基于RFID技術(shù)的圖書電子標(biāo)簽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

喻皓 徐楊敏 張?jiān)鴰V

摘要：該項(xiàng)目設(shè)計(jì)出一種基于RFID技術(shù)的圖書電子標(biāo)簽系統(tǒng)。該電子標(biāo)簽系統(tǒng)可以為出版社、圖書發(fā)行商、書店、圖書館提供便利。對(duì)于學(xué)校圖書館來說，只要在每本書上貼上一個(gè)電子便簽，電子便簽便記錄了該本書的書名、作者、位置等信息。在圖書館的所有的走廊、書架、閱覽室等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上設(shè)立電子標(biāo)簽的讀取設(shè)備，當(dāng)該本書通過某個(gè)節(jié)點(diǎn)，讀取設(shè)備則自動(dòng)與管理信息庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)。這樣有利于人們很快地找到在圖書書庫各處的、自己所需要的圖書。同時(shí)圖書管理人員也可利用該電子標(biāo)簽系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖書快速上架、盤點(diǎn)。另外，它還有偷書報(bào)警等功能，提高了對(duì)圖書的管理。該項(xiàng)目擬利用P89CS1RA2BN和MFRC500分別作為MCU和RF芯片設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了RFID系統(tǒng)中有源電子標(biāo)簽的硬件部分，同時(shí)利用ALOHA防碰撞算法，解決多標(biāo)簽可能同時(shí)存在造成的識(shí)別問題，對(duì)實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：圖書電子標(biāo)簽;RFID技術(shù);圖書管理

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）19-0267-02

1 項(xiàng)目背景

現(xiàn)有的很多老圖書館出于經(jīng)濟(jì)考慮一般是靠磁條來防盜，有很大的安全隱患，且不能記錄書籍的名字等數(shù)據(jù)信息，導(dǎo)致圖書的順架與排架困難，工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度高、圖書查找、館藏清點(diǎn)煩瑣并耗時(shí)，磁帶與光盤讀物難以流通，導(dǎo)致圖書管理自動(dòng)化程度比較低，管理也缺乏人性，同時(shí)傳統(tǒng)磁條容易消磁，導(dǎo)致防盜效果比較差等問題一直困擾著圖書館的管理及工作人員。

傳統(tǒng)的磁條使用的材料通常是一種非晶體材料，這種材料價(jià)格便宜，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。由于這種材料是金屬高溫熔液在非常短的時(shí)間里從石英噴嘴高速噴出，形成固態(tài)條狀的產(chǎn)物，因?yàn)樵摬牧蠌囊簯B(tài)到凝固的時(shí)間非常短，故很容易形成非晶體狀態(tài)。當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)成分合理、制作工藝科學(xué)時(shí)，通常得到的非晶材料就具有很高的導(dǎo)磁率，我們就用它來制作傳統(tǒng)的圖書磁條。傳統(tǒng)的圖書監(jiān)測儀就是利用這種材料制成的圖書標(biāo)簽高導(dǎo)磁特性進(jìn)行探測并報(bào)警。

傳統(tǒng)磁條按照基本材料一般可以分為鈷基磁條與鐵基磁條。鈷基磁條的成分為金屬鈷;鐵基磁條的成分為純鐵。我們根據(jù)在實(shí)際使用中能否對(duì)圖書磁條反復(fù)充消磁，可以進(jìn)一步將圖書磁條劃分為復(fù)合型磁條與永久型磁條二種。因?yàn)樵趫D書館的圖書需要反復(fù)外借，所以我們一般使用復(fù)合磁條方便管理;在閱覽室的書籍因?yàn)楹苌偻饨瑁鲇诔杀究紤]我們可以使用永久磁條。

傳統(tǒng)圖書磁條如果遇水或在潮濕的環(huán)境中非常容易生銹，如果是鐵基磁條生銹，他的性能就會(huì)失效，并可能進(jìn)一步對(duì)圖書造成損壞。另外，當(dāng)圖書進(jìn)入監(jiān)測區(qū)，磁條被磁場被磁化時(shí)，圖書磁條很有可能會(huì)產(chǎn)生一種磁致伸縮的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象通常會(huì)使磁條產(chǎn)生束縛應(yīng)力，導(dǎo)致磁條的性能下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)А?/p>

綜上所述，現(xiàn)有的圖書標(biāo)簽管理體系是一種低效、低廉、功能低下的管理體系，應(yīng)該被升級(jí)改造。

2 研究現(xiàn)狀

目前主流研究的圖書電子標(biāo)簽系統(tǒng)主要是通過RFID與信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)結(jié)合起來，首先使用支持國際通用協(xié)議的圖書數(shù)據(jù)標(biāo)簽，再接著利用第三方書架天線通過對(duì)圖書進(jìn)行分層、分面掃描，就可以直接完成館藏圖書的清點(diǎn)、查詢、定位和錯(cuò)架統(tǒng)計(jì)等實(shí)用功能。

