基于射频识别技术的图书馆智能管理系统的设计与实现

　　目前大多数图书馆还是采用条码加磁条的作业方式，借书流程仍然需要人工将图书打开并找到条码位置进行扫描。但随着读者人数的激增，这样的操作流程显得较为繁琐，借还书效率低。另外条码容易破损，影响正常的借还书程序，降低了读者的满意度。

　　图书馆使用了射频识别(RFID)技术，读者一卡在手，就可自由进出各个借阅室。图书将采用电子数字标签，读者可自动化借还书。自助借还书机以及还书箱的出现，特别是其一次可以做多本借还书服务和24小时还书服务等功能，大大节省了馆员的工作量和读者等待的时间。RFID能更好地提高图书流通管理和典藏管理的工作效率，使得图书馆管理员可以有更多的时间来为读者提供服务，为图书馆行业的发展带来新的机遇[1]。

　　1 基于RFID的图书馆智能管理系统的关键问题

　　1.1 频率选择

　　RFID系统可以按照工作频率分为：低频(LF)系统、高频(HF)系统、超高频(UHF)系统、微波(μWF)系统等，这些系统其识别距离、读写特性、标签尺寸、防碰撞性能、传播性能等多方面均有较大差别。

　　图书借阅，一般都要求识别距离最远应达到3m，且在现场有多个射频标签处于同一区域，故不宜采用LF系统。无源微波标签的性能与UHF标签性能相近，但造价较高。有源微波电子标签的识别距离较远，但其体积较大、造价较高，且识别距离会随着电池电量的消耗而逐渐缩短，因此难以在图书借阅中大规模使用。HF频段的RFID系统其识别距离、读写速度、标签尺寸、防碰撞性能等技术特点正适合速递生产识别的要求，而且已经形成了ISO15693、EPC等系列标准，相对成熟，而且随着应用的日益扩大，价格已经出现了迅速下降的趋势，在技术上和经济上都是可行的[2-3]。因此本设计选择高频(HF)系统。

　　13.56MHzRFID系统的特点：高品质及大容量的芯片数据存储空间可以将每一本书的信息存储在里面，这些数据可以不经过视线也不需要直接接触,即可在0.05m～1.2m的范围内读和写；RFID标签稳定、可靠，可以使用10年以上，温度、光线都不会对使用产生影响，即使标签脏、表面磨损也不会对使用构成影响。

　　1.2 标签选择

　　标签按其能量供应方式分为有源标签及无源标签2种。有源标签使用标签内的电池能量，识别距离较长，可达几米甚至十几米，但是其寿命有限且价格较高;无源标签不含有电池，它接收到阅读器的电磁信号后经整流为直流电供芯片工作，一般可做到免维护，并且重量轻、体积小、寿命长、价格便宜，而它在发射距离及适应物体运动速度方面略受限制,但一般允许在1m～6m。

　　考虑到无源标签识别技术在识读距离和识读速度等方面可以满足图书借阅需要，因此本设计采用无源标签。

　　1.3 信息标识

　　信息标识方案是实现自动识别的首要问题。信息标识方案的设计必须符合以下原则:

　　(1)效率性:能够缩短信息录入时间、减少辅助劳动环节、明显提高系统生产效率。

　　(2)经济性:投资少，运营成本低。

　　(3)可靠性:尽量减少信息录入的内容和次数，以减少信息录入的差错率。同时必须考虑数据传输的网络条件。

　　(4)可实施性:对原有信息系统的架构、数据传输和存储格式，不应有较大的调整和变动，通过接口即可相互兼容，不影响条码标识信息系统的正常运行。

　　在充分考虑上述因素的基础上，本设计提出以下信息标识方案:

　　(1)信息标识内容应包括与图书相关的基本信息，如：安全码、条形码号、馆别、识别应用码、制作机组、簿册号、借阅次数、分类号、作者号、借阅证号、日期等相关信息，并将这些信息写入电子标签中。

　　(2)标签可写入的信息：图书身份(ID号码)；图书信息(书名、索书号等)；所属图书馆身份；所属书架信息；借阅者信息；借阅日期；更多其他内容。技术规格:长45mm×宽45mm或者长50mm×宽50mm；可依据客户要求定制标签大小及印刷内容；ISO15693标准及符合图书馆行业标准。

