基于RFID的数字化图书馆智能管理系统设计

电脑知识与技术数据库与信息管理电脑知识与技术1引言近年来,自动识别方法在许多服务领域、商业部门、生产部门和材料流通领域得到了快速的普及和推广。通常把非接触的识别系统称作射频识别系统。RFID(RadioFrequencyIdentification是一种非接触式的自动识别技术,主要由读卡器和射频标签组成。它通过射频信号自动识别单个或多个目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可以大大减少人工操作量。与目前国内广泛采用条形码技术比较,非接触射频技术具有更好的市场前景,尤其在一些特殊领域,非接触射频技术将发挥其独特的作用。传统的图书馆办理手续依靠工作人员人工逐本检查借、还书籍,费时、费力,读者往往要排队等候,图书馆无法提供更有效的服务。基于RFID的图书馆智能管理系统使处理过程实现了计算机化,把工作人员从借书业务中解脱出来,从而有更多时间为读者提供其他服务。系统采用射频识别技术[1]、计算机技术、数据库和自动控制等技术,能很好地应用到现代智能图书馆管理系统中。本系统具有安全、可靠、方便,易维护等优点,充分体现了智能管理的“人性化、信息化、自动化”,为实现图书馆管理的数字化奠定了良好的基础。2系统工作原理在图书馆入口处设置出馆闸门和入馆闸门,实现出入图书馆人群的分流。进、出馆流程如图1所示。2.1进馆工作原理进馆时刷校园卡,显示屏显示该学生的学号、姓名等个人资料以及所借书籍的名称、序列号、借阅时间、期限等相关信息及所允许再次借阅的书籍数目。闸门被打开的同时,读卡器便开始工作,其发射天线发送一定频率的射频信号,读卡器在读取数据过程中可能会出现三种情况:(1读写器扫描不到任何书籍的标签信息,在借阅人进入后,闸门自动关闭。(2若只扫描到一个射频标签信息即借阅人随身携带准备要还的书籍只有一本,射频标签进入读卡器发射天线工作区域,在射频标签的天线中便产生感应电流,该标签获得能量被激活。激活后的射频标签将自身编码等信息通过卡的内置天线发送出去;系统接收天线接收到从射频标签返回的载波信号,经天线调节器传送到读卡器,读卡器对接收的信号进行解调、解码后送到后台主系统进行处理;识别处理标签流程见图2所示。待人进入后,关闭闸门,并发指令给PC对此书的借阅标志进行更改,同时显示屏自动更新,并等待下一位入馆者。图1进、出馆流程图2识别处理标签流程(3若有两个或两个以上的射频标签即借阅人随身携带准备要还的书籍不止一本时,进入发射天线工作区域,读卡器和标签之间的传输通路上的活动就具有较高的突发系数,数据包在读取时发生碰撞的机率很高,为了防止标签的数据包在读卡器的接收机中互相碰撞影响读卡,系统采用动态的二进制搜索反碰撞法[1],实现对所有标签的读取,并进行相应的处理。2.2出馆工作原理出馆时刷校园卡,显示屏显示该学生的个人资料及借阅情况,同时读卡器开始工作。若读卡器扫描不到任何书籍的标签信息,即此人没有借书,闸门打开,待该生出去后,闸门关闭;否则,读卡器自动扫描读取该生随身携带准备要借的书籍标签信息,并对其所借书籍数目进行统计。若超出借阅限额,启动超额报警,同时显示屏转换为提示画面;没有超限的话,读卡器发指令给PC对扫描到的书籍借阅标志进行借阅登记,并对书籍借阅的相关信息进行记录、保存。闸门同时被打开,待该生出去后,显示屏自动更新,等待下一位入馆者。2.3动态二进制搜索算法的实现“二进制搜索”算法采用曼彻斯特编码,由一个读卡器和多个收稿日期:2006-04-08作者简介:张媛媛(1979-,女(回族,宁夏人,硕士研究生,研究方向:嵌入式系统、RFID技术;刘锦高(1948-,男,教授,博士生导师,主要从事光纤通信、移动通信、位置相关的移动通信服务系统、现代数字终端技术、高频地波雷达海洋遥感等研究;马利东(1979-,男,讲师,工程硕士。基于RFID的数字化图书馆智能管理系统设计张媛媛,刘锦高,马利东(华东师范大学电子科学技术系,上海200062摘要:本文详细阐明基于RFID技术设计数字化图书馆智能管理系统的工作原理及其整体结构,并从硬件构成和软件实现两个方面介绍了系统的设计思路;为防止由于标签的数据包在读卡器的接收机中互相碰撞而不能准确读出,系统采用动态二进制搜索反碰撞法,实现对所有标签的读取并进行相应的处理。