基于RFID的數(shù)字化圖書館智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電腦知識(shí)與技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)與信息管理電腦知識(shí)與技術(shù)1引言近年來(lái),自動(dòng)識(shí)別方法在許多服務(wù)領(lǐng)域、商業(yè)部門、生產(chǎn)部門和材料流通領(lǐng)域得到了快速的普及和推廣。通常把非接觸的識(shí)別系統(tǒng)稱作射頻識(shí)別系統(tǒng)。RFID(RadioFrequencyIdentification是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),主要由讀卡器和射頻標(biāo)簽組成。它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別單個(gè)或多個(gè)目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù),可以大大減少人工操作量。與目前國(guó)內(nèi)廣泛采用條形碼技術(shù)比較,非接觸射頻技術(shù)具有更好的市場(chǎng)前景,尤其在一些特殊領(lǐng)域,非接觸射頻技術(shù)將發(fā)揮其獨(dú)特的作用。傳統(tǒng)的圖書館辦理手續(xù)依靠工作人員人工逐本檢查借、還書籍,費(fèi)時(shí)、費(fèi)力,讀者往往要排隊(duì)等候,圖書館無(wú)法提供更有效的服務(wù)?；赗FID的圖書館智能管理系統(tǒng)使處理過(guò)程實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)化,把工作人員從借書業(yè)務(wù)中解脫出來(lái),從而有更多時(shí)間為讀者提供其他服務(wù)。系統(tǒng)采用射頻識(shí)別技術(shù)[1]、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和自動(dòng)控制等技術(shù),能很好地應(yīng)用到現(xiàn)代智能圖書館管理系統(tǒng)中。本系統(tǒng)具有安全、可靠、方便,易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),充分體現(xiàn)了智能管理的“人性化、信息化、自動(dòng)化”,為實(shí)現(xiàn)圖書館管理的數(shù)字化奠定了良好的基礎(chǔ)。2系統(tǒng)工作原理在圖書館入口處設(shè)置出館閘門和入館閘門,實(shí)現(xiàn)出入圖書館人群的分流。進(jìn)、出館流程如圖1所示。2.1進(jìn)館工作原理進(jìn)館時(shí)刷校園卡,顯示屏顯示該學(xué)生的學(xué)號(hào)、姓名等個(gè)人資料以及所借書籍的名稱、序列號(hào)、借閱時(shí)間、期限等相關(guān)信息及所允許再次借閱的書籍?dāng)?shù)目。閘門被打開的同時(shí),讀卡器便開始工作,其發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào),讀卡器在讀取數(shù)據(jù)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)三種情況:(1讀寫器掃描不到任何書籍的標(biāo)簽信息,在借閱人進(jìn)入后,閘門自動(dòng)關(guān)閉。(2若只掃描到一個(gè)射頻標(biāo)簽信息即借閱人隨身攜帶準(zhǔn)備要還的書籍只有一本,射頻標(biāo)簽進(jìn)入讀卡器發(fā)射天線工作區(qū)域,在射頻標(biāo)簽的天線中便產(chǎn)生感應(yīng)電流,該標(biāo)簽獲得能量被激活。激活后的射頻標(biāo)簽將自身編碼等信息通過(guò)卡的內(nèi)置天線發(fā)送出去;系統(tǒng)接收天線接收到從射頻標(biāo)簽返回的載波信號(hào),經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀卡器,讀卡器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行處理;識(shí)別處理標(biāo)簽流程見(jiàn)圖2所示。待人進(jìn)入后,關(guān)閉閘門,并發(fā)指令給PC對(duì)此書的借閱標(biāo)志進(jìn)行更改,同時(shí)顯示屏自動(dòng)更新,并等待下一位入館者。