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　　2 系统构成

　　系统模块包含图书管理系统服务器、电子侦测门、柜台工作站、自助借还书机、自助还书箱、盘点工作站、制作工作站和智慧期刊架(智慧书架)。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、管员工作站应用功能集成系统、读者自助借阅系统、读者自助借还书系统、手持设备查询、顺架及盘点系统、安全通道门系统。系统总体结构[4]如图1所示。

　　下面是射频识别图书管理系统的各产品应具有的功能:

　　(1)图书管理系统服务器

　　盘点统计：提供盘点相关统计报表。

　　书籍相关信息查询：可查询书籍相关设定信息、馆藏书目数据及借阅数据。

　　设备状况信息查询：可查询各设备的使用状态。

　　账号管理：可将图书馆自动化系统读者文件转入系统中并可查询读者使用状况。提供ISO2709书目转换文件接口，可将CNMARC、USMARC书目数据转入本系统中数据库支持的UNICODE。

　　(2)电子侦测门

　　支持单通道及双通道电子侦测门；电子侦测门最远可侦测90cm(含)以上距离，可达无障碍空间标准；可实时联机服务器将相关人员出入做统计；提供触发接点，当此书籍无借阅、安全门侦测到安全码时，可联机门禁系统及监视系统做安全提醒。

　　(3)柜台工作站

　　前台工作站的功能包括：借阅、归还、续借、排序、可设定及解除电子标签安全码、标签转换。

　　当图书馆自动化系统离线作业时，如流通柜台支持离线作业，本工作站亦可正常工作。以不改变现行馆员使用的图书馆自动化系统流通接口为前提，使用本系统功能并不会增加馆员负担。

　　(4)自助借还书机

　　系统使用工业等级主机，可供长时间的开机操作。热感应打印机可打印借还单据，作为读者借还凭据。可一次借还多本书籍，不需逐本感测。借还时支持实时撷取借阅书籍及人员录像功能，以避免日后纷争。

　　(5)自助还书箱

　　可提供24小时一次多本还书服务，当还书时可透过主机将还书记录告诉图书馆自动化系统内建的红外线人体侦测，当读者靠近自助还书箱时，才启动还书功能，以减少电力消耗，达到环保目的。应具有影音说明功能，提供读者友善操作指引。

　　自助还书箱内配置1台书车，以方便馆方人员将借还的书籍，拖运到书架区归位。用人性化LCD及还书单据使馆内纷争减至最低。可结合自动分拣机作图书分类功能。

　　(6)盘点工作站

　　盘点工作站是集合了独特的手持式RFID读写器、手持式天线和PDA进行扫描书籍的序号等信息。独特设计的手持插入式天线可以插入书架上图书间隙中进行更为准确的书架图书盘点信息的采集。掌上电脑设备能进行图书的搜索定位，归架管理及排序管理，使得图书馆管理工作人员能更为高效、频繁地进行图书盘点工作。掌上电脑中的信息能够以有线或无线的方式与PC机同步。

　　(7)制作工作站

　　可设定相关制作人员权限管制，并可查阅相关书籍的制作时间及人员，避免书籍制作重复的错误行为;可多台工作站同时制作书籍电子标签;可重复修改电子标签中的内容，并修改为正确信息;使用安全编码方式将数据写入电子标签，电子标签内容不易被修改；可统计制作人员制作书本数量及登入号;可依馆员习惯修改制作接口，并可使用各种PCBASE的硬件及各种Windows操作系统安装本工作站;可将相关内容及相关信息，如：安全码、条形码号、馆别、识别应用码、制作机组、簿册号、借阅次数、分类号、作者号、借阅证号、日期等相关信息，写入电子标签中。

　　(8)智慧期刊架（智慧书架）

　　读者通过图书馆的Web或者位于期刊阅览室或图书区的WebPAC进行新书查询，根据三维导览图快速得到其准确位置。馆方可对智慧期刊(书)架内期刊(图书)进行实时管理，即时盘点。

