基于RFID技術(shù)的智慧圖書(shū)館

楊皓騁　邵緒航

【摘 要】射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）是20世紀(jì)90年代開(kāi)始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。本文主要研究無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（ RFID） 在圖書(shū)館中的應(yīng)用與實(shí)踐。

【關(guān)鍵詞】RFID；智慧圖書(shū)館；自助借還書(shū)機(jī)

1.研究背景

圖書(shū)館是圖書(shū)管理需求最為集中的應(yīng)用場(chǎng)所，據(jù)調(diào)研分析，目前全國(guó)共有1萬(wàn)多家圖書(shū)館，且大多數(shù)圖書(shū)館已經(jīng)從純手工管理方式過(guò)渡到了采用條形碼識(shí)別、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的數(shù)字化管理模式。雖然采用了許多現(xiàn)代化技術(shù)，但還是有許多問(wèn)題困擾著圖書(shū)館的管理及工作人員。例如，圖書(shū)的自助借還、圖書(shū)的快速盤(pán)點(diǎn)、查找、亂架圖書(shū)的整理等問(wèn)題還是沒(méi)有很好地得到解決，阻礙了圖書(shū)館進(jìn)一步提高管理和服務(wù)水平。

1.1 RFID技術(shù)介紹

射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）是20世紀(jì)90年代開(kāi)始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)，并而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。其常用的有低頻（125k～134.2K）、高頻（13.56Mhz）、超高頻，無(wú)源等技術(shù)。RFID讀寫(xiě)器也分移動(dòng)式的和固定式的，目前RFID技術(shù)應(yīng)用很廣，如：圖書(shū)館，門(mén)禁系統(tǒng)，食品安全溯源等。

1.2 研究?jī)?nèi)容

1.2.1標(biāo)簽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的應(yīng)用

無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）與現(xiàn)有圖書(shū)館管理系統(tǒng)之間的一座橋梁，通過(guò)標(biāo)簽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將RFID唯一識(shí)別號(hào)與圖書(shū)唯一編碼實(shí)施綁定，將RFID技術(shù)與現(xiàn)有圖書(shū)館管理系統(tǒng)的掛接，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖書(shū)、讀者詳細(xì)信息的訪問(wèn)，從而將RFID技術(shù)集成到現(xiàn)有圖書(shū)館館系統(tǒng)當(dāng)中。

1.2.2自助借還書(shū)機(jī)的應(yīng)用

自助借還書(shū)機(jī)是一種可對(duì)粘貼有RFID標(biāo)簽的流通資料進(jìn)行掃描，識(shí)別和借還處理的設(shè)備系統(tǒng)，用于讀者自助進(jìn)行流通資料的借還操作，方便讀者和工作人員對(duì)流通資料進(jìn)行借還處理。

1.3 智慧圖書(shū)館的優(yōu)勢(shì)

目前，RFID技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用和普及，是一個(gè)完全成熟的技術(shù)，因此，其優(yōu)勢(shì)如下：

（1）無(wú)需接觸識(shí)別，讀寫(xiě)距離遠(yuǎn)。

（2）信息儲(chǔ)存量大，讀寫(xiě)速度快。

（3）抗干擾能力強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)讀取。

（4）標(biāo)簽大多為無(wú)源設(shè)計(jì)，并且可反復(fù)擦寫(xiě)。

（5）讀寫(xiě)設(shè)備一次性投入，后期運(yùn)營(yíng)簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低。

1.4 應(yīng)用前景

目前，國(guó)內(nèi)使用RFID技術(shù)來(lái)管理的圖書(shū)館并不多。但憑借著上述的五項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，這種智慧型圖書(shū)館必然是未來(lái)圖書(shū)館的主流趨勢(shì)。在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，專(zhuān)業(yè)為圖書(shū)館開(kāi)發(fā)RFID管理系統(tǒng)的公司屈指可數(shù)，并且由于其知識(shí)產(chǎn)權(quán)和專(zhuān)利的原因，其設(shè)備成本極高。因此，研究和普及基于RFID技術(shù)的智慧圖書(shū)館管理系統(tǒng)的應(yīng)用前景非常廣泛。

