基于RFID的图书借还系统

基于RFID的图书管理系统Designoflibrarymanagementsystembasedonsinglechipmicrocomputer摘要基于STC89C52单片机的图书馆管理系统主要是采用RFID射频、单片机和12864液晶、上位机、独立按键作为本设计核心器件，实现从下位机刷卡上位机显示图书借阅等信息。在设计中采用STC89C52作为主控器，实现把采集到射频卡信息进行转化成数据，并且在12864液晶显示出每张卡卡号，最后把卡号记录通过串口传输数据到上位机，上位机将记录传输到数据库ACCESS保存。图书馆借书管理系统中，登入不同的用户进入的界面操作是不同的，管理员和用户都可以通过上位机查询每本书的借阅记录信息，但是只有管理员账户进入可以在对进行图书的信息管理，例如进行增加、删除、修改、查询以及金额充值等操作。在下位机刷卡时液晶将显示每张IC卡的卡号，而管理员可以对每张IC卡进行注册和撤销和余额的充值管理，有效的IC卡才能与上位机进行相互通信，否则默认为无效卡。该系统将提供完备的功能，整体的设计控制低成本，易操作，我国的人口多，推广的市场一定会有前景。关键词：STC89C52单片机、上位机、IC卡读卡器、液晶、串口；AbstractLibrarymanagementsystembasedonSTC89C52MCUmainlyUSESRFIDradiofrequency,MCUand12864LCD,uppercomputer,independentbuttonasthecoreofthedesigndevice,toachievefromthelowercomputercarduppercomputerdisplaylibraryinformation.Inthedesign,STC89C52isusedasthemaincontrollertoconvertthecollectedrfcardinformationintodata,andeachcardnumberisdisplayedon12864LCD.Finally,thecardnumberrecordistransmittedtotheuppercomputerthroughtheserialport,andtheuppercomputertransmitstherecordtothedatabaseACCESSforstorage.Librarymanagementsystem,differentuserstoenterlogininterfaceisdifferent,administratorsanduserscanquerythroughtheuppermachineeachbookborrowingrecordinformation,butonlytheadministratoraccountcanenterintomanagethebooksinformation,suchasadd,delete,modify,query,andtheamountprepaidphoneoperation.Whenthenextmachineswipsthecard,theLCDwilldisplaythecardnumberofeachICcard,andtheadministratorcanregisterandcanceleachICcardandrechargethebalancemanagement,effectiveICcardandtheuppercomputerformutualcommunication,otherwisethedefaultisinvalidcard.Thesystemwillprovidecompletefunctions,theoveralldesigncontrollowcost,easytooperate,China'spopulationislarge,themarketpromotionwillhaveafuture.Keywords:STC89C52MCU,PC,ICcardreader,LCD,serialport;目录TOC\o"1-3"\h\u第一章概述 １概述1.1引言科技发展的日益更替，为我们的生活创造了便捷，提供出花样不一的体验，最炙手可热的单片机技术，在我们的日常中的应用也普遍、深入。在工业上的应用也推广到非常会的日常领域中，单片机的开发范围广、成本低、体积小、便于使用。国内外的个行业都在单片机应用进行了更加深入的开发，生活中随处可见的智能系统覆盖了到生活、农业、机器等方面。单片机的设计主要是在控制上，为主要的控制系统，想要运行一个系统需要在硬件电路模块的配合下实现，利用外部电路模块去采集信息数据传输给单片机进行信息数据处理，相应的单片机有内置的处理功能，保证并控制系统的完整工作。