一種基于物聯(lián)網(wǎng)的圖書館管理系統(tǒng)

李璐

摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不斷出現(xiàn)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際應(yīng)用中可以極大地提高工作效率?；诖?，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的圖書館管理系統(tǒng)，通過各種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)圖書館進(jìn)行管理。通過Zigbee技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖書館環(huán)境的智能調(diào)節(jié)，通過RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖書的自動(dòng)借閱，提高了管理效率，降低了成本。

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng)；RFID；ZigBee

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）27-0064-02

1 概述

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things，IoT）被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮[1]。近年來，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵理論、相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了大量研究，涵蓋了從信息獲取、傳輸、存儲(chǔ)、處理直至應(yīng)用的全過程，主要包括標(biāo)簽物品的RFID技術(shù)、感知事物的傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、思考事物的智能技術(shù)和微縮事物的納米技術(shù)等方面，相關(guān)研究工作十分活躍。

物聯(lián)網(wǎng)是指將各種信息傳感設(shè)備及系統(tǒng)，如傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻標(biāo)簽閱讀裝置、條碼與二維碼設(shè)備、全球定位系統(tǒng)和短距無線自組織網(wǎng)絡(luò)等， 通過各種接入網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個(gè)巨大智能網(wǎng)絡(luò)[2]。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)越來越多的應(yīng)用到各種應(yīng)用中，使得我們的生活變得智能，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建應(yīng)用，可以將物與物緊密相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

本文首先對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的概念進(jìn)行了介紹，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，接著，分析了傳統(tǒng)圖書館管理模式的不足，在此基礎(chǔ)上提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的圖書館管理系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，具體分析了該系統(tǒng)的主要模塊?；谖锫?lián)網(wǎng)的圖書館管理系統(tǒng)綜合運(yùn)用多種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)圖書館進(jìn)行智能管理。

2 物聯(lián)網(wǎng)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)的概念最初來源于麻省理工學(xué)院的Auto-ID Labs在1999年提出的網(wǎng)絡(luò)無線射頻識(shí)別系統(tǒng)，即把所有的物品通過射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理[3]。2005年，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了題為《ITU Internet reports 2005-the Internet of things》的報(bào)告，正式提出了物聯(lián)網(wǎng)這一概念[4]。報(bào)告從功能和技術(shù)兩個(gè)角度對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的概念進(jìn)行了解釋，從功能角度，ITU認(rèn)為世界上所有的物體都可以通過因特網(wǎng)進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)、任何物體之間的互聯(lián)。從技術(shù)角度，ITU認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)涉及射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、傳感器技術(shù)、智能技術(shù)和納米技術(shù)。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡(luò)，通過各種有線和無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，實(shí)現(xiàn)所有物體的連接[5]。物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層，如圖1所示。感知層實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的智能識(shí)別、信息采集；網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)信息的傳遞、路由和控制；應(yīng)用層包括應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施和各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)涵蓋感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層，涉及技術(shù)眾多。傳感器是能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常被測(cè)量是非電物理量，輸出信號(hào)一般為電量。傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)測(cè)試與自動(dòng)控制的重要環(huán)節(jié)，是信息技術(shù)三大支柱之一。射頻識(shí)別即射頻識(shí)別技術(shù)，是一種通信技術(shù)，通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，無需在識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。條形碼技術(shù)是集條碼理論、光電技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、條碼印制技術(shù)于一體的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，常用的有一維條碼技術(shù)和二維條碼技術(shù)。通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中起著溝通橋梁的作用，將分布在各處的物體互聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)真正意義上的“物聯(lián)”。常見的通信技術(shù)有近距離無線通信技術(shù)、遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)、有線通信技術(shù)、Internet技術(shù)等。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的圖書館管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的人工管理模式越來越無法滿足讀者對(duì)圖書信息的多樣化需求，圖書館數(shù)字化管理已成為趨勢(shì)，通過數(shù)字化管理，可以實(shí)現(xiàn)書庫環(huán)境的自動(dòng)調(diào)節(jié)、圖書自動(dòng)借閱、移動(dòng)端便捷查詢，提供了效率，降低了成本。