2.RFID技術(shù)分析

2.1 RFID技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成

RFID技術(shù)的系統(tǒng)通常由射頻標(biāo)簽、讀寫(xiě)器、天線已經(jīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。

2.1.1射頻標(biāo)簽

射頻標(biāo)簽由標(biāo)簽芯片和標(biāo)簽天線組成，標(biāo)簽芯片用于存儲(chǔ)物品所包含的信息。標(biāo)簽天線和閱讀器進(jìn)行無(wú)線通信，把標(biāo)簽芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)經(jīng)閱讀器天線傳送給讀寫(xiě)器處理。

2.1.2讀寫(xiě)器

讀寫(xiě)器可以通過(guò)其天線以非接觸的方式快速地閱讀射頻標(biāo)簽內(nèi)的信息，并可以對(duì)其進(jìn)行改寫(xiě)并保存在芯片中，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別物體的目的。通常讀寫(xiě)器與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接。讀寫(xiě)器通常還分為固定式讀寫(xiě)器和移動(dòng)式讀寫(xiě)器。

2.1.3天線

天線是在射頻標(biāo)簽和讀寫(xiě)器之間發(fā)射電磁波，給射頻標(biāo)簽提供微量能量，并負(fù)責(zé)接收來(lái)自射頻標(biāo)簽發(fā)出的射頻信號(hào)的設(shè)備。

2.2 RFID技術(shù)的工作原理

RFID技術(shù)的工作原理是：讀寫(xiě)器通過(guò)天線在一定范圍的磁場(chǎng)內(nèi)發(fā)出特殊射頻信號(hào)，若此時(shí)射頻信號(hào)被無(wú)源射頻標(biāo)簽接收到，射頻標(biāo)簽就能憑借感應(yīng)電流所獲得的微量能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的信息，送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行相關(guān)處理。

3.總體設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施目標(biāo)

通過(guò)系統(tǒng)的需求調(diào)研，RFID技術(shù)應(yīng)用于圖書(shū)館圖書(shū)管理過(guò)程中需要解決的主要問(wèn)題包括以下幾個(gè)方面：

（1）實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽轉(zhuǎn)換。

（2）實(shí)現(xiàn)圖書(shū)自助借還。

（3）實(shí)現(xiàn)圖書(shū)快速盤(pán)點(diǎn)。

（4）實(shí)現(xiàn)圖書(shū)快速查找。

（5）實(shí)現(xiàn)錯(cuò)架圖書(shū)快速整理。

（6）實(shí)現(xiàn)RFID安全門(mén)禁。

（7）實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有系統(tǒng)無(wú)縫鏈接。

UHF頻段RFID技術(shù)的圖書(shū)館圖書(shū)管理解決方案及相關(guān)的RFID設(shè)備較好地解決了以上基于應(yīng)用需求提出的7個(gè)問(wèn)題，在初步的應(yīng)用中取得了良好的效果，為后續(xù)的推廣應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2總體設(shè)計(jì)

運(yùn)用RFID技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊包括：讀者自助借閱系統(tǒng)館員、工作站讀取器、便攜式館藏點(diǎn)檢器、智能流通標(biāo)簽轉(zhuǎn)換連接工作站、讀者自助還書(shū)系統(tǒng)、智能安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)器及校園借閱信息提示器。

整個(gè)圖書(shū)館RFID智能館藏系統(tǒng)應(yīng)用軟件包括：標(biāo)簽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、自助辦證系統(tǒng)、RFID館員工作站系統(tǒng)設(shè)備、自助借還書(shū)系統(tǒng)、24小時(shí)自助歸還書(shū)機(jī)系統(tǒng)設(shè)備、館藏清點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)備、安全門(mén)系統(tǒng)設(shè)備、智能導(dǎo)航檢索系統(tǒng)等。

4.自助借還書(shū)機(jī)系統(tǒng)介紹

4.1射頻標(biāo)簽

射頻標(biāo)簽即電子標(biāo)簽，用來(lái)存儲(chǔ)用戶信息，并在可識(shí)別的范圍內(nèi)將信息通過(guò)天線發(fā)射給讀寫(xiě)器以便識(shí)別。無(wú)源電子標(biāo)簽，利用波束供電技術(shù)將射頻場(chǎng)中的射頻能量轉(zhuǎn)化為直流電源為卡內(nèi)電路供電。

