基于RFID技術(shù)的高校智能圖書館管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)將進(jìn)出口分隔為兩個通道，高校學(xué)生可攜帶圖書館書籍進(jìn)入館內(nèi)閱讀，帶出時(shí)需在出口處檢測機(jī)進(jìn)行檢驗(yàn)書籍，可方便學(xué)生準(zhǔn)備考試及閱讀，實(shí)現(xiàn)了開放化、規(guī)范化、智能化的高校圖書館管理，具有安全、可靠、方便、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

　　0 引 言

　　目前，大多數(shù)高校圖書館采用條碼加磁條的作業(yè)方式，借還書流程仍然需要館員在前臺對書本進(jìn)行掃描。這樣的操作容易造成進(jìn)出口擁堵，借還書效率低，且歸還的書籍需要館員分類整理再上架，不僅耗費(fèi)了大量人力成本，還容易出現(xiàn)錯誤，導(dǎo)致在指定書架找不到相應(yīng)書籍。加之借出書籍不允許在未還狀態(tài)帶入圖書館，給高校學(xué)生的復(fù)習(xí)和閱讀造成了極大不便，降低了讀者對圖書館的滿意度。近些年來。射頻識別(RadioFrequency Identification,RFID) 技術(shù)在許多服務(wù)領(lǐng)域、商業(yè)部門、生產(chǎn)部門和材料流通領(lǐng)域得到了快速的普及，RFID 是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，主要由讀卡器和射頻標(biāo)簽組成，它通過射頻信號自動識別單個或多個目標(biāo)對象并獲取標(biāo)簽數(shù)據(jù)，識別工作由讀寫模塊完成，數(shù)據(jù)信息通過無線傳輸與數(shù)據(jù)庫同步，可以大大減少人工操作量。基于RFID 技術(shù)的高校開放式圖書館智能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自助規(guī)范借還，使人力資源在高校館內(nèi)得到合理重組，并解除了對帶入館內(nèi)書籍的限制，為學(xué)生在館內(nèi)的閱讀復(fù)習(xí)提供了方便。

　　1 系統(tǒng)工作原理

　　系統(tǒng)部分主要包含終端自助借還書機(jī)模塊、圖書管理系統(tǒng)服務(wù)器、柜臺工作站、出口檢測站。整個圖書館的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)、柜臺工作站應(yīng)用功能集成系統(tǒng)、讀者自助借還書系統(tǒng)、出口檢測系統(tǒng)。圖1 所示是其系統(tǒng)原理圖。高校圖書館智能管理系統(tǒng)以一個書架為一個節(jié)點(diǎn)，通過以RIFD 讀寫器為主的終端自助借還機(jī)進(jìn)行指定書架的借還操作，并通過無線收發(fā)模塊同步至服務(wù)器，實(shí)時(shí)掛(脫)鉤學(xué)生與書籍信息，完成自助借還書過程。在出口處設(shè)置的檢測機(jī)會對帶出的圖書館書籍標(biāo)簽進(jìn)行二次檢測，判斷是否為已在書架終端自助借還機(jī)處登記借出。

　　1.1 進(jìn)館工作原理

　　本系統(tǒng)旨在打造開放式智能圖書館，在入口處不設(shè)門禁，可攜帶已借圖書館書籍進(jìn)入館內(nèi)閱讀，解除了普通圖書館對帶入書籍的限制，方便了學(xué)生準(zhǔn)備考試和復(fù)習(xí)閱讀。

　　借書時(shí)，學(xué)生可在柜臺工作站輸入書籍名稱或編號，以查詢書籍狀態(tài)(是否可借)和所在書架號。該書架配備的自助借還機(jī)在待機(jī)狀態(tài)顯示操作步驟，借書先刷借閱證，讀取學(xué)生信息，再刷書籍標(biāo)簽，讀取書籍信息(書籍名和所在書架號)并打包成32 位編碼通過無線收發(fā)模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫，從而將書籍與借書人信息掛鉤。還書則需要到指定書架只刷書籍標(biāo)簽，與書架特定編號同樣打包成32 位編碼通過無線收發(fā)模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫，將書籍與借書人信息掛鉤。此時(shí)可能有忙、操作失敗、操作成功等三種信息情況返回并通過液晶顯示：其中，“忙”

　　表示數(shù)據(jù)庫正被占用，可5 s 刷新一次，5 次忙則返回待機(jī)狀態(tài);“操作失敗”表示超出借閱限額、操作順序錯誤或未在指定書架操作;“操作成功”則表示借書成功或還書成功，并顯示該借閱證中已借書籍?dāng)?shù)量和還能借書數(shù)量。本系統(tǒng)的借還書流程如圖2 所示。

　　1.2 出館工作原理

　　若讀卡器掃描不到任何書籍的標(biāo)簽信息，即表示此人沒有借書，可以通行;若攜帶圖書館書籍，可能為已借出書籍帶入館內(nèi)閱讀;若為未借狀態(tài)，則需要到指定書架自助借還機(jī)處進(jìn)行借閱登記方能通行。圖3 所示是系統(tǒng)的出口設(shè)置檢測流程。

