基于自動控制的全智圖書管理系統(tǒng)探析

張智博，張迪賀，尉鑫洋，焦宇航，路博武

（哈爾濱石油學院，黑龍江 哈爾濱 150028）

我國的科技水平和經濟快速發(fā)展，人們的生活越快來越智能化，已經進入了信息化時代，傳統(tǒng)的取書方式效率低下且繁瑣，當今時代人們更加趨向于有一種更為便捷的取書還書方式，我們調查人們對于圖書館的取書還書方式有諸多不滿，于是我們秉承著創(chuàng)新的精神提出全智圖書管理系統(tǒng)的概念。全智圖書管理系統(tǒng)的出現，有效地減輕了圖書館工作人員的壓力，也節(jié)省了讀者排隊借還書的等待時間，全智圖書管理系統(tǒng)可以自主掃描圖書的圖書條碼和借書證號，然后機器便會自動完成借還書的操作。另外，全智圖書管理系統(tǒng)還能夠快速檢索圖書信息，提供圖書館藏書的位置、簡介等詳細資料，方便讀者查詢書目、預約館藏、了解圖書信息。

1 全智圖書管理系統(tǒng)概述

1.1 課題背景及意義

以全智運用網絡為基本的手段，可實現圖書館自助管理和資源的互聯與共享；運用網絡進行分析和加工，獲取大量數據信息資源，對圖書館持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。服務模式從傳統(tǒng)以館藏為中心轉變?yōu)橐杂脩魹橹行模谌斯ぶ悄艿闹С窒?，圖書館的資源建設從傳統(tǒng)的經驗判斷向智能建設構建趨勢發(fā)展。傳統(tǒng)的圖書館咨詢服務只是簡單的咨詢，而全智圖書管理系統(tǒng)可通過結合用戶的個體特征、興趣愛好等，為用戶提供科學、客觀的參考咨詢。且基于微信、移動APP等可進一步拓展智能咨詢方式，將圖書服務從信息化轉向知識化服務。

1.2 國內研究現狀

目前我國大部分圖書館占據了巨大的空間，因此給書籍編目確實是一項艱巨的任務。由于缺乏連貫的分類，可能無法在某個特定區(qū)域找到一本書。除非圖書館的專業(yè)人員足夠熟練，否則這些實際問題可能會困擾讀者，在圖書的尋找過程中，我們只能知道圖書的大致方位而不能確定具體位置，這為我們取書帶來了諸多不便。還有許多公共圖書館沒有配備足夠的安全設施，因此許多古籍有可能被盜。罕見的手稿、古董版本、有作者簽名的書籍需要額外的保護，但不幸的是，許多公共圖書館未能保存它們。為方便我們在圖書館找尋圖書和保障圖書管理的安全，我們研究了一款全智圖書管理系統(tǒng)，這是一種全新的模式，這種模式不僅可以準確、快速地幫助我們找到想要的圖書，還可以保護我們的珍貴書籍，雖然自主取書還書機器在國內的研究和應用中取得了一些進展，但也存在一些缺點和挑戰(zhàn)。

1.3 研究的主要內容

全智圖書管理系統(tǒng)的研究主要涉及以下幾個方面的內容：

1.技術開發(fā)與創(chuàng)新：研究人員致力于開發(fā)新的技術和算法，以提高全智圖書管理系統(tǒng)的性能和功能。這包括圖像識別、射頻識別（RFID）、人工智能（AI）和機器學習等方面的研究。

2.圖像識別：用于識別圖書的封面、條形碼或二維碼，并進行圖書信息的檢索和記錄。

3.射頻識別（RFID）：用于標記和跟蹤圖書，實現自動借還書的過程。

4.人工智能（AI）和機器學習：通過分析讀者的借閱行為和偏好，為其推薦適合的圖書，并提供個性化的服務和建議。

5.與圖書館管理系統(tǒng)的集成：全智圖書管理需要與圖書館管理系統(tǒng)進行緊密的集成，以實現圖書借還的流程管理和數據同步。研究人員要關注如何實現與不同圖書館管理系統(tǒng)的兼容性、數據傳輸的安全性和準確性等問題。

6.安全和隱私保護：全智圖書管理系統(tǒng)涉及讀者個人信息的收集和處理，因此對安全和隱私保護的研究也是重要的內容。研究人員應關注如何保護讀者信息的安全，防止信息泄露和濫用的風險。