1.2课题研究的背景和意义90年代开始，消费水平的提升促进生活质量的变化，居民楼向高楼化的变化明显，人们对生活质量的要求提升也促使科技水平的研发不断更新，生活水平的变化也让目前的人们更愿意开始充实自己，图书馆的作用不仅限于对读书人，自然在图书馆的相应的各方面都有所提升，智能图书馆也形成了趋势，学校的图书馆必不可少，慢慢的工厂等场所也开始推广智能图书馆，相对于传统的智能图书馆，新型的智能图书馆在体积小、成本低、操作简单，还结合了上位机的信息管理技术，充分发挥现代智能化水平的优势，此次设计的电路简单，功能齐全，控制稳定，性价比高，整体的设计运行稳定，市场开发的实用性和参考价值高。1.3国内外研究现状现今国际上在图书管理系统的发展前景很被看好，使用的数量明显增加了不少，各高校的图书馆基本上已经普遍使用电子在线阅览，从侧面表现了图书馆的前景。在当今的科学领域上，我国的科学技术越来越发达，应用的领域非常广泛和细致，智能化的生活已经不断普及，扩展的速度非常惊人，从20世纪90年代初，美国科学家的第一次提出数字图书馆的想法，到现在，全球对于图书馆的管理设计研究已经几十年了，我们国家的各个相关领域也在不断的不断行进研究，至今为止，无论是对数字图书馆的理论认识还是实践操作，都已经进入很成熟的阶段，现我国高校内，在各个图书馆的管理系统已经得到全面的升级，记录人流量的数据，图书馆图书借书系统都得到了全面的升级，减少人工的管理和纸质的耗损，应用电子板，让所有的数据在网上都清晰明了，服务型的资源管理在我国也是大面积推广。

系统方案的选择与论证2.1设计任务及要求设计系统功能时要对IC卡的刷卡过程有模拟，每张IC卡的卡号是不同的，模拟的对应的图书的编号，硬件上设置的独立按键能对智能IC卡完成刷卡、撤销、注册等；每使用IC卡时，完成相应的操作蜂鸣器的提示音不同，完成操作的数据会根据串口传输给上位机，上位机界面上显示出相应的信息。借阅或者归还、IC卡卡号等信息，在同一张卡刷是图书借阅，余额保持不变，借书的周期一天为单位，操作的时候方便演示以秒为单位，逾期的时间就会进行相应的罚金扣款，刷第二次显示图书归还；上位机可以进行增加图书、删除图书、修改图书、查询图书，并且可以对每张IC卡进行注册和撤销，只有注册过的IC卡才能进行使用，否则默认是无效卡[5]。2.2模块基本方案2.2.1单片机方案选择和论证智能图书管理系统的主控芯片选择有三个：STM32芯片、STC89C52芯片、AVR芯片。选择一STM32芯片作为控制芯片，可以运用的资源非常多，内置了大量的定时器、串口、AD/DA等，但是这款芯片的程序编码复杂，价格高，成本大，不适合在普众中大量推广使用。选择二STC89C52芯片作为控制芯片，内置的定时器、串口也很多，编程代码上操作简单易上手，价格便宜成本低，在很多DIY的商品推广使用的多。选择三AVR芯片作为控制芯片，内置的定时器、串口等功能多，编程上操作简单易操作，但是价格高成本大，在中上消费的小型商品中中广泛应用。智能图书管理系统的设计需要做到，操作简单，配置上的内部结构不需要太多，成本低，综上比较，STC89C52芯片最合适作为系统的控制芯片。2.2.2数据库选择方案智能图书系统的数据库保存有两种选择:SQL数据库和ACCESS数据库。选择一采用SQL数据库，SQL数据库的操作难度大，管理和编程的选择性更大，而且数据的安全性能高，适用于大型工程的数据储存。选择二ACCESS数据库的储存量有限，安全性低，不过操作上简单易上手，能进行简单的增加数据操作。选择上来说，SQL数据库更是和用于图书管理系统，但是，SQL数据的操作难度大，学习的内容多，时间有限，我选择了简单易操作的ACCESS库数据。2.2.3射频方案智能图书系统采用射频方案主要有两种方案，RC522射频模块和MD810R超高频射频模块。选择一RC522射频模块是高频信号，读取IC卡信息快，反应耗时短，成本低，在对IC卡进行检测的时，需要在距离5CM的距离，无法变更天线，非常适合用在检测较短距离的IC卡作品。选择二MD810R超高频射频模块，设置的内部资源丰富，自带串口连接模块，能直接与电脑通信，而在对IC卡检测范围可以根据需要调整天线，在需要的范围，成本高非常适合用在检测远距离的IC卡作品。在智能图书管理系统中，设计出的系统要低成本，检测结果稳定，所以选择RC522射频模块。

硬件设计3.1硬件设计总体框架该设计满足在硬件上采用单片机控制图书管理系统，同时RFID射频模块将采集的信息传输给主控芯片，单片机处理的数据显示在液晶屏上，IC卡的操作可以在按键模块上进行简单的操作，同时也能通过串口通讯上传给上位机，上位机在ACCESS数据库上进行数据保存，整个系统由电源模块负责供电。在按键模块中通过高低电平传送给单片机处理，单片机再执行相对应的程序[14]；另外，射频模块和单片机处理分析后的信息，传送到电脑端的上位机数据库ACCESS进行保存；各个模块相互配合工作而形成一个完整的系统。