　　圖4 所示是該圖書館的人員出館數(shù)據(jù)庫更新流程。

　　2 硬件組成

　　2.1 自助借還書機(jī)硬件

　　本系統(tǒng)的自助借還機(jī)主要由主控MCU、液晶顯示、無線收發(fā)模塊和射頻讀寫芯片、天線及匹配電路組成。主控MCU采用STM32 ,主要提供對射頻讀寫芯片、液晶顯示以及無線模塊收發(fā)的控制操作。射頻讀寫芯片采用RC522,利用先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在13.56 MHz 下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議，支持ISO14443A 的多層應(yīng)用。

　　它負(fù)責(zé)接收主控MCU 的控制信息并完成與RFID 標(biāo)簽的通信操作。為了發(fā)送、接收穩(wěn)定的高頻信號，射頻讀寫芯片要通過高頻濾波電路與天線部分連接。天線部分，包括線圈及匹配電路為讀寫模塊實(shí)現(xiàn)射頻通信必不可少的一部分。讀寫模塊要依靠天線產(chǎn)生的磁通量為RFID 卡提供電源，在讀寫模塊與RFID 卡之間傳送信息。液晶使用12864,四行顯示分別為高校智能圖書館自助借還系統(tǒng)、學(xué)號、書籍名、狀態(tài)。無線收發(fā)模塊采用LSDRF4310N01 無線模塊，它是基于TI 射頻集成芯片CC1101 的射頻模塊，是一款高性能射頻收發(fā)器，可廣泛應(yīng)用于各種場合的短距離無線通信領(lǐng)域。自助借還機(jī)具有體積小、功耗低、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。圖5所示是自助借還機(jī)的硬件框圖。

　　2.2 圖書管理系統(tǒng)柜臺工作站及出口檢測站主機(jī)硬件

　　本系統(tǒng)以STM32 為主板連接無線模塊、網(wǎng)絡(luò)接口、柜臺工作站的PC上位機(jī)、出口檢測讀卡器以及作數(shù)據(jù)庫的SD 卡。

　　圖6 所示是系統(tǒng)主機(jī)硬件框圖。

　　3 程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　程序設(shè)計(jì)主要包括讀卡器模塊中的控制程序和數(shù)據(jù)庫管理程序。

　　3.1 讀卡器模塊中的控制程序

　　通過對主控MCU 的編程，控制射頻讀寫芯片根據(jù)ISO/IEC14443A 協(xié)議與RFID 卡進(jìn)行射頻通信，完成對RFID 卡的各種操作，并將有關(guān)操作以函數(shù)形式合理封裝，供二次開發(fā)的用戶調(diào)用?？刂瞥绦蛑饕型ㄐ盼帐帧?shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收中斷服務(wù)、譯碼糾錯、RC522 通信、讀數(shù)據(jù)以及控制液晶顯示，所有控制程序采用單片機(jī)C 語言實(shí)現(xiàn)。

　　3.2 數(shù)據(jù)庫管理程序

　　數(shù)據(jù)庫管理程序主要完成數(shù)據(jù)庫的建立和對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的查詢、設(shè)置，同時(shí)要負(fù)責(zé)接收從讀卡器傳來的數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)處理操作，數(shù)據(jù)庫管理程序用C 語言編寫。數(shù)據(jù)庫的建立：

　　在數(shù)據(jù)庫中建兩張表，一張記錄館藏書籍信息，另一張記錄個人資料及其圖書借閱情況。館藏書籍信息表由書籍標(biāo)簽序列號、名稱、所在書架號、作者、出版社、出版日期及借閱狀態(tài)等字段組成;個人資料及其圖書借閱情況表由學(xué)號、姓名、照片及所借書籍名稱、序列號、所在書架號、借閱時(shí)間、期限、允許再次借閱的書籍?dāng)?shù)目、出入館狀態(tài)等字段組成。兩張表都可以在有權(quán)限的條件下進(jìn)行添加、修改、刪除等操作;查詢則不設(shè)權(quán)限，可按學(xué)號、姓名、書籍名稱、序列號、索書號等進(jìn)行查詢。數(shù)據(jù)接收及處理：

　　讀取數(shù)據(jù)由后臺線程完成，線程在程序運(yùn)行時(shí)即創(chuàng)建。讀卡器傳來的數(shù)據(jù)存放在程序緩沖區(qū)中，此緩沖區(qū)已在程序初始化時(shí)分配。一旦檢測到程序緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)就對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并經(jīng)處理后寫入數(shù)據(jù)庫中。

　　4 結(jié) 語

　　本系統(tǒng)一次性投入成本比較低，而且能夠很好地和現(xiàn)有的圖書館系統(tǒng)融合。以射頻識別技術(shù)為主實(shí)現(xiàn)高效借還，節(jié)約人力。在各書架都能實(shí)現(xiàn)自助借還書，避免長時(shí)間排隊(duì)等待借還的情況，同時(shí)減少館員數(shù)量的需求，并使得圖書管理規(guī)范化。

　　規(guī)范學(xué)生借還書行為，要求借書學(xué)生必須將書籍還回指定書架方能消除借書記錄，避免了書籍錯放、亂放;同時(shí)，允許攜帶已借圖書館書籍進(jìn)入圖書館，解除帶入書籍來源的限制，并在出口處進(jìn)行檢測，為學(xué)生帶來極大便利，又避免偷竊書籍的行為。該系統(tǒng)具有一定的擴(kuò)展性，借閱證可擴(kuò)展為校園一卡通。(作者：肖亞迪，李俐萍，徐 帥，張 晗)