基于RFID技术的图书馆管理系统设计

基于RFID技术的图书馆管理系统设计XXXX班级摘要：详细阐明了基于RFID技术设计的数字化高校智能图书馆管理系统的工作原理及其整体结构。该系统的图书与借阅证使用RFID标签，通过在每个书架一侧安置终端自助借还机，学生可多节点自助借还书籍，从而避免了高峰期的前台拥堵；同时，要求读者将已借书籍还至指定书架，规范了学生的借还行为，节省了馆员整理上架的工作量，更好地提高了图书流通管理和典藏管理的工作效率。该系统将进出口分膈为两个通道，高校学生可携带图书馆书籍进入馆内阅读，带出时需在出口处检测机进行检验书籍，可方便学生准备考试及阅读，实现了开放化、规范化、智能化的高校图书馆管理，具有安全、可靠、方便、易维护等优点。关键字：RFID；自助借还；开放化；物联网智能图书馆；安全可靠目录1系统工作原理................................................................................................................................41.1进馆工作原理.....................................................................................................................41.2出馆工作原理.....................................................................................................................52硬件组成........................................................................................................................................72.1自助借还机硬件.................................................................................................................72.2图书馆系统柜台工作站及出口检测站主机硬件.............................................................73程序设计与实现............................................................................................................................83.1读卡器模块中的控制程序.................................................................................................83.2数据库管理程序.................................................................................................................84结语...............................................................................................................................................91系统工作原理系统部分主要包括终端自助借还机模块、图书管理系统服务器、柜台工作站、出口检测站。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、柜台工作站应用功能集成系统、读书自助借还书系统、出口检测系统。图1所示是其系统原理图。高校图书馆智能管理系统以一个书架为一个节点，通过以RFID读写器为主的终端自助借还机进行指定书架借还操作，并通过无线收发模块同步至服务器，实时挂（脱）钩学生与书籍信息，完成自助借还书过程。在出口设置的检测机会对带出的图书馆书籍进行二次检测，判断是否已在书架终端自助借还机处登记借出。图书馆出入口主控制板后台数据库墙体墙体墙体墙体图书架自助借书还书终端入口出口无线连接无线连接无线连接管理员终端门禁液晶显示MCU(STM32)射频读写芯片(RC522)天线线圈无线收发模块MCU(STM32)柜台工作站(上位机)数据库(SD卡)出口检测站图1系统原理图1.1进馆工作原理本系统旨在打造开放式智能图书馆，在人口处不设门禁，可携带已借图书馆书籍进入馆内阅读，解除了普通图书馆对带入书籍的限制，方便了学生准备考试和复习阅读。