基于單片機的圖書館閱覽指紋識別系統(tǒng)設(shè)計

張慧楨，王晉美，王紹汀，焦悅恒，晉翔宇

（黃河交通學(xué)院機電工程學(xué)院 河南 焦作 454150）

0 引言

不管是在學(xué)校還是在社會上，圖書館都是一個人流量較大的場所，對于圖書館管理人員的進出、入館人員的實名登記以及圖書借閱信息的數(shù)據(jù)整理與記錄就成了不可忽視的問題。為了更加方便地管理圖書，并且記錄圖書館的人員進出，圖書管理系統(tǒng)便應(yīng)運而生[1]。

通過觀察目前國內(nèi)外廣泛使用的圖書管理系統(tǒng)，例如國內(nèi)的XCLXT系統(tǒng)，和國外的INNOPAC系統(tǒng)以及Horizon系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)對于這些系統(tǒng)的入館人員在借閱圖書時多采用圖書借閱卡的形式。此方法存在丟失借閱卡、信息泄露等的風險，基于此我們考慮了與個人生物信息結(jié)合的方式——指紋識別技術(shù)。

采用指紋識別技術(shù)，可以實現(xiàn)與個人借閱信息的結(jié)合[2]。通過該方式為用戶提供更為方便的圖書借閱服務(wù)，同時也為圖書管理者提供更加便捷的圖書信息管理服務(wù)。

1 設(shè)計方案選擇和論證

1.1 圖書館指紋識別系統(tǒng)綜述

在設(shè)計時，要模擬IC卡的刷卡和指紋的處理，同時在硬件上設(shè)有單獨的按鈕，以便模擬時進行操作。每完成相應(yīng)的操作蜂鳴器的提示音不同[2]。相應(yīng)的數(shù)據(jù)會傳輸?shù)诫娔X上進行顯示。上位機中會顯示借書的周期，以天為單位，逾期的時間就會扣除相應(yīng)的罰金；用上位機還可以進行增加圖書、刪除圖書、修改圖書、查詢圖書，并且可以實現(xiàn)對用戶信息的注冊和注銷，設(shè)計總框圖如圖1所示。

圖1 設(shè)計總框圖

1.2 組成模塊基本方案

1.2.1 主芯片模塊

圖書管理系統(tǒng)在進行主控芯片選擇時要考慮到操作難易度，以及性價比等問題。STM32芯片能夠使用的資源很豐富；但是STM32的程序編寫比較麻煩，成本相對來說略大。STC89C52芯片的優(yōu)點是功率消耗低。代碼編寫對新手比較友好，性價比相對來說也是處于上游。所以選用STC89C52芯片[3]。

1.2.2 指紋模塊

光學(xué)指紋識別模塊通過光的折射與反射，由于手指上條紋的凹凸不平會導(dǎo)致產(chǎn)生不同亮度的折射光，之后依據(jù)光學(xué)元件進行成像提取指紋信息。

射頻指紋識別模塊是利用生物的射頻指紋識別技術(shù)，由傳感裝置來發(fā)射出一些少量的信號，從而提取指紋信息[4]。

由于指紋模塊的選擇更注重其小巧便捷的程度、信息掃描的清晰程度，以及模塊反應(yīng)的靈敏程度，所以在本設(shè)計中選擇了ATK-AS608指紋光學(xué)識別模塊。

1.2.3 數(shù)據(jù)庫模塊

對于智能圖書系統(tǒng)，用SQL作為數(shù)據(jù)庫會有較高的使用難度，但管理和程序的設(shè)計更為靈活性，適合于大規(guī)模的資料存儲。而用ACCESS的資料庫可以更容易做一些簡單資料的處理。因此選用ACCESS的資料庫更為方便快捷[5]。

1.2.4 射頻模塊

智能圖書系統(tǒng)以射頻模塊進行身份信息識別時做了兩種方案。第一種是用RC522射頻模塊。在進行信息提取時較快，成本較低，但是在信息提取的間隙上有一定的要求。第二種是用MD810R射頻模塊，該模塊內(nèi)部的資源較多，并且可以簡便的連接電腦，但是成本相對來說略高。

在智能圖書管理系統(tǒng)中，制作系統(tǒng)的成本不宜過高，同時對于信息的讀取要求穩(wěn)定一點，所以選用RC522射頻模塊。

2 硬件設(shè)計部分

2.1 硬件設(shè)計總框架

本設(shè)計采用STC89C52主控芯片。首先用信息輸入模塊進行信息的采集，之后送到主控制器。主控制器會將信息進行處理，用液晶顯示模塊來顯示,通過按鍵模塊上可以進行操作；當信息是已注冊的時會傳輸?shù)诫娔X上進行存儲；電源模塊保證了系統(tǒng)的供電[7]。主控芯片同時也會給報警模塊發(fā)送信息。各個模塊相互配合工作而形成一個完整的系統(tǒng)。電路總框架圖如圖2所示。

