??? 摘? 要： 討論了基于射頻識別技術(shù)的圖書館智能管理系統(tǒng)的若干關(guān)鍵問題和系統(tǒng)構(gòu)成,，詳細地分析了各系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)和難點。系統(tǒng)實現(xiàn)了先進的RFID技術(shù)和圖書管理方法的有機結(jié)合,，該系統(tǒng)可以作為一個獨立的圖書館管理系統(tǒng)運行,，也可以接入學(xué)院的校園網(wǎng)絡(luò),，實現(xiàn)圖書館在校園網(wǎng)絡(luò)的信息共享以及借閱服務(wù)。?

??? 關(guān)鍵詞： 射頻識別; 圖書館; 智能管理系統(tǒng)

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??? 目前大多數(shù)圖書館還是采用條碼加磁條的作業(yè)方式,，借書流程仍然需要人工將圖書打開并找到條碼位置進行掃描,。但隨著讀者人數(shù)的激增，這樣的操作流程顯得較為繁瑣,，借還書效率低,。另外條碼容易破損，影響正常的借還書程序,，降低了讀者的滿意度,。?

??? 圖書館使用了射頻識別(RFID)技術(shù),，讀者一卡在手，就可自由進出各個借閱室,。圖書將采用電子數(shù)字標(biāo)簽,，讀者可自動化借還書。自助借還書機以及還書箱的出現(xiàn),，特別是其一次可以做多本借還書服務(wù)和24小時還書服務(wù)等功能,，大大節(jié)省了館員的工作量和讀者等待的時間。RFID能更好地提高圖書流通管理和典藏管理的工作效率,，使得圖書館管理員可以有更多的時間來為讀者提供服務(wù),，為圖書館行業(yè)的發(fā)展帶來新的機遇^[1]。?

1 基于RFID的圖書館智能管理系統(tǒng)的關(guān)鍵問題?

1.1頻率選擇?

??? RFID系統(tǒng)可以按照工作頻率分為：低頻(LF)系統(tǒng),、高頻(HF)系統(tǒng),、超高頻(UHF)系統(tǒng)、微波(μWF)系統(tǒng)等,，這些系統(tǒng)其識別距離,、讀寫特性、標(biāo)簽尺寸,、防碰撞性能,、傳播性能等多方面均有較大差別。?

??? 圖書借閱,，一般都要求識別距離最遠應(yīng)達到3 m,，且在現(xiàn)場有多個射頻標(biāo)簽處于同一區(qū)域，故不宜采用LF系統(tǒng),。無源微波標(biāo)簽的性能與UHF標(biāo)簽性能相近，但造價較高,。有源微波電子標(biāo)簽的識別距離較遠,，但其體積較大、造價較高,，且識別距離會隨著電池電量的消耗而逐漸縮短,，因此難以在圖書借閱中大規(guī)模使用。HF頻段的RFID系統(tǒng)其識別距離,、讀寫速度,、標(biāo)簽尺寸、防碰撞性能等技術(shù)特點正適合速遞生產(chǎn)識別的要求,，而且已經(jīng)形成了ISO15693,、EPC等系列標(biāo)準(zhǔn)，相對成熟,，而且隨著應(yīng)用的日益擴大,，價格已經(jīng)出現(xiàn)了迅速下降的趨勢,，在技術(shù)上和經(jīng)濟上都是可行的^[2-3]。因此本設(shè)計選擇高頻(HF)系統(tǒng),。?

??? 13.56 MHz RFID系統(tǒng)的特點：高品質(zhì)及大容量的芯片數(shù)據(jù)存儲空間可以將每一本書的信息存儲在里面,，這些數(shù)據(jù)可以不經(jīng)過視線也不需要直接接觸,即可在0.05 m～1.2 m的范圍內(nèi)讀和寫；RFID標(biāo)簽穩(wěn)定,、可靠,，可以使用10年以上，溫度,、光線都不會對使用產(chǎn)生影響,，即使標(biāo)簽臟、表面磨損也不會對使用構(gòu)成影響,。?

1.2 標(biāo)簽選擇?

??? 標(biāo)簽按其能量供應(yīng)方式分為有源標(biāo)簽及無源標(biāo)簽2種,。有源標(biāo)簽使用標(biāo)簽內(nèi)的電池能量，識別距離較長,，可達幾米甚至十幾米,，但是其壽命有限且價格較高;無源標(biāo)簽不含有電池，它接收到閱讀器的電磁信號后經(jīng)整流為直流電供芯片工作,，一般可做到免維護,，并且重量輕、體積小,、壽命長,、價格便宜，而它在發(fā)射距離及適應(yīng)物體運動速度方面略受限制, 但一般允許在1 m～6 m,。?

