基于RFID技術的高校智能圖書館管理系統(tǒng)的設計

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行掃描。這樣的操作容易造成進出口擁堵，借還書效率低，且歸還的書籍需要館員分類整理再上架，不僅耗費了大量人力成本，還容易出現(xiàn)錯誤，導致在指定書架找不到相應書籍。加之借出書籍不允許在未還狀態(tài)帶入圖書館，給高校學生的復習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(RadioFrequencyIdentification，RFID)技術在許多服務領域、商業(yè)部門、生產(chǎn)部門和材料流通領域得到了快速的普及，RFID是一種非接觸式的自動識別技術，主要由讀卡器和射頻標簽組成，它通過射頻信號自動識別單個或多個目標對象并獲取標簽數(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?；赗FID技術的高校開放式圖書館智能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)學生自助規(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，為學生在館內(nèi)的閱讀復習提供了方便。

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模塊、圖書管理系統(tǒng)服務器、柜臺工作站、出口檢測站。整個圖書館的RFID智能管理系統(tǒng)應用軟件包括智能流通標簽初始化轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、柜臺工作站應用功能集成系統(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，通過以RIFD讀寫器為主的終端自助借還機進行指定書架的借還操作，并通過無線收發(fā)模塊同步至服務器，實時掛（脫）鉤學生與書籍信息，完成自助借還書過程。在出口處設置的檢測機會對帶出的圖書館書籍標簽進行二次檢測，判斷是否為已在書架終端自助借還機處登記借出。

1.1進館工作原理

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

借書時，學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在待機狀態(tài)顯示操作步驟，借書先刷借閱證，讀取學生信息，再刷書籍標簽，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5s刷新一次,5次忙則返回待機狀態(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數(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。

圖2借還書流程圖

1.2出館工作原理

若讀卡器掃描不到任何書籍的標簽信息，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處進行借閱登記方能通行。圖3所示是系統(tǒng)的出口設置檢測流程。圖4所示是該圖書館的人員出館數(shù)據(jù)庫更新流程。

圖3出館流程

2硬件組成

2.1自助借還書機硬件

本系統(tǒng)的自助借還機主要由主控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，利用先進的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議，支持ISO14443A的多層應用。它負責接收主控MCU的控制信息并完成與RFID標簽的通信操作。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，可廣泛應用于各種場合的短距離無線通信領域。自助借還機具有體積小、功耗低、傳輸距離遠、抗干擾能力強等特點。圖5所示是自助借還機的硬件框圖。

2.2圖書管理系統(tǒng)柜臺工作站及出口檢測站主機硬件

本系統(tǒng)以STM32為主板連接無線模塊、網(wǎng)絡接口、柜臺工作站的PC上位機、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)主機硬件框圖。

3程序設計與實現(xiàn)

程序設計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卡進行射頻通信，完成對RFID卡的各種操作，并將有關操作以函數(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?、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收中斷服務、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C語言實現(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、設置，同時要負責接收從讀卡器傳來的數(shù)據(jù)并進行相應處理操作，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號、姓名、照片及所借書籍名稱、序列號、所在書架號、借閱時間、期限、允許再次借閱的書籍數(shù)目、出入館狀態(tài)等字段組成。兩張表都可以在有權限的條件下進行添加、修改、刪除等操作；查詢則不設權限，可按學號、姓名、書籍名稱、序列號、索書號等進行查詢。數(shù)據(jù)接收及處理：讀取數(shù)據(jù)由后臺線程完成，線程在程序運行時即創(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)進行讀取，并經(jīng)處理后寫入數(shù)據(jù)庫中。

4結語

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。以射頻識別技術為主實現(xiàn)高效借還，節(jié)約人力。在各書架都能實現(xiàn)自助借還書，避免長時間排隊等待借還的情況，同時減少館員數(shù)量的需求，并使得圖書管理規(guī)范化。規(guī)范學生借還書行為，要求借書學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，允許攜帶已借圖書館書籍進入圖書館，解除帶入書籍來源的限制，并在出口處進行檢測，為學生帶來極大便利，又避免偷竊書籍的行為。該系統(tǒng)具有一定的擴展性，借閱證可擴展為校園一卡通。

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