基于ARM的圖書借還分揀系統(tǒng)

郭瑩瑩，李浩明，方思特，鄭圳金，吳步城，汪華斌

（惠州學院信息科學技術學院，惠州516007）

基于ARM的圖書借還分揀系統(tǒng)

郭瑩瑩，李浩明，方思特，鄭圳金，吳步城，汪華斌

（惠州學院信息科學技術學院，惠州516007）

隨著書籍數(shù)量和種類不斷增加，對圖書館的書籍分類的精確度和借還效率的要求也越來越高，人工分揀方式已逐漸呈現(xiàn)出不足，開發(fā)一個自動書籍分揀系統(tǒng)就顯得相當必要。系統(tǒng)采用射頻標簽和二維碼對書籍進行標識，一方面，讀卡器對附著于書中的射頻標簽的信息進行讀取，同時把讀取的值通過ARM主機傳至后臺服務器進行數(shù)據(jù)處理，并把處理后的結果傳回ARM主機使其做出與處理結果相對應的分揀動作；另一方面，移動端App可以通過掃描二維碼的方式檢索到相對于的書籍，并可對此進行借閱等功能。

0 引言

目前各高校的圖書館在借書方面一般采用借書機自助掃描條形碼的借閱方式，在書籍分揀方面主要通過將歸還的圖書以人工分揀的方式進行分揀歸類，再整理上架的方式。

一方面，隨著二維碼和智能手機的普及，借閱者對借閱的方式在方便性上更是提出需求。另一方面，分揀工作是圖書館對書籍整理的一個關鍵環(huán)節(jié)，分揀的速度和質(zhì)量關系到圖書館對書籍進行歸架的效率以及借閱的準確性。遇到借閱、還書的高峰期時，如何及時以及準確地將圖書分揀上架并提供借閱，如何避免圖書堆放和借書機旁人流的擁擠，對圖書館的工作人員提出了挑戰(zhàn)。

因此，須采用一種適合操作人員習慣又能提高效率的運作方式，本文所述就是針對這一情況而設計的圖書借還分揀系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設計方案

圖1所示為圖書借還分揀系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由控制模塊、射頻信息采集模塊、服務端數(shù)據(jù)處理和移動端信息查詢模塊等模塊組成。主控芯片由基于ARM920T下的S3C2410，RFID射頻讀卡模塊為HF14443。

圖1 系統(tǒng)流程圖

1.1 硬件設計方案分析

（1）ARM和RFID的選擇

在本設計中采用了型號為S3C2410的ARM主機和型號為HF14443的RFID射頻識別模塊。

（2）遠程數(shù)據(jù)庫服務器遠程服務器采用Java網(wǎng)絡通訊編程，運用連接池及裝飾設計模式、單例設計模式、工作池等理念形成了一個可無限擴展的服務端程序系統(tǒng)。通過物理基礎網(wǎng)絡與TCP/IP協(xié)議，以及因特網(wǎng)實現(xiàn)與ARM主機進行通信，通過Wi-Fi、GPRS與移動端進行數(shù)據(jù)的交互，并實時更新數(shù)據(jù)庫。

（3）RFID射頻識別模塊實現(xiàn)分析

目前物聯(lián)網(wǎng)的應用主要是無線射頻識別技術、傳感器技術、智能技術、納米技術，在圖書館的應用以無線射頻識別技術（RFID）應用為主［1-3］。當前應用于圖書館的RFID技術主要有兩種，一種是高頻（HF）技術，另一種是超高頻（UHF）技術，高頻和超高頻RFID由于空中接口射頻信號的禍合類型不同，決定了它們不同的物理特性，兩種頻率的RFID在圖書館的應用也各有優(yōu)缺點［4-5］。在本系統(tǒng)中應用的是高頻技術，并沒有采用超高頻（UHF）技術，原因是超高頻具有跳頻特性，對電子標簽的讀取距離難以掌控，可能會把周圍其他讀者的圖書也讀取進來［6］，對系統(tǒng)在實現(xiàn)分類的過程中造成一些影響。系統(tǒng)開始運行時，ARM板給RFID讀卡器發(fā)送指令讓其開始工作，當貼有RFID標簽的書籍進入RFID讀卡器的接收頻率范圍內(nèi)，RFID讀卡器發(fā)出射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（無源標簽或被動標簽），讀卡器讀取信息并解碼后，把信息送至中央信息系統(tǒng)即ARM主機進行有關數(shù)據(jù)處理。