??? 考慮到無源標(biāo)簽識別技術(shù)在識讀距離和識讀速度等方面可以滿足圖書借閱需要,，因此本設(shè)計采用無源標(biāo)簽。?

1.3 信息標(biāo)識?

??? 信息標(biāo)識方案是實現(xiàn)自動識別的首要問題,。信息標(biāo)識方案的設(shè)計必須符合以下原則:?

??? (1)效率性:能夠縮短信息錄入時間,、減少輔助勞動環(huán)節(jié)、明顯提高系統(tǒng)生產(chǎn)效率,。?

??? (2)經(jīng)濟性:投資少,，運營成本低。?

??? (3)可靠性:盡量減少信息錄入的內(nèi)容和次數(shù),，以減少信息錄入的差錯率,。同時必須考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)條件。?

??? (4)可實施性:對原有信息系統(tǒng)的架構(gòu),、數(shù)據(jù)傳輸和存儲格式,，不應(yīng)有較大的調(diào)整和變動，通過接口即可相互兼容，不影響條碼標(biāo)識信息系統(tǒng)的正常運行,。?

??? 在充分考慮上述因素的基礎(chǔ)上,，本設(shè)計提出以下信息標(biāo)識方案:?

??? (1)信息標(biāo)識內(nèi)容應(yīng)包括與圖書相關(guān)的基本信息，如：安全碼,、條形碼號,、館別、識別應(yīng)用碼,、制作機組,、簿冊號、借閱次數(shù),、分類號,、作者號、借閱證號,、日期等相關(guān)信息,，并將這些信息寫入電子標(biāo)簽中。?

??? (2)標(biāo)簽可寫入的信息：圖書身份(ID號碼),；圖書信息(書名,、索書號等)；所屬圖書館身份,；所屬書架信息,；借閱者信息；借閱日期,；更多其他內(nèi)容,。技術(shù)規(guī)格:長45 mm×寬45 mm或者長50 mm×寬50 mm；可依據(jù)客戶要求定制標(biāo)簽大小及印刷內(nèi)容,；ISO15693標(biāo)準(zhǔn)及符合圖書館行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),。?

2 系統(tǒng)構(gòu)成?

??? 系統(tǒng)模塊包含圖書管理系統(tǒng)服務(wù)器、電子偵測門,、柜臺工作站,、自助借還書機、自助還書箱,、盤點工作站、制作工作站和智慧期刊架(智慧書架),。整個圖書館的RFID智能管理系統(tǒng)應(yīng)用軟件包括：智能流通標(biāo)簽初始化轉(zhuǎn)換系統(tǒng),、管員工作站應(yīng)用功能集成系統(tǒng)、讀者自助借閱系統(tǒng),、讀者自助借還書系統(tǒng),、手持設(shè)備查詢、順架及盤點系統(tǒng)、安全通道門系統(tǒng),。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)^[4]如圖1所示,。?

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??? 下面是射頻識別圖書管理系統(tǒng)的各產(chǎn)品應(yīng)具有的功能:?

??? (1)圖書管理系統(tǒng)服務(wù)器?

??? 盤點統(tǒng)計：提供盤點相關(guān)統(tǒng)計報表。?

??? 書籍相關(guān)信息查詢：可查詢書籍相關(guān)設(shè)定信息,、館藏書目數(shù)據(jù)及借閱數(shù)據(jù),。?

??? 設(shè)備狀況信息查詢：可查詢各設(shè)備的使用狀態(tài)。?

??? 賬號管理：可將圖書館自動化系統(tǒng)讀者文件轉(zhuǎn)入系統(tǒng)中并可查詢讀者使用狀況,。提供ISO2709書目轉(zhuǎn)換文件接口,，可將CNMARC、USMARC書目數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫支持的UNICODE,。?

??? (2)電子偵測門?

??? 支持單通道及雙通道電子偵測門,；電子偵測門最遠可偵測90 cm(含)以上距離，可達無障礙空間標(biāo)準(zhǔn),；可實時聯(lián)機服務(wù)器將相關(guān)人員出入做統(tǒng)計,；提供觸發(fā)接點，當(dāng)此書籍無借閱,、安全門偵測到安全碼時,，可聯(lián)機門禁系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng)做安全提醒。?