借书时，学生可在柜台工作站输入书籍名称或编号，以查询书籍状态(是否可借)和所在书架号。该书架配备的自助借还机在待机状态显示操作步骤，借书先刷借阅证，读取学生信息，再刷书籍标签，读取书籍信息(书籍名和所在书架号)并打包成32位编码通过无线收发模块传输到数据库，从而将书籍与借书人信息挂钩。还书则需要到指定书架只刷书籍标签，与书架特定编号同样打包成32位编码通过无线收发模块传输到数据库，将书籍与借书人信息挂钩。此时可能有忙、操作失败、操作成功等三种信息情况返回并通过液晶显示：其中，“忙”表示数据库正被占用，可5S刷新一次，5次忙则返回待机状态；“操作失败”表示超出借阅限额、操作顺序错误或未在指定书架操作；“操作成功”则表示借书成功或还书成功，并显示该借阅证中已借书籍数量和还能借书数量。本系统的借还书流程如图2所示。图2借还书流程图1.2出馆工作原理若读卡器扫描不到任何书籍的标签信息，即表示此人没有借书，可以通行；若携带图书馆书籍，可能为已借出书籍带入馆内阅读；若为未借状态，则需要到指定书架自助借还机处进行借阅登记方能通行。图3所示是系统的出口设置检测流程。图4所示是该图书馆的人员出馆数据库更新流程。图3出馆流程图4人员出馆数据库更新流程2硬件组成硬件组成主要包括自助借还机硬件和图书馆系统柜台工作站及出口检测站主机硬件。2.1自助借还机硬件本系统的自助借还机主要由主控MCU、液晶显示、无线收发模块和射频读写芯片、天线及匹配电路组成。主控MCU采用STM32，主要提供对射频读写芯片、液晶显示以及无线模块收发的控制操作。射频读写芯片采用RC522，利用先进的调制和解调概念，完全集成了在l3.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议，支持ISO14443A的多层应用。它负责接收主控MCU的控制信息并完成与RFID标签的通信操作。为了发送、接收稳定的高频信号，射频读写芯片要通过高频滤波电路与天线部分连接。天线部分，包括线圈及匹配电路为读写模块实现射频通信必不可少的一部分。读写模块要依靠天线产生的磁通量为RFID卡提供电源，在读写模块与RFID卡之间传送信息。液晶使用12864，四行显示分别为高校智能图书馆自助借还系统、学号、书籍名、状态。无线收发模块采用LSDRF4310N01无线模块，它是基于TI射频集成芯片CCll01的射频模块，是一款商陛能射频收发器，可广泛应用于各种场合的短距离无线通信领域。自助借还机具有体积小、功耗低、传输距离远、抗干扰能力强等特点。图5所示是自助借还机的硬件框图。图5自助借还机硬件框图2.2图书馆系统柜台工作站及出口检测站主机硬件本系统以STM32为主板连接无线模块、网络接口、柜台工作站的PC上位机、出口检测读卡器以及作数据库的SD卡。图6所示是系统主机硬件框图。图6主机硬件部分3程序设计与实现程序设计主要包括读卡器模块中的控制程序和数据库管理程序。3.1读卡器模块中的控制程序通过对主控MCU的编程，控制射频读写芯片根据ISO/IEC4443协议与RFID卡进行射频通信，完成对RFID卡的各种操作以函数形式合理封装，供二次开发的用户调用。控制程序主要有通信握手、数据发送、数据接收中断服务、译码纠错、RC522通信、读数据以及控制液晶显示，所有控制程序采用单片机C语言实现。3.2数据库管理程序数据库管理程序主要完成数据库的建立和对数据库中数据的查询、设置，同时要负责接收从读卡器传来的数据并进行相应处理操作，数据库管理程序用C语言编写。数据库的建立：在数据库中建两张表，一张记录馆藏书籍信息，另一张记录个人资料及其图书借阅情况。馆藏书籍信息表由书籍标签序列号、名称、所在书架号、作者、出版社、出版日期及借阅状态等字段组成；个人资料及其图书借阅情况表由学号、姓名、照片及所借书籍名称、序列号、所在书架号、借阅时间、期限、允许再次借阅的书籍数目、出入馆状态等字段组成。两张表都可以在有权限的条件下进行添加、修改、删除等操作；查询则不设权限，可按学号、姓名、书籍名称、序列号、索书号等进行查询。数据接收及处理：读取数据由后台线程完成，线程在程序运行时即创建。读卡器传来的数据存放在程序缓冲区中，此缓冲区已在程序初始化时分配。—旦检测到程序缓冲区中有数据就对数据进行读取，并经处理后写入数据库中。4结语本系统一次性投入成本比较低，而且能够很好地和现有的图书馆系统融合。以射频识别技术为主实现高效借还，节约人力。在各书架都能实现自助借还书，避免长时间排队等待借还的情况，同时减少馆员数量的需求，并使得图书管理规范化。规范学生借还书行为，要求借书学生必须将书籍还回指定书架方能消除借书记录，避免了书籍错放、乱放；同时，允许携带已借图书馆书籍进入图书馆，解除带人书籍来源的限制，并在出口处进行检测，为学生带来极大便利，又避免偷窃书籍的行为。该系统具有一定的扩展性，借阅证可扩展为校园一卡通。