圖1進(jìn)、出館流程圖2識(shí)別處理標(biāo)簽流程(3若有兩個(gè)或兩個(gè)以上的射頻標(biāo)簽即借閱人隨身攜帶準(zhǔn)備要還的書籍不止一本時(shí),進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域,讀卡器和標(biāo)簽之間的傳輸通路上的活動(dòng)就具有較高的突發(fā)系數(shù),數(shù)據(jù)包在讀取時(shí)發(fā)生碰撞的機(jī)率很高,為了防止標(biāo)簽的數(shù)據(jù)包在讀卡器的接收機(jī)中互相碰撞影響讀卡,系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)的二進(jìn)制搜索反碰撞法[1],實(shí)現(xiàn)對(duì)所有標(biāo)簽的讀取,并進(jìn)行相應(yīng)的處理。2.2出館工作原理出館時(shí)刷校園卡,顯示屏顯示該學(xué)生的個(gè)人資料及借閱情況,同時(shí)讀卡器開始工作。若讀卡器掃描不到任何書籍的標(biāo)簽信息,即此人沒(méi)有借書,閘門打開,待該生出去后,閘門關(guān)閉;否則,讀卡器自動(dòng)掃描讀取該生隨身攜帶準(zhǔn)備要借的書籍標(biāo)簽信息,并對(duì)其所借書籍?dāng)?shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。若超出借閱限額,啟動(dòng)超額報(bào)警,同時(shí)顯示屏轉(zhuǎn)換為提示畫面;沒(méi)有超限的話,讀卡器發(fā)指令給PC對(duì)掃描到的書籍借閱標(biāo)志進(jìn)行借閱登記,并對(duì)書籍借閱的相關(guān)信息進(jìn)行記錄、保存。閘門同時(shí)被打開,待該生出去后,顯示屏自動(dòng)更新,等待下一位入館者。2.3動(dòng)態(tài)二進(jìn)制搜索算法的實(shí)現(xiàn)“二進(jìn)制搜索”算法采用曼徹斯特編碼,由一個(gè)讀卡器和多個(gè)收稿日期:2006-04-08作者簡(jiǎn)介:張媛媛(1979-,女(回族,寧夏人,碩士研究生,研究方向:嵌入式系統(tǒng)、RFID技術(shù);劉錦高(1948-,男,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事光纖通信、移動(dòng)通信、位置相關(guān)的移動(dòng)通信服務(wù)系統(tǒng)、現(xiàn)代數(shù)字終端技術(shù)、高頻地波雷達(dá)海洋遙感等研究;馬利東(1979-,男,講師,工程碩士。基于RFID的數(shù)字化圖書館智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)張媛媛,劉錦高,馬利東(華東師范大學(xué)電子科學(xué)技術(shù)系,上海200062摘要:本文詳細(xì)闡明基于RFID技術(shù)設(shè)計(jì)數(shù)字化圖書館智能管理系統(tǒng)的工作原理及其整體結(jié)構(gòu),并從硬件構(gòu)成和軟件實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路;為防止由于標(biāo)簽的數(shù)據(jù)包在讀卡器的接收機(jī)中互相碰撞而不能準(zhǔn)確讀出,系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)二進(jìn)制搜索反碰撞法,實(shí)現(xiàn)對(duì)所有標(biāo)簽的讀取并進(jìn)行相應(yīng)的處理。關(guān)鍵詞:RFID;讀卡器;射頻標(biāo)簽;動(dòng)態(tài)二進(jìn)制搜索算法中圖分類號(hào):TP315文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(200623-0004-02DesignofIntelligentManagementSystemofDigitalLibraryBasedonRFIDZHANGYuan-yuan,LIUJin-gao,MALi-dong(Dept.ofElectronicsScience&Technology,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,ChinaAbstract:ThisarticleintroducesadesignmethodofintelligentmanagementsystemofdigitallibrarybasedonRFID.Afterillustratingtheworkingprincipleofthesystemanditswholestructure,thedesigningmethodisexplainedfromhardwareandsoftwaredesign.Thesystemusesdynamicbinarysearchinganti-collisionalgorithmtoreadallthetagsandmakerelevantprocessinginordertoavoidreliablytheincorrectidenti-ficationduetothecollisionofmulti-tags'.Keywords:RFID;Reader;RF-Tag;Dynamicbinarysearchingalgorithm4電腦知識(shí)與技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)與信息管理射頻標(biāo)簽之間規(guī)定的相互作用(命令和應(yīng)答順序規(guī)則構(gòu)成,目的在于從掃描到的多個(gè)標(biāo)簽組中選出符合規(guī)則的射頻標(biāo)簽。