綜上所述，全智圖書管理系統(tǒng)的研究主要聚焦于技術創(chuàng)新、與圖書館管理系統(tǒng)的集成、用戶體驗和界面設計、安全與隱私保護以及運維和維護管理等方面，旨在提高自助借還圖書設備的性能和服務質量。

2 全智圖書管理系統(tǒng)的硬件介紹

2.1 多媒體

多媒體硬件是指用于處理和展示多媒體內容（如圖像、音頻和視頻）的硬件設備。它用于顯示圖像、視頻和文字等內容?，F代顯示器通常采用液晶顯示技術（LCD）或有機發(fā)光二極管（OLED）技術。它們被廣泛應用于語音錄制、對話、語音識別等場景。麥克風可以是內置于設備中（如手機或筆記本電腦）的麥克風，亦可是外部麥克風，如專業(yè)錄音麥克風或會議麥克風。

2.2 GPRS 模塊

GPRS（General Packet Radio Service）模塊是一種用于無線通信的硬件設備，它使用GPRS 技術來實現數據傳輸，GPRS 模塊是一種遠程通信設備。它通過無線電信號與通信基站進行通信，使用GPRS 網絡傳輸數據，允許設備在無線網絡環(huán)境下發(fā)送和接收數據，GPRS 模塊具有很多功能，如數據傳輸、高速傳輸、建立連接、低能耗等特點，GPRS 模塊通過GPRS 網絡傳輸數據，可以實現靈活和可靠的數據傳輸。它支持短消息服務（SMS）、電子郵件、網頁瀏覽、文件傳輸等數據傳輸方式，GPRS 模塊允許在移動網絡環(huán)境下進行高速數據傳輸。它采用分組交換技術，將數據分為小包進行傳輸，能夠實現較高的傳輸速率，適用于實時數據傳輸和在線應用，GPRS 模塊可以通過GPRS 網絡建立長時間的連接，以便實時監(jiān)控和控制。它支持持久連接（PDP，Packet Data Protocol），允許設備與遠程服務器或云平臺之間建立穩(wěn)定的數據通道，GPRS 模塊通常具有低功耗特性，適合用于移動設備和電池供電的應用。它可以在待機狀態(tài)下降低功耗，延長設備的工作時間。中央處理器（Central Processing Unit，CPU）選擇STM32L071CB，服務器前端采用“微服務”型分布式服務器架構，不參與前后端、軟硬件通信，將預警推送模塊獨立化，提高了軟件預警功能的容錯率，不受用戶與數據訪問的影響[1-2]。

2.3 LED 顯示屏

我們所知的LED 顯示屏工作原理是動態(tài)掃描。動態(tài)掃描又分為兩種方式，常用的方式是行掃描。LED 顯示屏的列驅動電路和行驅動電路一般都采用單片機進行控制，常用的單片機是MCS51 系列。LED 顯示屏顯示的內容一般按字模的形式存放在單片機的外部數據存儲器中，字模是8 位二進制數。高密度LED 顯示屏主要有表面貼裝SMD（SURFACE MOUNTED DEVICE）和芯片級模組集成封裝COB（CHIP ON BOARD）兩條技術路線[3]。

2.4 RFID 技術

RFID 技術已經在我國公共圖書館領域普及應用了數年，目前這項技術的應用穩(wěn)定、高效，因此被大多數圖書館所廣泛采用。為人們提供了很多便捷，但是哈爾濱市圖書館還在采用老舊的條形碼＋磁條方式加工圖書，這種方式并不符合當代自助圖書館的管理方式，同時相應的配套設備也較少生產。所以，如果想要現有館內藏書和24 小時自助圖書館有機結合，就需要做全館的RFID 升級，這個工作量十分浩大，而且財政投入巨大。超高頻RFID 技術具有獨立讀取多個數據信息標簽的能力，既可以改變數據信息參量的存儲容量，使其穿透性傳輸能力得到保障，也可以多次讀寫處理所選定的信息文件，從而使其存儲體積能夠與數據庫容積相匹配[4]。在實際應用過程中，超高頻RFID技術的應用涉及UHF 電子標簽設置、低功耗芯片設計、防碰撞算法等多方面內容，可以在常規(guī)數據信息讀取指令的基礎上，擴展傳輸指令對信息參量的容納能力，對已存儲指令文件進行整合處理，使其在互聯網環(huán)境中的映射傳輸能力得到保障，也可以更改數據信息參量的存儲形式，避免這些信息文件對數據庫主機造成攻擊性影響。[5]

