基于RFID的現(xiàn)代圖書管理系統(tǒng)的設(shè)計

安徽師范大學(xué)皖江學(xué)院 高 麗

針對當前圖書館中書籍查找雜亂不規(guī)范、清點工作繁瑣等問題，利用物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)，設(shè)計了一套圖書館管理系統(tǒng)。首先利用RFID讀卡器、標簽、天線和服務(wù)器搭建了系統(tǒng)的硬件環(huán)境，并對其進行調(diào)試；然后編寫了系統(tǒng)的上位機軟件，對實時的數(shù)據(jù)進行接收與分析。經(jīng)實際調(diào)試，該系統(tǒng)能夠分析實時書籍借出入量以及書籍在館中的位置分布。

圖書館是在校師生日常學(xué)習(xí)不可缺少的一部分，我們可以在這里查找書籍來幫助學(xué)習(xí)開闊眼界，因此進入圖書館對于書籍的查找是個關(guān)鍵的工作，同時圖書館日常管理也是一項重要而嚴肅的任務(wù)。傳統(tǒng)的書籍在架上逐一查找的方式越來越增加了用戶的查找時間，同時傳統(tǒng)的人工查找、清點方式也增加了圖書管理人員的日常工作量，并且傳統(tǒng)的方式經(jīng)常容易出錯、效率低。為了克服這些不足，目前RFID射頻識別技術(shù)被廣泛使用在圖書館系統(tǒng)中。

RFID是接著條碼技術(shù)、磁條技術(shù)之后發(fā)展起來的一種新的非接觸式自動識別無線通信技術(shù)，可跟蹤的物品上附著有電子代碼(EPC)的射頻標簽，通過相應(yīng)的中間設(shè)備可對其進行讀寫操作。因此在物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的今天，這種射頻識別技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，不僅能夠應(yīng)用到圖書館、實驗樓等教學(xué)場地，同時也能夠應(yīng)用到大型停車場，會議室等。

本文主要借助RFID技術(shù)，設(shè)計了一套圖書館管理系統(tǒng)，方便了在校師生快速的查找書籍位置，實時分析進出入書籍信息，同時也減小了管理人員的實際清理書籍等工作量。

1 基于RFID的現(xiàn)代圖書管理系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1所示為該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。天線檢測到帶有人員或者書籍信息的標簽后，將信息反饋給讀卡器，讀卡器將這些信息通過局域網(wǎng)傳遞給服務(wù)器，管理人員再對這些信息進行監(jiān)控、處理等。以學(xué)校的圖書館為例，為安全、方便地對系統(tǒng)進行維護和管理，所有讀卡器與樓層之間的數(shù)據(jù)傳輸通過局域網(wǎng)實現(xiàn)。圖書館內(nèi)的圖書統(tǒng)一貼有無源標簽，且具有唯一標識的ID。根據(jù)圖書館的實際大小，每個房間布置一個讀卡器、三到四個天線，用于檢測統(tǒng)計室內(nèi)的所有標簽。

圖1 系統(tǒng)硬件拓撲結(jié)構(gòu)

1.2 功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)部分主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、終端控制顯示模塊組成。

其中，數(shù)據(jù)采集模塊是由RFID讀卡器、天線、標簽組成，此部分主要負責采集圖書館中圖書所需要的數(shù)據(jù)。為了減小該系統(tǒng)中信號的損耗以及實際場景的需要，選用選用M6超高頻讀卡器，一款抗干擾能力強、讀取方便的設(shè)備。

系統(tǒng)中的通信主要有RFID系統(tǒng)的通信、數(shù)據(jù)采集端與后臺服務(wù)器之間的通信、服務(wù)器與應(yīng)用顯示層的通信，而各個模塊之間的通信方式主要分為RFID射頻通信、局域網(wǎng)通信。通過局域網(wǎng)接收RFID讀卡器傳輸過來的標簽信息，再對相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息進行分析、存儲。最后將處理好的數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的設(shè)備展示給用戶。

終端控制顯示可采用電腦、手機、LED大屏顯示器等來進行數(shù)據(jù)展示，根據(jù)具體的用戶需求將信息展示出來。同時，用戶可以在電腦、手機上對服務(wù)器中的數(shù)據(jù)進行管理操作，查看圖書館圖書的位置信息以此來快速查找所要的書籍。

1.3 卡片讀取流程設(shè)計

進入系統(tǒng)首先選擇讀卡器讀取方式，這里提供了兩種方式進行讀取，分別為網(wǎng)絡(luò)方式和串口讀取方式。當選擇網(wǎng)絡(luò)方式進行讀取，采用局域網(wǎng)進行通信完成信息的傳遞。將讀卡器與通信服務(wù)器設(shè)置同一網(wǎng)絡(luò)段，利用局域網(wǎng)完成兩者之間的通信，使得服務(wù)器能夠成功的讀取到讀卡器并進行連接。若選擇串口通信方式，則需要給讀卡器配置串口信息，如：串口號、波特率等，再進行連接。系統(tǒng)與讀卡器連接成功后，設(shè)置讀卡器的功率并選擇相應(yīng)的天線與讀卡器通道進行連接。讀卡器讀取標簽可采用連續(xù)讀取或讀取一次的方式。若選擇連續(xù)讀取，需要設(shè)置連續(xù)讀取的時間。為了解決標簽讀取碰撞問題，減小碰撞的損耗，根據(jù)EPC編碼的特點對讀卡器進行定期休眠。讀取卡片流程如圖2所示。

圖2 讀取流程圖

1.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要對書籍狀態(tài)信息進行了設(shè)計。書籍狀態(tài)信息主要包括書籍編號、書籍名稱、是否借出、位置信息等。如下表1所示為圖書狀態(tài)信息表，表中id為主鍵，然后包括：書籍編號、書籍名稱、是否借出、借閱時間、位置信息等。

表1 書籍狀態(tài)信息表

2 結(jié)果測試

系統(tǒng)的測試中，選用局域網(wǎng)進行通信。根據(jù)局域網(wǎng)通信的規(guī)則，將服務(wù)器與讀卡器的IP地址綁定在同一通信網(wǎng)絡(luò)。圖3為服務(wù)器與讀卡器通信成功匹配圖。成功通信后，上位機端讀取到讀卡器后并進行成功連接后，通過注冊后的賬戶即可登錄系統(tǒng)對所要查找的書籍進行查詢。

圖3 服務(wù)器與閱讀器成功匹配

總結(jié)：本文設(shè)計的基于RFID的圖書館管理系統(tǒng)有效的解決了學(xué)校圖書館中書籍查找雜亂不規(guī)范、清點管理繁瑣等問題。利用RFID讀卡器、標簽、天線、服務(wù)器搭建了系統(tǒng)的硬件環(huán)境，編寫了系統(tǒng)的上位機軟件，實現(xiàn)系統(tǒng)登錄、設(shè)置、數(shù)據(jù)的收發(fā)等功能。由于技術(shù)水平的局限性，在實際的使用過程中，RFID天線的放置往往隨著環(huán)境的變化而變化，對于偏僻角落里面的標簽的讀取還有待改善。