為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)二進(jìn)制搜索算法,系統(tǒng)事先設(shè)定一組命令,該組命令能由標(biāo)簽處理。REQUEST(SNR———請(qǐng)求(序列號(hào)命令:此命令發(fā)送一序列號(hào)作為參數(shù)給標(biāo)簽。標(biāo)簽把自己的序列號(hào)與接受到的序列號(hào)比較,如果是小于或等于接收的序號(hào),則此標(biāo)簽回送其序列號(hào)給讀卡器。這樣可以縮小預(yù)選的應(yīng)答器的范圍。SELECT_(SNR———選擇(序列號(hào)命令:用某個(gè)(事先確定的序列號(hào)作為參數(shù)給標(biāo)簽。具有相同序列號(hào)的標(biāo)簽將以此作為執(zhí)行其他命令(例如讀出和寫入數(shù)據(jù)的切入開關(guān),即選擇這個(gè)標(biāo)簽。具有其他序列號(hào)的標(biāo)簽只對(duì)REQUEST命令進(jìn)行應(yīng)答。READ_DATA———讀出數(shù)據(jù)命令:被選中的標(biāo)簽將存儲(chǔ)的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給讀卡器。UNSELECT———取消選擇命令:取消一個(gè)事先選中的標(biāo)簽,標(biāo)簽進(jìn)入非激活狀態(tài),對(duì)收到的REQUEST命令不作應(yīng)答。為了重新激活標(biāo)簽,必須暫時(shí)離開讀卡器的作用范圍以實(shí)行復(fù)位。在二進(jìn)制搜索算法中使用上述命令,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)所有標(biāo)簽進(jìn)行讀取。限制搜索范圍的一般規(guī)則如表1所示。表1限制搜索范圍的一般規(guī)則第(X位是接收到的應(yīng)答器地址的最高位,就是在這一地址上出現(xiàn)了碰撞。3硬件組成硬件部分主要由天線模塊、射頻標(biāo)簽、讀卡器模塊、安全報(bào)警裝置及PC機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊組成。硬件框圖如圖3所示。系統(tǒng)采用中頻射頻標(biāo)簽頻率13.56MHz。圖3硬件框圖天線模塊:在硬件設(shè)計(jì)方面,主要完成對(duì)射頻標(biāo)簽讀寫器天線和射頻標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)[1,2]。對(duì)于頻率等于或者低于13.56MHz的天線設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),關(guān)鍵特性是天線的電感和天線線圈的形狀尺度參數(shù),及選用材料的特性參數(shù);為防止ESD和EMI的影響,讀卡器需要采用性能良好的屏蔽材料,如鋁制的屏蔽材料。射頻標(biāo)簽:除標(biāo)簽天線另外設(shè)計(jì)外,射頻標(biāo)簽的其他功能模塊均采用天宇微機(jī)電公司生產(chǎn)的TN95P1344-106K,主要用于存儲(chǔ)圖書的相關(guān)信息,并在進(jìn)出館時(shí)與讀卡器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。讀卡器模塊:讀卡器采用天宇微機(jī)電公司的TG-R151TS-01讀卡器模塊,其核心部分是用EM78447B[3]單片機(jī)。讀卡器不斷發(fā)送電磁波,并檢測(cè)有效范圍內(nèi)是否有標(biāo)簽存在;當(dāng)檢測(cè)到有效標(biāo)簽時(shí),讀卡器讀取標(biāo)簽的數(shù)據(jù),并通過(guò)RS232接口將數(shù)據(jù)送到PC機(jī)進(jìn)行處理。安全報(bào)警裝置:當(dāng)出現(xiàn)超額借書或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),由讀卡器發(fā)出指令啟動(dòng)報(bào)警裝置報(bào)警,以確保館藏的安全。