電子標(biāo)簽由耦合元件及芯片組成，存儲(chǔ)著需要被識(shí)別物品的相關(guān)信息，通常被放置在需要識(shí)別的物品的表面，它所存儲(chǔ)的信息通常可被射頻讀寫(xiě)器通過(guò)非接觸讀/寫(xiě)獲取， 每個(gè)標(biāo)簽具有全球唯一的識(shí)別號(hào)（ID），無(wú)法修改、無(wú)法仿造，這樣提供了安全性。

電子標(biāo)簽不一定要在讀頭的光學(xué)可視范圍之內(nèi)，標(biāo)簽的載碼體具有穿透大多數(shù)非金屬材料的能力（假設(shè)頻率合適的話）。因此，電子標(biāo)簽可以嵌入載體、容器乃至生產(chǎn)工具或勞保用品中，而且，這些容器和產(chǎn)品可以密封在外包裝中，密封和包裝不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)采集結(jié)果產(chǎn)生不利影響。

從邏輯上來(lái)說(shuō)，一個(gè)電子標(biāo)簽被分為四個(gè)存貯體，每個(gè)存儲(chǔ)體可以由一個(gè)或一個(gè)以上的存儲(chǔ)器字（2 個(gè)字節(jié)）組成。

4.2射頻讀寫(xiě)器

射頻讀寫(xiě)器的基本任務(wù)是啟動(dòng)電子標(biāo)簽與其進(jìn)行數(shù)據(jù)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)非接觸的無(wú)線通信，也就是識(shí)別出每一張?jiān)谄渥R(shí)別范圍之內(nèi)的標(biāo)簽，并把數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)調(diào)制送到處理器進(jìn)行處理。

射頻讀寫(xiě)器是可以利用射頻技術(shù)讀/寫(xiě)射頻識(shí)別標(biāo)簽信息的設(shè)備。讀?。ɑ?qū)懭耄?biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式。閱讀器可無(wú)接觸地讀取并識(shí)別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別物體的目的。通常閱讀器與計(jì)算機(jī)相連，所讀取的標(biāo)簽信息被傳送到計(jì)算機(jī)上，進(jìn)行下一步處理。

4.3網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

在射頻系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由基于ARM的開(kāi)發(fā)板和WIFI模塊與便攜式路由器，PC間進(jìn)行通信傳輸。

4.4天線

天線是在射頻標(biāo)簽和讀寫(xiě)器之間發(fā)射電磁波，給射頻標(biāo)簽提供微量能量，并負(fù)責(zé)接收來(lái)自射頻標(biāo)簽發(fā)出的射頻信號(hào)的設(shè)備。

5.自助借還書(shū)機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過(guò)對(duì)上述RFID子系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及整合以及自助借還書(shū)機(jī)的外殼設(shè)計(jì)、制作，最后將RFID設(shè)備整合入自助借還書(shū)機(jī)外殼及調(diào)試，自助借還書(shū)機(jī)系統(tǒng)基本完成。

6.總結(jié)

盡管RFID技術(shù)已經(jīng)漸漸開(kāi)始普及，并且已經(jīng)應(yīng)用在例如智能交通，智能電網(wǎng)，門(mén)禁系統(tǒng)，車(chē)輛的自動(dòng)識(shí)別和防盜，生產(chǎn)自動(dòng)化和過(guò)程控制等各個(gè)領(lǐng)域。但是，RFID技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中還存在很多問(wèn)題，例如：標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、有一定概率的誤讀、技術(shù)瓶頸以及工人失業(yè)等問(wèn)題，但是這些問(wèn)題在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織、各國(guó)政府、制造商等的努力下，正逐步得到解決?？梢哉f(shuō)基于RFID的智慧型圖書(shū)館必然是將來(lái)圖書(shū)館的發(fā)展趨勢(shì)。在小組成員的共同努力下基于RFID自助借還書(shū)機(jī)系統(tǒng)已初現(xiàn)雛形。而小組當(dāng)前的任務(wù)則是繼續(xù)開(kāi)發(fā)及完善自助借還書(shū)機(jī)的相關(guān)配套軟件。

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