RFID射頻識別系統(tǒng)主要包括電子標簽、閱讀器、天線以及應用軟件四部分。RFID的體系結構如圖2所示。

圖2 RFID體系結構

（4）硬件模塊之間的數(shù)據(jù)通訊實現(xiàn)分析

系統(tǒng)控制分揀機制由ARM主機、RFID讀卡器、繼電器和氣缸推桿組成。通過RFID讀卡器對貼有RFID卡的書籍進行卡號讀取，并通過RS-232串口線把數(shù)據(jù)傳送到ARM主機。ARM將數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳給服務器，服務器與數(shù)據(jù)庫連接并進行數(shù)據(jù)處理，把書的類型通過因特網(wǎng)傳回給ARM主機，ARM主機再根據(jù)服務器傳來的書籍類型對相應的I/O口進行控制，相應的繼電器和氣缸也開始工作，從而實現(xiàn)分類的目的。

1.2 軟件設計方案分析

（1）ARM應用程序流程圖

ARM上運行的分揀應用程序分為3大模塊，分別為射頻讀卡模塊、連接服務器模塊和分揀控制模塊。射頻讀卡模塊中，使用串口對讀卡模塊進行初始化操作，并設置存放讀出的標簽數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；連接服務器模塊，使用套接口實現(xiàn)終端與服務器之間的連接，以及數(shù)據(jù)傳至服務器和接受來自服務器處理后數(shù)據(jù)的功能，同時把數(shù)據(jù)存放于ARM上定義的緩沖區(qū)；在分揀控制模塊上，底層運行I/O初始化的驅動程序［7-8］，依據(jù)從服務器傳來的操控指令進行對應控制動作，從而實現(xiàn)控制目的。查詢流程圖如圖3：

圖3 ARM應用程序流程圖

（2）移動端App

本系統(tǒng)使用移動端Android App來實現(xiàn)二維碼掃描借書的功能，滿足對書籍借閱情況查詢和快捷借閱書籍的需求。根據(jù)圖書館需求分析，在移動應用端設計了兩種類型的用戶，分別針對學生和圖書館管理員。移動端層次圖如圖4所示：

圖4 移動端App層次圖

2 測試

2.1 ARM+RFID讀卡還書測試

ARM端測試通過用串口1與PC相連接，利用minicom串口調(diào)試助手（軟件）對ARM數(shù)據(jù)處理進行實時監(jiān)控；通過串口2與RFID模塊連接進行RFID卡號讀取；通過網(wǎng)口把卡號發(fā)送至服務器，然后服務器處理返回卡號所對應的書籍類型。

（1）ARM主機的串口2連接RFID模塊，以太網(wǎng)端口連接網(wǎng)絡

開啟服務器，主串口連接調(diào)試控制機，副串口連接射頻模塊，控制ARM主機執(zhí)行軟件，系統(tǒng)正常啟動運行。如圖5所示。

圖5 圖書分揀系統(tǒng)硬件測試連接圖

（2）把RFID卡放在RFID射頻識別讀卡器上，進行還書測試，服務器收到卡號并進行相關數(shù)據(jù)處理，如圖6所示。

圖6 服務器獲取測試圖

（3）ARM主機收到服務器發(fā)來的書籍類型

RFID射頻識別模塊讀取到5個字節(jié)的卡號，作為書籍的唯一標識，通過ARM的以太網(wǎng)口傳至后臺服務器，服務器進行數(shù)據(jù)處理后返回書籍的類型，也就是圖8所示的LS（代表文學類）、CS（代表計算機類）和NO（代表還沒被借的情況），根據(jù)返回的書籍類型，相應的氣缸進行工作。如圖7所示。

