基于RFID技术的高校智能图书馆管理系统的设计

引言

目前，大多数高校图书馆采用条码加磁条的作业方式,借还书流程仍然需要馆员在前台对书本进行扫描。这样的操作容易造成进出口拥堵，借还书效率低，且归还的书籍需要馆员分类整理再上架，不仅耗费了大量人力成本，还容易出现错误，导致在指定书架找不到相应书籍。加之借出书籍不允许在未还状态带入图书馆，给高校学生的复习和阅读造成了极大不便，降低了读者对图书馆的满意度。近些年来.射频识别(RadioFrequencyIdentification，RFID)技术在许多服务领域、商业部门、生产部门和材料流通领域得到了快速的普及，RFID是一种非接触式的自动识别技术，主要由读卡器和射频标签组成，它通过射频信号自动识别单个或多个目标对象并获取标签数据，识别工作由读写模块完成，数据信息通过无线传输与数据库同步，可以大大减少人工操作量。基于RFID技术的高校开放式图书馆智能管理系统，实现学生自助规范借还，使人力资源在高校馆内得到合理重组，并解除了对带入馆内书籍的限制，为学生在馆内的阅读复习提供了方便。

1系统工作原理

系统部分主要包含终端自助借还书机模块、图书管理系统服务器、柜台工作站、出口检测站。整个图书馆的RFID智能管理系统应用软件包括智能流通标签初始化转换系统、柜台工作站应用功能集成系统、读者自助借还书系统、出口检测系统。图1所示是其系统原理图。高校图书馆智能管理系统以一个书架为一个节点，通过以RIFD读写器为主的终端自助借还机进行指定书架的借还操作，并通过无线收发模块同步至服务器，实时挂（脱）钩学生与书籍信息，完成自助借还书过程。在出口处设置的检测机会对带出的图书馆书籍标签进行二次检测，判断是否为已在书架终端自助借还机处登记借出。

1.1进馆工作原理

本系统旨在打造开放式智能图书馆，在入口处不设门禁，可携带已借图书馆书籍进入馆内阅读，解除了普通图书馆对带入书籍的限制，方便了学生准备考试和复习阅读。

借书时，学生可在柜台工作站输入书籍名称或编号，以查询书籍状态（是否可借）和所在书架号。该书架配备的自助借还机在待机状态显示操作步骤，借书先刷借阅证，读取学生信息，再刷书籍标签，读取书籍信息（书籍名和所在书架号）并打包成32位编码通过无线收发模块传输到数据库，从而将书籍与借书人信息挂钩。还书则需要到指定书架只刷书籍标签，与书架特定编号同样打包成32位编码通过无线收发模块传输到数据库，将书籍与借书人信息挂钩。此时可能有忙、操作失败、操作成功等三种信息情况返回并通过液晶显示:其中，“忙”表示数据库正被占用，可5s刷新一次,5次忙则返回待机状态；“操作失败”表示超出借阅限额、操作顺序错误或未在指定书架操作；“操作成功”则表示借书成功或还书成功，并显示该借阅证中已借书籍数量和还能借书数量。本系统的借还书流程如图2所示。

图2借还书流程图

1.2出馆工作原理

若读卡器扫描不到任何书籍的标签信息，即表示此人没有借书，可以通行；若携带图书馆书籍，可能为已借出书籍带入馆内阅读；若为未借状态，则需要到指定书架自助借还机处进行借阅登记方能通行。图3所示是系统的出口设置检测流程。图4所示是该图书馆的人员出馆数据库更新流程。

图3出馆流程

2硬件组成

2.1自助借还书机硬件

本系统的自助借还机主要由主控MCU、液晶显示、无线

收发模块和射频读写芯片、天线及匹配电路组成。主控MCU采用STM32，主要提供对射频读写芯片、液晶显示以及无线模块收发的控制操作。射频读写芯片采用RC522，利用先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议，支持ISO14443A的多层应用。它负责接收主控MCU的控制信息并完成与RFID标签的通信操作。为了发送、接收稳定的高频信号，射频读写芯片要通过高频滤波电路与天线部分连接。天线部分，包括线圈及匹配电路为读写模块实现射频通信必不可少的一部分。读写模块要依靠天线产生的磁通量为RFID卡提供电源，在读写模块与RFID卡之间传送信息。液晶使用12864，四行显示分别为高校智能图书馆自助借还系统、学号、书籍名、状态。无线收发模块采用LSDRF4310N01无线模块，它是基于TI射频集成芯片CC1101的射频模块，是一款高性能射频收发器，可广泛应用于各种场合的短距离无线通信领域。自助借还机具有体积小、功耗低、传输距离远、抗干扰能力强等特点。图5所示是自助借还机的硬件框图。

2.2图书管理系统柜台工作站及出口检测站主机硬件

本系统以STM32为主板连接无线模块、网络接口、柜台工作站的PC上位机、出口检测读卡器以及作数据库的SD卡。图6所示是系统主机硬件框图。

3程序设计与实现

程序设计主要包括读卡器模块中的控制程序和数据库管理程序。

3.1读卡器模块中的控制程序

通过对主控MCU的编程，控制射频读写芯片根据ISO/IEC14443A协议与RFID卡进行射频通信，完成对RFID卡的各种操作，并将有关操作以函数形式合理封装，供二次开发的用户调用。控制程序主要有通信握手、数据发送、数据接收中断服务、译码纠错、RC522通信、读数据以及控制液晶显示，所有控制程序采用单片机C语言实现。

3.2数据库管理程序

数据库管理程序主要完成数据库的建立和对数据库中数据的查询、设置，同时要负责接收从读卡器传来的数据并进行相应处理操作，数据库管理程序用C语言编写。数据库的建立：在数据库中建两张表，一张记录馆藏书籍信息，另一张记录个人资料及其图书借阅情况。馆藏书籍信息表由书籍标签序列号、名称、所在书架号、作者、出版社、出版日期及借阅状态等字段组成；个人资料及其图书借阅情况表由学号、姓名、照片及所借书籍名称、序列号、所在书架号、借阅时间、期限、允许再次借阅的书籍数目、出入馆状态等字段组成。两张表都可以在有权限的条件下进行添加、修改、删除等操作；查询则不设权限，可按学号、姓名、书籍名称、序列号、索书号等进行查询。数据接收及处理：读取数据由后台线程完成，线程在程序运行时即创建。读卡器传来的数据存放在程序缓冲区中，此缓冲区已在程序初始化时分配。一旦检测到程序缓冲区中有数据就对数据进行读取，并经处理后写入数据库中。

4结语

本系统一次性投入成本比较低，而且能够很好地和现有的图书馆系统融合。以射频识别技术为主实现高效借还，节约人力。在各书架都能实现自助借还书，避免长时间排队等待借还的情况，同时减少馆员数量的需求，并使得图书管理规范化。规范学生借还书行为，要求借书学生必须将书籍还回指定书架方能消除借书记录，避免了书籍错放、乱放；同时，允许携带已借图书馆书籍进入图书馆，解除带入书籍来源的限制，并在出口处进行检测，为学生带来极大便利，又避免偷窃书籍的行为。该系统具有一定的扩展性，借阅证可扩展为校园一卡通。

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