　　管理者端提供全文检索、架位检索、新书数据管理、电子标签数据管理、架位管理、期刊(图书)取阅记录管理、统计报表与使用者管理。

　　查询结果的架位状态包含期刊(图书)名称等MARC资料与新书实时所在位置。

　　期刊(图书)数据管理(修改)功能，可以修改期刊(图书)名、架位信息以及期刊(图书)详细内容；使用者管理须提供账号、姓名、密码与权限字段；架位数据管理须提供说明与详细架位信息字段；期刊（图书）档新增时，本服务器数据库可通过自动化接口去取得最新资料。

　　提供统计报表，含错架清单、取阅次数统计、取阅纪录与未在架清单、取阅次数统计与取阅纪录可依时间区段做统计并打印报表。

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　　3 分系统关键技术

　　本方案主要根据图书馆的应用需求而设计，以先进实用、节省费用、充分兼容和可扩展为设计原则。分系统关键技术[5-6]包括以下内容：

　　(1)电子标签

　　读者证:使用ISO14443-A标准读者证及条形码读者证方式。

　　考虑到系统今后的扩展，为方便与校园一卡通系统的连接，读者证采用MifareI型无源射频卡。MifareI卡具有以下特点：①读写距离2～4cm；②响应时间小于0.3s；③读写次数不少于10万次。

　　图书电子标签使用ISO1569313.56MHz标准电子标签,支持图书、DVD、VHS等相关馆藏电子标签。电子标签非人为因素，保证10万次读写。

　　(2)通信接口

　　读写器与计算机之间的通信接口采用RS485/RS232方式。整个系统具有便利的管理功能、可靠的防伪及系统保护体系、完善的数据处理功能、挥洒自如的单机功能、强大的网络扩展功能等特点。

　　(3)读写器硬件结构及工作原理

　　读写器主要由核心控制单元MCUP89LPC932、与MifareOne卡通信的MFRC632、与PC机通信的RS232、提供时间基准的实时时钟芯片PCF8563和存储系统设置数据的存储器AT45DB021组成。整个系统所用的器件都是比较常用的器件，具有典型性和通用性。

　　系统硬件框图如图2所示。主板上电后，读取存储器中的系统设置，然后根据其中的设置初始化整个系统，包括本设备的ID号、主站、从站、开机时间、关机时间、数据的存储方式等。由于MifareOne卡共有16个扇区，每个扇区又分为4块、每块又有16个字节，因此，除了保证系统使用的扇区空间外，用户可以使用的有48×16bit。而通过MifareOne卡存储的数据均不大，只占用一块存储区，换句话说，MifareOne卡的数据存储区可以存储48次，当超过48次时就从前面覆盖数据。

　　射频电路如图3所示。在本设计中，为提高整个系统的使用范围，在芯片选择上使用功能更加强大的MFRC632，这也是整个系统的核心部分。

　　本文设计的图书馆智能管理系统以RFID中间件为媒介,实现了先进的RFID技术与图书管理方法的有机结合，为图书馆的管理提供了十分有效的技术手段，使馆员从烦杂的日常工作中解放出来，让馆员更自由、更高效地管理图书馆的馆藏，使清库、乱架和查找图书不再繁锁和麻烦。使图书管理工作智能化、自动化、规范化、系统化、程序化，避免了图书管理的随意性，提高了信息处理的速度和准确性，从而提高工作效率。

　　图书馆RFID自动管理系统可以作为一个独立的图书馆管理系统运行，也可以接入学院的校园网络实现图书馆在校园网络的信息共享以及借阅服务，使图书馆管理现代化、智能化。

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　　参考文献

　　[1]国家图书馆.国家图书馆立项开展图书馆RFID应用标准化研究工作[J].中国图书馆学报,2006(6)：31-35.

　　[2]蔡孟欣.图书馆RFID的投资回报研究[J].图书情报工作,2007(9)：67-69.

　　[3]孙一钢,董曦京.图书馆RFID技术应用标准化问题分析[J].中国图书馆学报,2007(4)：106-108.

　　[4]于兴晗,李君.基于MFRC632射频识别读写器芯片的专用读卡器设计及实现[J].电子技术应用,2007,33(3)：89-91.

　　[5]张挺,熊璋,王剑昆,等.一个面向低功耗设计的RFID系统研究与实现[J].小型微型计算机系统,2006(11).

　　[6]韩广峰.智能化图书馆RFID技术的研究[J].图书馆工作与研究,2007(1)：66-68.