3 意義及實(shí)施必要性

采用RFID技術(shù)的圖書電子標(biāo)簽系統(tǒng)，有效幫助圖書管理員進(jìn)一步改進(jìn)圖書的管理方式、并進(jìn)一步提高圖書管理員的工作效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以通過第三方智能設(shè)備如書架天線、盤點(diǎn)儀、智能安全門等設(shè)備實(shí)現(xiàn)了圖書自動(dòng)盤點(diǎn)、自助借還、區(qū)域定位、自動(dòng)分揀等管理功能。

我們?cè)O(shè)計(jì)了一種利用RFID技術(shù)的圖書電子標(biāo)簽系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以存儲(chǔ)書籍的信息，包括書名、作者、位置等信息。在圖書館的所有的樓道、書架、大門等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上設(shè)立電子標(biāo)簽的讀取設(shè)備，當(dāng)該本書通過某個(gè)節(jié)點(diǎn)，讀取設(shè)備則自動(dòng)記錄，并與管理信息庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)。不需要人工干預(yù)可以自行處理書籍出庫與入庫的信息。

擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

讀寫器的硬件設(shè)備主要由MCU模塊、射頻讀與寫模塊、無線收發(fā)天線等構(gòu)成。其中MCU模塊主要由CPU、通信電路、數(shù)據(jù)復(fù)位電路，電路供電電路，狀態(tài)顯示與報(bào)警器驅(qū)動(dòng)放大電路等部分組成。CPU我們采用P89CS1RA2BN，因?yàn)樗闹噶罴cMCS51系列CPU指令集兼容。而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，并且進(jìn)一步提供系統(tǒng)可編程功能。

射頻芯片使用MFRC500。該芯片集成了在13.56MH下主要類型的被動(dòng)接觸與非接觸式通信協(xié)議。

在RS-232通信電路中，硬件的采用，考慮到既要實(shí)現(xiàn)預(yù)定的通信功能，又要簡化電路的設(shè)計(jì)，節(jié)約成本。

讀寫無線收發(fā)天線的設(shè)計(jì)上，我們考慮到系統(tǒng)是低功能設(shè)計(jì)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)上要求電子圖書標(biāo)簽與無線收發(fā)天線必須滿足系統(tǒng)要求。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)

（1）本系統(tǒng)是一種結(jié)構(gòu)簡單但工作復(fù)雜的無線系統(tǒng)，從大體上只能分為詢問器與應(yīng)答器。與互聯(lián)網(wǎng)有點(diǎn)相似，但與之不同的是，在互聯(lián)網(wǎng)中，每一臺(tái)電腦是一個(gè)應(yīng)答器，其體型遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)簽的體型，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)難度成倍增加。

（2）本系統(tǒng)最重要的特點(diǎn)是非接觸識(shí)別，它能適用于條形碼無法使用的環(huán)境，并且讀取速度很快。這項(xiàng)技術(shù)關(guān)鍵的一點(diǎn)在于標(biāo)簽如何如何能在沒有外加電源的條件下，能夠通過天線發(fā)出的電磁波，產(chǎn)生足夠的能量將自身攜帶的信息發(fā)射出去。

（3）本系統(tǒng)工作環(huán)境十分復(fù)雜：信號(hào)發(fā)射器與標(biāo)簽?zāi)軌蚪邮盏降男盘?hào)的頻率是否匹配，只有匹配，才能穩(wěn)定精確的傳遞信息。

（4）本系統(tǒng)編寫的軟件能否滿足需求，是難點(diǎn)之一。每一個(gè)好的系統(tǒng)，一定離好軟件。而一個(gè)好的軟件能夠極大地提升系統(tǒng)的性能。

5 總結(jié)

我們?cè)O(shè)計(jì)系統(tǒng)完成后，通過本系統(tǒng)可以記錄書籍的信息，包括書名、作者、位置等信息。在經(jīng)過電子標(biāo)簽的讀取設(shè)備時(shí)，自動(dòng)讀取書籍信息并與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫核對(duì)，自動(dòng)完成書籍的出庫與入庫并記錄。本系統(tǒng)使用電子標(biāo)簽記錄信息，具有體積小，重量輕，附著在書本和其他一些小巧的物品上，并且不會(huì)妨礙物品的使用，最重要的優(yōu)點(diǎn)是非接觸識(shí)別，并且讀取速度很快。

本系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)后，利用第三方智能天線使快速查找圖書的具體位置與順架成為可能。

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