作人員能更為高效、頻繁地進(jìn)行圖書盤點(diǎn)工作。掌上電腦中的信息能夠以有線或無線的方式與PC機(jī)同步。

　　(7)制作工作站

　　可設(shè)定相關(guān)制作人員權(quán)限管制，并可查閱相關(guān)書籍的制作時(shí)間及人員，避免書籍制作重復(fù)的錯(cuò)誤行為;可多臺(tái)工作站同時(shí)制作書籍電子標(biāo)簽;可重復(fù)修改電子標(biāo)簽中的內(nèi)容，并修改為正確信息;使用安全編碼方式將數(shù)據(jù)寫入電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽內(nèi)容不易被修改；可統(tǒng)計(jì)制作人員制作書本數(shù)量及登入號(hào);可依館員習(xí)慣修改制作接口，并可使用各種PCBASE的硬件及各種Windows操作系統(tǒng)安裝本工作站;可將相關(guān)內(nèi)容及相關(guān)信息，如：安全碼、條形碼號(hào)、館別、識(shí)別應(yīng)用碼、制作機(jī)組、簿冊(cè)號(hào)、借閱次數(shù)、分類號(hào)、作者號(hào)、借閱證號(hào)、日期等相關(guān)信息，寫入電子標(biāo)簽中。

　　(8)智慧期刊架（智慧書架）

　　讀者通過圖書館的Web或者位于期刊閱覽室或圖書區(qū)的WebPAC進(jìn)行新書查詢，根據(jù)三維導(dǎo)覽圖快速得到其準(zhǔn)確位置。館方可對(duì)智慧期刊(書)架內(nèi)期刊(圖書)進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，即時(shí)盤點(diǎn)。

　　管理者端提供全文檢索、架位檢索、新書數(shù)據(jù)管理、電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)管理、架位管理、期刊(圖書)取閱記錄管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表與使用者管理。

　　查詢結(jié)果的架位狀態(tài)包含期刊(圖書)名稱等MARC資料與新書實(shí)時(shí)所在位置。

　　期刊(圖書)數(shù)據(jù)管理(修改)功能，可以修改期刊(圖書)名、架位信息以及期刊(圖書)詳細(xì)內(nèi)容；使用者管理須提供賬號(hào)、姓名、密碼與權(quán)限字段；架位數(shù)據(jù)管理須提供說明與詳細(xì)架位信息字段；期刊（圖書）檔新增時(shí)，本服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)可通過自動(dòng)化接口去取得最新資料。

　　提供統(tǒng)計(jì)報(bào)表，含錯(cuò)架清單、取閱次數(shù)統(tǒng)計(jì)、取閱紀(jì)錄與未在架清單、取閱次數(shù)統(tǒng)計(jì)與取閱紀(jì)錄可依時(shí)間區(qū)段做統(tǒng)計(jì)并打印報(bào)表。

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　　3 分系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

　　本方案主要根據(jù)圖書館的應(yīng)用需求而設(shè)計(jì)，以先進(jìn)實(shí)用、節(jié)省費(fèi)用、充分兼容和可擴(kuò)展為設(shè)計(jì)原則。分系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)[5-6]包括以下內(nèi)容：

　　(1)電子標(biāo)簽

　　讀者證:使用ISO14443-A標(biāo)準(zhǔn)讀者證及條形碼讀者證方式。

　　考慮到系統(tǒng)今后的擴(kuò)展，為方便與校園一卡通系統(tǒng)的連接，讀者證采用MifareI型無源射頻卡。MifareI卡具有以下特點(diǎn)：①讀寫距離2～4cm；②響應(yīng)時(shí)間小于0.3s；③讀寫次數(shù)不少于10萬次。

　　圖書電子標(biāo)簽使用ISO1569313.56MHz標(biāo)準(zhǔn)電子標(biāo)簽,支持圖書、DVD、VHS等相關(guān)館藏電子標(biāo)簽。電子標(biāo)簽非人為因素，保證10萬次讀寫。

　　(2)通信接口

　　讀寫器與計(jì)算機(jī)之間的通信接口采用RS485/RS232方式。整個(gè)系統(tǒng)具有便利的管理功能、可靠的防偽及系統(tǒng)保護(hù)體系、完善的數(shù)據(jù)處理功能、揮灑自如的單機(jī)功能、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展功能等特點(diǎn)。

　　(3)讀寫器硬件結(jié)構(gòu)及工作原理

　　讀寫器主要由核心控制單元MCUP89LPC932、與MifareOne卡通信的MFRC632、與PC機(jī)通信的RS232、提供時(shí)間基準(zhǔn)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片PCF8563和存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器AT45DB021組成。整個(gè)系統(tǒng)所用的器件都是比較常用的器件，具有典型性和通用性。

　　系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。主板上電后，讀取存儲(chǔ)器中的系統(tǒng)設(shè)置，然后根據(jù)其中的設(shè)置初始化整個(gè)系統(tǒng)，包括本設(shè)備的ID號(hào)、主站、從站、開機(jī)時(shí)間、關(guān)機(jī)時(shí)間、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式等。由于MifareOne卡共有16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)又分為4塊、每塊又有16個(gè)字節(jié)，因此，除了保證系統(tǒng)使用的扇區(qū)空間外，用戶可以使用的有48×16bit。而通過MifareOne卡存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)均不大，只占用一塊存儲(chǔ)區(qū)，換句話說，MifareOne卡的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)可以存儲(chǔ)48次，當(dāng)超過48次時(shí)就從前面覆蓋數(shù)據(jù)。

　　射頻電路如圖3所示。在本設(shè)計(jì)中，為提高整個(gè)系統(tǒng)的使用范圍，在芯片選擇上使用功能更加強(qiáng)大的MFRC632，這也是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。

　　本文設(shè)計(jì)的圖書館智能管理系統(tǒng)以RFID中間件為媒介,實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的RFID技術(shù)與圖書管理方法的有機(jī)結(jié)合，為圖書館的管理提供了十分有效的技術(shù)手段，使館員從煩雜的日常工作中解放出來，讓館員更自由、更高效地管理圖書館的館藏，使清庫(kù)、亂架和查找圖書不再繁鎖和麻煩。使圖書管理工作智能化、自動(dòng)化、規(guī)范化、系統(tǒng)化、程序化，避免了圖書管理的隨意性，提高了信息處理的速度和準(zhǔn)確性，從而提高工作效率。

　　圖書館RFID自動(dòng)管理系統(tǒng)可以作為一個(gè)獨(dú)立的圖書館管理系統(tǒng)運(yùn)行，也可以接入學(xué)院的校園網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)圖書館在校園網(wǎng)絡(luò)的信息共享以及借閱服務(wù)，使圖書館管理現(xiàn)代化、智能化。

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　　參考文獻(xiàn)

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