关键词:RFID;读卡器;射频标签;动态二进制搜索算法中图分类号:TP315文献标识码:A文章编号: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电脑知识与技术数据库与信息管理射频标签之间规定的相互作用(命令和应答顺序规则构成,目的在于从扫描到的多个标签组中选出符合规则的射频标签。为实现动态二进制搜索算法,系统事先设定一组命令,该组命令能由标签处理。REQUEST(SNR———请求(序列号命令:此命令发送一序列号作为参数给标签。标签把自己的序列号与接受到的序列号比较,如果是小于或等于接收的序号,则此标签回送其序列号给读卡器。这样可以缩小预选的应答器的范围。SELECT_(SNR———选择(序列号命令:用某个(事先确定的序列号作为参数给标签。具有相同序列号的标签将以此作为执行其他命令(例如读出和写入数据的切入开关,即选择这个标签。具有其他序列号的标签只对REQUEST命令进行应答。READ_DATA———读出数据命令:被选中的标签将存储的相关数据发送给读卡器。UNSELECT———取消选择命令:取消一个事先选中的标签,标签进入非激活状态,对收到的REQUEST命令不作应答。为了重新激活标签,必须暂时离开读卡器的作用范围以实行复位。在二进制搜索算法中使用上述命令,即可实现对所有标签进行读取。限制搜索范围的一般规则如表1所示。表1限制搜索范围的一般规则第(X位是接收到的应答器地址的最高位,就是在这一地址上出现了碰撞。3硬件组成硬件部分主要由天线模块、射频标签、读卡器模块、安全报警装置及PC机数据库模块组成。硬件框图如图3所示。系统采用中频射频标签频率13.56MHz。图3硬件框图天线模块:在硬件设计方面,主要完成对射频标签读写器天线和射频标签天线的设计[1,2]。对于频率等于或者低于13.56MHz的天线设计来说,关键特性是天线的电感和天线线圈的形状尺度参数,及选用材料的特性参数;为防止ESD和EMI的影响,读卡器需要采用性能良好的屏蔽材料,如铝制的屏蔽材料。射频标签:除标签天线另外设计外,射频标签的其他功能模块均采用天宇微机电公司生产的TN95P1344-106K,主要用于存储图书的相关信息,并在进出馆时与读卡器进行数据交换。读卡器模块:读卡器采用天宇微机电公司的TG-R151TS-01读卡器模块,其核心部分是用EM78447B[3]单片机。读卡器不断发送电磁波,并检测有效范围内是否有标签存在;当检测到有效标签时,读卡器读取标签的数据,并通过RS232接口将数据送到PC机进行处理。安全报警装置:当出现超额借书或系统出现故障时,由读卡器发出指令启动报警装置报警,以确保馆藏的安全。PC机数据库模块:PC机通过RS232接口分别与读卡器和现有的密耦合非接触读卡器(校园卡连接。PC机一方面接收读卡器上传的信息、返回相关信息;另一方面控制现有的密耦合非接触读卡器,刷新持有校园卡的相关人员在数据库中的信息。4程序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。4.1读卡器模块中的控制程序控制程序主要由通信握手、数据发送、数据接收中断服务、译码纠错、RS232通信、读数据以及控制外围设备(例如报警器、闸门等子程序组成,所有控制程序采用单片机C语言实现。4.2数据库管理程序[4]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VB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、索书号、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校园卡卡号、学号、姓名、照片及所借书籍名称、序列号、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。一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。4.3程序举例: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小结本系统一次性投入、成本低,而且能够很好的和现有的图书馆系统融合。用射频识别技术取代条形码扫描,大大简化图书馆借还书的程序,方便图书馆管理,节约人力资源和学生因借还书排队而带来的不必要的时间浪费;同时为实现图书馆管理的数字化奠定了良好的基础。参考文献:[1]Finkenzeller,K.RFIDHandbookFundamentalsandApplica-tionsinContactlessSmartCardsandIdenti