圖7 ARM獲取測試圖

2.2 移動App測試

（1）進入App注冊、登錄界面和用戶界面，如圖8所示。

圖8 用戶登錄圖

（2）掃碼借書測試

選擇“借閱情況”功能，顯示出當前圖書借閱情況（未借）。退出當前界面，選擇“圖書借閱”功能對書籍上的二維碼標識進行掃描，獲取書籍相關信息，通過點擊借書按鈕完成書籍借閱，再次選擇“借閱情況”功能，則可顯示最新的借閱情況。如圖9所示。

圖9 掃碼借書流程圖

（3）還書后的借閱情況，如圖10所示。

圖10 還書成功測試圖

3 結語

該圖書借還分揀系統(tǒng)利用ARM、RFID射頻識別技術與移動設備通過網(wǎng)絡組合實現(xiàn)智能書籍分揀和移動端借閱功能。主要涉及了微處理器、Android App、服務器、數(shù)據(jù)庫、射頻識別等技術；應用RFID非接觸式自動識別技術和ARM架構處理器，改變了傳統(tǒng)的使用手持式條形碼掃描器和人工掃描書籍條形碼的方式。實現(xiàn)對圖書的類別進行分揀以及移動端掃描二維碼借書，對異常情況進行處理并以蜂鳴器報警的形式提示用戶。

相較于傳統(tǒng)的方式，在用戶體驗度上，改進了人力物力要求高，效率不佳，服務不足，實時性差，且無法給讀者提供借還狀況信息的實時了解等缺陷；減輕圖書館工作人員的工作量，提高工作效率和分揀準確性，同時也方便了圖書借閱人員借還書籍。

[1]陳志輝，王穎純，劉燕權.基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的圖書館RFID技術應用現(xiàn)狀的研究［J］.情報雜志，2015：196-201.

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[5]李琳.關于RFID技術在圖書館應用的研究［J］.華中師范大學學報：人文社會科學版，2011（3）：106-110.

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[8]劉崢嶸，張智超，許振山等.嵌入式Linux應用開發(fā)詳解［D］.機械工業(yè)出版社，2004.6.

The System of Book Borrowing and Picking Based on ARM

GUO Ying-ying，LI Hao-ming，F(xiàn)ANG Si-te，ZHENG Zhen-jin，WU Bu-cheng，WANG Hua-bin
（School of Information Science and Technology，Huizhou University，Huizhou 516007）

With the ever increase of books'quantities and types，it is required higher and higher standards for precision of book categories and effi?ciency of book borrowing and returning in libraries.It is necessary to deliver a system of book automatically sorting because manual sort?ing has been showing its shortage.Systems use RFID and QR codes to identify.On one hand，card readers read information from RFID Tag on books.At the same time，the values from RFID Tag，will be sent from ARM host into backend server for data processing.And then，send the results to ARM host，which makes the book sorting's action correspond to the results.On the other hand，mobile App can retrieve the corresponding books by scanning QR codes，and has borrowing and other functions.

圖書分揀；ARM；射頻技術；二維碼

廣東省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目（No.201610577047）

1007-1423（2017）28-0068-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.28.018

郭瑩瑩（1996-），女，廣東惠州人，在讀本科，研究方向Android移動開發(fā)

李浩明（1995-），男，廣東省潮州人，在讀本科，研究方向為嵌入式開發(fā)

方思特（1994-），男，廣東揭陽人，在讀本科，研究方向為嵌入式

鄭圳金（1994-），男，廣東汕頭人，在讀本科，研究方向為嵌入式開發(fā)

吳步城（1994-），男，廣東惠州人，在讀本科，研究方向為Android移動開發(fā)

汪華斌（1978-），男，江西省婺源人，碩士，副教授，研究方向為網(wǎng)絡通信技術、無線傳感器網(wǎng)絡，Email：whuab@163.com

2017-07-13

2017-09-10

Books Sorting;ARM;Radio Frequency Technology;QR Codes