??? (3)柜臺工作站?

??? 前臺工作站的功能包括：借閱,、歸還,、續(xù)借、排序,、可設(shè)定及解除電子標(biāo)簽安全碼,、標(biāo)簽轉(zhuǎn)換。?

??? 當(dāng)圖書館自動化系統(tǒng)離線作業(yè)時,，如流通柜臺支持離線作業(yè),，本工作站亦可正常工作。以不改變現(xiàn)行館員使用的圖書館自動化系統(tǒng)流通接口為前提,，使用本系統(tǒng)功能并不會增加館員負擔(dān),。?

??? (4)自助借還書機?

??? 系統(tǒng)使用工業(yè)等級主機，可供長時間的開機操作,。熱感應(yīng)打印機可打印借還單據(jù),，作為讀者借還憑據(jù)?？梢淮谓柽€多本書籍,，不需逐本感測。借還時支持實時擷取借閱書籍及人員錄像功能,，以避免日后紛爭,。?

??? (5)自助還書箱?

??? 可提供24小時一次多本還書服務(wù),，當(dāng)還書時可透過主機將還書記錄告訴圖書館自動化系統(tǒng)內(nèi)建的紅外線人體偵測，當(dāng)讀者靠近自助還書箱時,，才啟動還書功能,，以減少電力消耗，達到環(huán)保目的,。應(yīng)具有影音說明功能,，提供讀者友善操作指引。?

??? 自助還書箱內(nèi)配置1臺書車,，以方便館方人員將借還的書籍,，拖運到書架區(qū)歸位。用人性化LCD及還書單據(jù)使館內(nèi)紛爭減至最低,?？山Y(jié)合自動分揀機作圖書分類功能。?

??? (6)盤點工作站?

??? 盤點工作站是集合了獨特的手持式RFID讀寫器,、手持式天線和PDA進行掃描書籍的序號等信息,。獨特設(shè)計的手持插入式天線可以插入書架上圖書間隙中進行更為準(zhǔn)確的書架圖書盤點信息的采集。掌上電腦設(shè)備能進行圖書的搜索定位,，歸架管理及排序管理,，使得圖書館管理工作人員能更為高效、頻繁地進行圖書盤點工作,。掌上電腦中的信息能夠以有線或無線的方式與PC機同步,。?

??? (7)制作工作站?

??? 可設(shè)定相關(guān)制作人員權(quán)限管制，并可查閱相關(guān)書籍的制作時間及人員,，避免書籍制作重復(fù)的錯誤行為;可多臺工作站同時制作書籍電子標(biāo)簽;可重復(fù)修改電子標(biāo)簽中的內(nèi)容,，并修改為正確信息;使用安全編碼方式將數(shù)據(jù)寫入電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽內(nèi)容不易被修改,；可統(tǒng)計制作人員制作書本數(shù)量及登入號;可依館員習(xí)慣修改制作接口,，并可使用各種PCBASE的硬件及各種Windows操作系統(tǒng)安裝本工作站;可將相關(guān)內(nèi)容及相關(guān)信息，如：安全碼,、條形碼號,、館別、識別應(yīng)用碼,、制作機組,、簿冊號、借閱次數(shù),、分類號,、作者號、借閱證號,、日期等相關(guān)信息，寫入電子標(biāo)簽中。?

??? (8)智慧期刊架（智慧書架）?

??? 讀者通過圖書館的Web或者位于期刊閱覽室或圖書區(qū)的WebPAC進行新書查詢,，根據(jù)三維導(dǎo)覽圖快速得到其準(zhǔn)確位置,。館方可對智慧期刊(書)架內(nèi)期刊(圖書)進行實時管理，即時盤點,。?

??? 管理者端提供全文檢索,、架位檢索、新書數(shù)據(jù)管理,、電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)管理,、架位管理、期刊(圖書)取閱記錄管理,、統(tǒng)計報表與使用者管理,。?

??? 查詢結(jié)果的架位狀態(tài)包含期刊(圖書)名稱等MARC資料與新書實時所在位置。?

????期刊(圖書)數(shù)據(jù)管理(修改)功能,，可以修改期刊(圖書)名,、架位信息以及期刊(圖書)詳細內(nèi)容；使用者管理須提供賬號,、姓名,、密碼與權(quán)限字段；架位數(shù)據(jù)管理須提供說明與詳細架位信息字段,；期刊（圖書）檔新增時,，本服務(wù)器數(shù)據(jù)庫可通過自動化接口去取得最新資料。?