3 全智圖書管理系統(tǒng)的功能設計

我們設計全智圖書管理系統(tǒng)時考慮了很多方面，它有著很多功能，對于人們取書還書有著極大的變化，減少了很多時間。

3.1 讀取圖書信息

機器具有讀取和識別圖書信息的能力，例如通過圖書條碼掃描或書籍識別技術獲取書籍的相關信息。

3.2 用戶身份驗證

為了確保借還書的安全性和準確性，全智圖書管理系統(tǒng)具備用戶身份驗證的功能，例如通過圖書館卡、學生卡或手機應用程序等進行身份驗證。

3.3 借書功能

全智圖書管理系統(tǒng)支持用戶借書的功能，用戶可以通過輸入圖書的相關信息或掃描圖書條碼來借閱圖書。機器記錄借書人和借書日期，并生成借書憑證。

3.4 還書功能

全智圖書管理系統(tǒng)支持用戶還書的功能，用戶可以將圖書放入機器的還書槽中，機器能夠識別圖書并更新還書記錄。

3.5 圖書查詢功能

機器提供圖書查詢功能，用戶可以通過輸入圖書名稱、作者或其他相關信息來查找館藏書籍的位置和可借狀態(tài)。

3.6 續(xù)借功能

全智圖書管理系統(tǒng)支持用戶對已借閱圖書進行續(xù)借的功能，用戶可以輸入相關信息或掃描借書憑證來進行圖書的續(xù)借操作。

3.7 數據管理與后臺系統(tǒng)整合

機器能夠與后臺系統(tǒng)進行數據交互和同步，確保借還書的記錄準確無誤，并提供統(tǒng)計和管理功能。

4 項目研究路線

傳統(tǒng)的圖書館取書需要通過圖書的分類，在圖書館尋找具體的位置，再進行小面積的篩選尋找書籍。而全智圖書管理系統(tǒng)只需要通過在智能屏上輸入想要閱讀的書籍，并選擇取書選項，便可把書籍取出。它可以實現搜索執(zhí)行等命令，全智圖書管理系統(tǒng)的工作原理基于一系列的機械電子和計算機技術，其中智能屏由計算機控制，是機電一體自動化程度非常高的一種設備，它可以實現搜索執(zhí)行等命令，它還有一個小型的計算機，可以控制圖書架運輸通道、接收器、藏書架等，圖書館的圖書也會進行分類，整個圖書館的書籍變得數字化、智能化，根據書的類型，放置在不同的藏書架中，這樣每一本書都會在固定的藏書架中，有著固定的位置，也就有了固定的計算程序執(zhí)行。

5 全智圖書管理系統(tǒng)的適用人群

自主取書還書機器適用于廣泛的人群，包括但不限于以下幾個方面的用戶。

5.1 圖書館用戶

自主取書還書機器為圖書館用戶提供方便快捷的借閱服務。不論是學生、教師、研究人員還是一般社區(qū)居民，他們都能通過這些機器自主地借取和歸還圖書，無需人工介入。

5.2 忙碌的人們

對于忙碌的人們，如白領、上班族、學生等，取書還書機器提供了更加靈活和便捷的借閱時間和渠道。他們可以根據自己的時間安排，在非工作時間或圖書館不開放的時段進行借還操作。

5.3 科研機構和企業(yè)

除了一般文獻借閱，科研機構和企業(yè)也能夠利用自主取書還書機器來借閱或歸還專業(yè)性的圖書、期刊和參考資料，滿足他們的知識需求。

總的來說，自主取書還書機器適用于所有需要借閱圖書的人群，無論是大眾讀者還是特定領域的研究人員。這些機器的普及和應用為用戶提供了更靈活、高效的借閱體驗，并促進了圖書館的服務創(chuàng)新和優(yōu)化。

6 項目預期成果

我們項目的開展以及運行，將會給圖書館帶來極大的便利，若項目得以實施，可減少圖書管理員整理排放書籍的工作量，減少人們找書時找不到或找書籍費時所帶來的困擾。另外，可以幫助書友們找到自己喜歡閱讀的書籍。根據目前圖書行業(yè)的快速發(fā)展現狀，智能化的取書還書功能必然是時代所趨，是圖書行業(yè)的一次革命。

7 結論

全智圖書管理系統(tǒng)是現代圖書館自動化服務的重要組成部分。它具有多種功能，包括自助借書、自助還書、用戶認證和賬戶管理、續(xù)借功能等。通過這些功能，取書還書機器能夠提供方便快捷的圖書借還服務，為用戶提供良好的借閱體驗。同時，這種機器的引入還能減輕圖書館人員的工作負擔，提高圖書館的效率。