PC機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊:PC機(jī)通過(guò)RS232接口分別與讀卡器和現(xiàn)有的密耦合非接觸讀卡器(校園卡連接。PC機(jī)一方面接收讀卡器上傳的信息、返回相關(guān)信息;另一方面控制現(xiàn)有的密耦合非接觸讀卡器,刷新持有校園卡的相關(guān)人員在數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息。4程序?qū)崿F(xiàn)程序設(shè)計(jì)主要包括讀卡器模塊中的控制程序和數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序。4.1讀卡器模塊中的控制程序控制程序主要由通信握手、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收中斷服務(wù)、譯碼糾錯(cuò)、RS232通信、讀數(shù)據(jù)以及控制外圍設(shè)備(例如報(bào)警器、閘門等子程序組成,所有控制程序采用單片機(jī)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。4.2數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序[4]數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序主要完成數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的查詢、設(shè)置,同時(shí)要負(fù)責(zé)接收從讀卡器傳來(lái)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)處理操作。數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序用VB語(yǔ)言編寫。數(shù)據(jù)庫(kù)的建立:在數(shù)據(jù)庫(kù)中建兩張表,一張記錄館藏書籍信息,另一張記錄個(gè)人資料及其圖書借閱情況。館藏書籍信息表由書籍標(biāo)簽序列號(hào)、名稱、索書號(hào)、作者、出版社、出版日期及借閱狀態(tài)等字段組成;個(gè)人資料及其圖書借閱情況表由校園卡卡號(hào)、學(xué)號(hào)、姓名、照片及所借書籍名稱、序列號(hào)、借閱時(shí)間、期限、允許再次借閱的書籍?dāng)?shù)目、出入館狀態(tài)等字段組成。兩張表都可以在有權(quán)限的條件下進(jìn)行添加、修改、刪除等操作;查詢則不設(shè)權(quán)限,可按學(xué)號(hào)、姓名、書籍名稱、序列號(hào)、索書號(hào)等進(jìn)行查詢。數(shù)據(jù)接收及處理:讀取數(shù)據(jù)由后臺(tái)線程完成,線程在程序運(yùn)行時(shí)即創(chuàng)建。讀卡器傳來(lái)的數(shù)據(jù)存放在程序緩沖區(qū)中,此緩沖區(qū)已在程序初始化時(shí)分配。一旦檢測(cè)到程序緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)就對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取,并經(jīng)處理后寫入數(shù)據(jù)庫(kù)中。4.3程序舉例:RS232串口接收程序[5](用MSComm控件:PrivateSubMSComm1_OnComm(SelectCaseComm1.CommEventCasecomEvReceiveDimInbyte(AsByteDimBuf￥,Getstr￥Inbyte=Comm1.InputFori=LBound(InbyteToUBound(InbyteBuf=Buf&Hex(Inbyte(iNextiGetstr=Mid(Buf,6,4Text1.Text=GetstrEndSelectEndSub5小結(jié)本系統(tǒng)一次性投入、成本低,而且能夠很好的和現(xiàn)有的圖書館系統(tǒng)融合。用射頻識(shí)別技術(shù)取代條形碼掃描,大大簡(jiǎn)化圖書館借還書的程序,方便圖書館管理,節(jié)約人力資源和學(xué)生因借還書排隊(duì)而帶來(lái)的不必要的時(shí)間浪費(fèi);同時(shí)為實(shí)現(xiàn)圖書館管理的數(shù)字化奠定了良好的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn):[1]Finkenzeller,K.RFIDHandbookFundamentalsandApplica-tionsinContactlessSmartCardsandIdenti