??? 提供統(tǒng)計報表,，含錯架清單,、取閱次數(shù)統(tǒng)計、取閱紀(jì)錄與未在架清單,、取閱次數(shù)統(tǒng)計與取閱紀(jì)錄可依時間區(qū)段做統(tǒng)計并打印報表,。?

3 分系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)?

??? 本方案主要根據(jù)圖書館的應(yīng)用需求而設(shè)計，以先進實用,、節(jié)省費用,、充分兼容和可擴展為設(shè)計原則。分系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)^[5-6]包括以下內(nèi)容：?

??? (1)電子標(biāo)簽?

??? 讀者證:使用ISO14443-A標(biāo)準(zhǔn)讀者證及條形碼讀者證方式,。?

??? 考慮到系統(tǒng)今后的擴展,，為方便與校園一卡通系統(tǒng)的連接，讀者證采用Mifare I型無源射頻卡,。Mifare I卡具有以下特點：①讀寫距離2～4 cm,；②響應(yīng)時間小于0.3 s；③讀寫次數(shù)不少于10萬次,。?

??? 圖書電子標(biāo)簽使用ISO15693 13.56 MHz標(biāo)準(zhǔn)電子標(biāo)簽,支持圖書,、DVD,、VHS等相關(guān)館藏電子標(biāo)簽。電子標(biāo)簽非人為因素,，保證10萬次讀寫,。?

??? (2)通信接口?

??? 讀寫器與計算機之間的通信接口采用RS485/RS232方式。整個系統(tǒng)具有便利的管理功能,、可靠的防偽及系統(tǒng)保護體系,、完善的數(shù)據(jù)處理功能、揮灑自如的單機功能,、強大的網(wǎng)絡(luò)擴展功能等特點,。?

??? (3)讀寫器硬件結(jié)構(gòu)及工作原理?

??? 讀寫器主要由核心控制單元MCUP89LPC932、與MifareOne卡通信的MFRC632,、與PC機通信的RS232,、提供時間基準(zhǔn)的實時時鐘芯片PCF8563和存儲系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)的存儲器AT45DB021組成。整個系統(tǒng)所用的器件都是比較常用的器件,，具有典型性和通用性,。?

??? 系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。主板上電后,，讀取存儲器中的系統(tǒng)設(shè)置,，然后根據(jù)其中的設(shè)置初始化整個系統(tǒng)，包括本設(shè)備的ID號,、主站,、從站、開機時間,、關(guān)機時間,、數(shù)據(jù)的存儲方式等。由于MifareOne卡共有16個扇區(qū),，每個扇區(qū)又分為4塊,、每塊又有16個字節(jié)，因此,，除了保證系統(tǒng)使用的扇區(qū)空間外,，用戶可以使用的有48×16 bit。而通過MifareOne卡存儲的數(shù)據(jù)均不大,，只占用一塊存儲區(qū),，換句話說，MifareOne卡的數(shù)據(jù)存儲區(qū)可以存儲48次,，當(dāng)超過48次時就從前面覆蓋數(shù)據(jù),。?

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??? 射頻電路如圖3所示。在本設(shè)計中,，為提高整個系統(tǒng)的使用范圍,，在芯片選擇上使用功能更加強大的MFRC632,，這也是整個系統(tǒng)的核心部分。?

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??? 本文設(shè)計的圖書館智能管理系統(tǒng)以RFID中間件為媒介,實現(xiàn)了先進的RFID技術(shù)與圖書管理方法的有機結(jié)合,，為圖書館的管理提供了十分有效的技術(shù)手段,，使館員從煩雜的日常工作中解放出來，讓館員更自由,、更高效地管理圖書館的館藏，使清庫,、亂架和查找圖書不再繁鎖和麻煩,。使圖書管理工作智能化、自動化,、規(guī)范化,、系統(tǒng)化、程序化,，避免了圖書管理的隨意性,，提高了信息處理的速度和準(zhǔn)確性，從而提高工作效率,。?

??? 圖書館RFID自動管理系統(tǒng)可以作為一個獨立的圖書館管理系統(tǒng)運行,，也可以接入學(xué)院的校園網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)圖書館在校園網(wǎng)絡(luò)的信息共享以及借閱服務(wù)，使圖書館管理現(xiàn)代化,、智能化,。?

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