圖2 電路設(shè)計總框圖

2.2 單片機主控模塊STC89C52

本設(shè)計中的主控芯片為STC89C52，操作時比較方便。芯片由晶振頻率電路和復(fù)位電路組成了其最小系統(tǒng)。如圖3所示。

圖3 STC89C52最小系統(tǒng)

2.3 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊在本設(shè)計中選用LCD12864。LCD12864以點陣屏來進行信息的顯示，顯示畫面時比較清晰。LCD12864液晶顯示電路模塊如圖4所示。

圖4 LCD12864液晶顯示電路

2.4 射頻讀卡器模塊

MF RC522是應(yīng)用于13.56 MHz非接觸式通信中高集成度的讀寫卡芯片，是NXP公司針對“三表”應(yīng)用推出的一款低電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片，是智能儀表和便攜式手持設(shè)備研發(fā)的較好選擇。MF RC522利用了先進的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在13.56 MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議[8]。MF RC522與MF RC500和MF RC530有不少相似之處，但同時也具備其獨有的特點，同后者相比之下有著不小的差異。它與主機間通信采用SPI模式，有利于減少連線，縮小PCB板體積，降低成本。

2.5 指紋識別模塊

指紋模組使用ATK-AS608型指紋模組。利用光的折射和反射原理,光從底部射向三棱鏡,并經(jīng)棱鏡射出,射出的光線在手指表面指紋凹凸不平的線紋上發(fā)生折射。由于折射的角度不同，反射回去的光線明暗就會不一樣。CMOS或者CCD的光學(xué)器件就會收集到不同明暗程度的圖片信息,能夠有效、快捷的獲取和鑒別指紋。同時有檢測功能，可以判定有沒有手指觸碰[9]。指紋識別模塊如圖5所示。

圖5 指紋識別模塊

2.6 蜂鳴器報警器

圖書管理系統(tǒng)中蜂鳴器是用來報警提示，不同的操作報警提示音不同。蜂鳴器的連接電路如圖6所示。

圖6 蜂鳴器電路

2.7 電源模塊

在智能圖書管理系統(tǒng)中，電源模塊的作用是為采集模塊、控制模塊提供電源。電源電路如圖7所示。

圖7 電源電路

3 軟件設(shè)計部分

3.1 主程序流程圖

主程序流程圖如圖8所示。

圖8 主程序流程圖

對圖書館管理系統(tǒng)的運行來說，要求對該設(shè)備供電后，進行模組的初始化；利用操作按鈕，進行操作。在對個人的信息進行讀取輸入后，經(jīng)過處理，傳送至液晶顯示屏中顯示，并儲存。用戶可以看到信息的記錄，管理員可以進行修改。如果用戶超過了借閱期限，就會自動扣除金額；如果并未超過規(guī)定時間則不會。

3.2 液晶模塊流程圖

在系統(tǒng)通電的過程中，同時對液晶模塊的程序進行了相應(yīng)的初始化。設(shè)置的獨立按鍵能控制液晶顯示的界面欄，不同的操作對應(yīng)不同的顯示。液晶模塊流程圖如圖9所示。

圖9 液晶屏模塊流程圖

3.3 上位機

3.3.1 主界面

圖書信息管理系統(tǒng)存在上位機。在以管理員的身份進行登錄后，可以進行信息的更改；當上位機和下位機相連時，需要提前預(yù)設(shè)COM端口號。在進行刷卡登記后，上位機會自動呈現(xiàn)相應(yīng)信息并儲存。主界面如圖10所示。

圖10 上位機主界面

3.3.2 圖書信息管理

在進行修改圖書信息后，在點擊確定按鈕，可以確保系統(tǒng)將進行修改后的圖書信息進行保存。圖書信息管理界面如圖11所示。

圖11 圖書管理界面

3.3.3 圖書查詢

在主界面中菜單里面有信息查找功能?？梢赃x信息類別來查詢，還可以通過輸入查詢關(guān)鍵字查詢。系統(tǒng)會篩選符合查詢的內(nèi)容進行顯示。圖書查詢界面如圖12所示。

圖12 圖書查詢界面

3.3.4 充值金額

對用戶的賬戶金額進行充值，可以用于抵消借閱超時所產(chǎn)生的費用。充值操作只能由管理員完成。充值界面如圖13所示。

圖13 充值界面

4 總結(jié)與展望

本系統(tǒng)采用STC89C52為核心，通過單片機將指紋和射頻模塊所獲取的數(shù)據(jù)進行數(shù)字處理，并通過串口傳送至計算機，以進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)與硬件設(shè)備進行比對；當檢測到的數(shù)據(jù)滿足條件時，系統(tǒng)就會自動讀取主機的數(shù)據(jù)。不匹配時也會出現(xiàn)相應(yīng)的提示。

圖書電子閱覽系統(tǒng)在射頻模塊的基礎(chǔ)上加入了指紋識別模塊可以提升效率，但為了更進一步，還可以加入人臉識別技術(shù)。在圖書電子閱覽系統(tǒng)中加入人臉識別技術(shù)也是未來的努力方向；同時該技術(shù)也是當前圖書電子閱覽系統(tǒng)中較為流行的一項。