基于物聯(lián)網(wǎng)的圖書館管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。整個(gè)系統(tǒng)主要分成環(huán)境調(diào)節(jié)、安防、圖書入庫和圖書借閱四個(gè)部分，其中環(huán)境調(diào)節(jié)模塊通過溫度傳感器、濕度傳感器和光照傳感器采集環(huán)境信息，基于Zigbee技術(shù)將環(huán)境數(shù)據(jù)經(jīng)由Zigbee協(xié)調(diào)器傳至服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)預(yù)設(shè)的溫濕度、光照數(shù)值控制電動(dòng)窗簾、通風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)設(shè)備，當(dāng)溫度過高時(shí)自動(dòng)開啟空調(diào)降溫；濕度過大時(shí)自動(dòng)開始通風(fēng)；光線過強(qiáng)時(shí)窗簾自動(dòng)拉上。安防模塊通過煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、采集環(huán)境信息，監(jiān)測(cè)是否發(fā)生火災(zāi)、濃煙，一旦發(fā)生，報(bào)警信息通過數(shù)字量采集器、串口鏈路服務(wù)器和無線路由器傳至服務(wù)器端，提醒管理員，同時(shí)報(bào)警燈報(bào)警。在入館處，裝有門禁系統(tǒng)，對(duì)入館人員的身份進(jìn)行確認(rèn)，借閱者憑借書卡入館。圖書館閉館后，將紅外對(duì)射設(shè)備開啟，進(jìn)行布防，當(dāng)有人非法進(jìn)入時(shí)，報(bào)警信息通過數(shù)字量采集器、串口鏈路服務(wù)器和無線路由器傳至服務(wù)器端，提醒值班人員，同時(shí)報(bào)警燈報(bào)警，值班人員還可以通過攝像頭對(duì)圖書館進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。圖書入庫模塊使用貼在圖書封面或封底的RFID標(biāo)簽標(biāo)識(shí)每本圖書，RFID標(biāo)簽中記錄圖書的基本信息和存放位置，傳送裝置根據(jù)圖書的RFID標(biāo)簽將圖書送至對(duì)應(yīng)書庫。圖書借閱模塊通過將記錄借閱者信息的射頻卡與圖書的RFID標(biāo)簽相關(guān)聯(lián)，通過RFID閱讀器實(shí)現(xiàn)圖書的自動(dòng)借閱和歸還。圖書館入口處裝有RFID門禁系統(tǒng)，通過RFID閱讀器讀取圖書的RFID標(biāo)簽，檢查借閱狀態(tài)，防止未借閱圖書被帶出圖書館。在這套系統(tǒng)中，服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)相連，讀者使用個(gè)人電腦、移動(dòng)設(shè)備可隨時(shí)隨地通過網(wǎng)絡(luò)查詢圖書借閱信息。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)的圖書館管理系統(tǒng)的主要模塊endprint

4.1 環(huán)境調(diào)節(jié)模塊

環(huán)境調(diào)節(jié)模塊基于Zigbee技術(shù)開發(fā)，主要用于圖書館的環(huán)境監(jiān)控，保持正常的室內(nèi)溫濕度。通過與溫濕度傳感器、光照傳感器相連的Zigbee節(jié)點(diǎn)，將實(shí)時(shí)溫濕度、光照發(fā)回到Zigbee協(xié)調(diào)器，Zigbee協(xié)調(diào)器與服務(wù)器相連，講這些環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳到服務(wù)器端，管理人員可以用過控制頁面了解圖書館的實(shí)時(shí)環(huán)境信息。同時(shí)，Zigbee節(jié)點(diǎn)還與通風(fēng)設(shè)備、窗簾、空調(diào)等設(shè)備相連，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的溫濕度數(shù)值，當(dāng)溫濕度過高時(shí)，系統(tǒng)會(huì)向與通風(fēng)設(shè)備、空調(diào)相連的Zigebee節(jié)點(diǎn)發(fā)送指令，開啟通風(fēng)設(shè)備、空調(diào)，降低溫濕度；當(dāng)光照過強(qiáng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)向與窗簾相連的Zigbee節(jié)點(diǎn)發(fā)送指令，放下窗簾，減少光照。管理人員也可以通過管理頁面手動(dòng)控制通風(fēng)設(shè)備、空調(diào)和窗簾。

4.2 圖書入庫和借閱模塊

圖書入庫時(shí)，通過手持設(shè)備掃描圖書條碼，并將圖書的相關(guān)信息錄入系統(tǒng)，同時(shí)將這些信息寫入與圖書綁定的RFID標(biāo)簽中。借閱者借書時(shí)，只需持圖書從RFID閱讀器前通過，RFID閱讀器會(huì)自動(dòng)讀取圖書信息，與借書卡上的借閱者信息綁定，完成圖書借閱；借閱者歸還圖書時(shí)，RFID閱讀器同樣自動(dòng)讀取圖書信息，完成圖書歸還。圖書借閱的用例圖如圖3所示。

5 結(jié)論

本文首先對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的概念和發(fā)展歷史進(jìn)行了介紹，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的三層體系結(jié)構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。隨后分析了傳統(tǒng)的圖書館管理模式的弊端，在此基礎(chǔ)上提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的圖書館管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)綜合使用傳感器、RFID、Zigbee等多種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智能調(diào)節(jié)圖書館室內(nèi)環(huán)境，完成圖書的自動(dòng)借閱，極大地提高了圖書館的管理效率，節(jié)約了成本。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 孫其博，劉杰，黎羴，等.物聯(lián)網(wǎng)：概念、架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究綜述[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，33（3）：1-9.endprint