图3.1系统硬件框图3.289C52单片机主控模块图书管理系统采用STC89C52为主控芯片，STC89C52有52芯片，并且具有8K字节的Flash，芯片的设置上的设置40个引脚，以便操作使用提供了四个外部中断和四级中断结构，还能采用串口通信的功能，在STC89C52的最小系统中设计了有晶振频率电路和复位电路组成，设置晶振电路的频率为11.0593MHZ，设置的晶振频率越大，单片机系统的周期越快，设置的复位电路主要是为了防止单片机的内部程序陷入死循利用复位电路程序结束死循环，将程序重新运行。如图3.2.1所示。图3.2.289C52引脚3.3液晶显示模块图书管理系统选用LED12864液晶进行显示，自带一二级中文库的显示资源，与单片机的通信最常用串口，LED12864液晶是点阵屏，在硬件操作还是编程操作上相较于同点阵的液晶，常用引脚P2.5-2.7IO口与单片机通讯，能在低压能工作，并且可以根据需要显示数字、文字和图案。图3.3LCD12864液晶显示屏3.4IC卡读卡器工作原理智能图书管理是采用RFID射频模块采集IC卡信息，刷IC卡时，射频模块会与IC卡产生共振获取信息，在内部的磁波的激励下不断能对内部电容放电，当电容接收到2V左右的电压时，就会将电压传输给到单片机，另外对IC卡里的信息进行读取。RFID射频模块实物图RFID射频模引脚图3.5蜂鸣器报警器图书管理系统中蜂鸣器是用来报警提示，在使用IC卡的过程中，如果是正常工作，则会在刷卡后发出提示音，如果不成功则不会提示，硬件上，与单片机通信的是IO口的P1.0，当IO接收到高电平时，蜂鸣器无法正常工作，无法进行提示，如果接收到低电平，则会正常提示，高低电平工作是由三极管的控制，为了能给三极管限流焊接100欧的电阻。图2-4是蜂鸣器的连接电路。图3.5蜂鸣器的连接3.6电源模块在智能图书管理系统中，电源模块的作用就是负责为采集和控制的主控模块，显示模块采集信息等模块提供电源，为了确保电源的稳定和过滤掉干扰，我们在电源上接了两个10UF的电容，电源的稳定保证了输出电压的稳定，也保证了系统的运行稳定，正负极的连接要正确，否则电源正极和系统的正极不接通，系统处于不工作。如图3.7所示。图3.7电源电路

第四章软件设计4.1下位机4.1.1主程序流程框图书管理系统的操作上的，需要在给系统通电后，进行模块初始化操作，硬件下位机上需要检测到系统是否在主菜单栏，在操作按键的功能选择到可以读取IC卡界面时，放入IC卡在RFID射频模块上，通过设置的按键能在对IC卡进行注册和注销的操作，当界面不是读取IC卡界面上时，我们可以对IC的信息进行读取，在射频模块上读取到的IC卡里信息，并通单片机主控芯片将信息数字化处理传输给12864液晶显示出每张卡卡号，并将刷卡记录通过串口传输到上位机数据库进行保存，上位机中登录不同的用户进入不同的操作界面，用户能查看刷卡记录，只有管理员能对记录进行删除或者充值金额等操作，在超出借书周期的逾期时间部分会进行相应的扣款，规定时间内归还则不会。如图4.1.1所示。蜂鸣器提示蜂鸣器提示将图书使用情况显示在上位机结束程序初始化确定注册、撤销、按键按下检测是否有IC卡读入菜单按键是否有按下检测是否有IC卡读入否开始图4.1.1主程序流程4.1.2液晶流程框在系统通电的过程中，同时对液晶模块的程序进行了相应的初始化，液晶屏要如果显示“欢迎”等字说明液晶的初始化完成，设置的独立按键能控制液晶显示的界面栏，按键的选择对IC卡操作的界面，进入工作状态后，如果操作成功的话会显示相应的卡号提示，但要是刷卡失败，液晶上就不会显示卡号。如图4-1-2所图4-1-2液晶流程图4.1.3射频流程框射频模块上电过程中，程序初始化，射频模块一直检测是否有IC卡读入，并且通过程序碰撞、反碰撞、选择卡等操作，最后把卡号成功的显示到液晶上。图4-1-3射频流程图图4-1-3射频流程图4.2上位机4.2.1主界面图书馆管理系统上位机采用VB语言编程，数据库采用ACCESS数据库，在VB软件中生产EXE文件后，打开EXE文件后，需要输入账户和密码，用户和管理员的信息是不同，管理员登入后的上位机显示借书周期、余额、逾期、罚金、书名、出版社、书架、出版时间、图书状况、刷卡时间、图书卡号等信息，在上位机连接单片机时，选择串口端号，默认是COM3端口号，上位机和下位机默认通信波特率为9600，然后在菜单中打开开始工作，并且下位机刷注册过的IC卡，上位机将显示对应图书信息，并且将刷卡记录保存数据库里，方便管理员进行查询。图4-2-1主界面。图4-2-1主界面4.2.2图书信息管理在主界面中菜单里面打开信息管理，图书馆系统将出现信息管理界面，在图书管理界面中主要显示图书名字、书架、出版时间、出版社、卡号等信息，并且有图书修改、图书删除、图书添加、刷新、确认等按钮，在点击图书添加按钮，系统将自动新增加一行信息，并且在对应一行，输入数据信息，点击确定后，上位机会将获取到的信息保存到ACCESS数据库中，确保信息不回丢失；在进行修改操作时可以在任意一行图书信息完成修改操作，点击确定按钮就是确保系统将修改后的图书信息保存到数据库ACCESS里；图4-2-2图书信息管理界面。图4-2-2图书信息管理界面4.2.3图书查询在主界面中菜单里面打开信息查找，图书馆系统将出现信息查找界面，在图书管理界面中主要显示图书编号、图书名称、图书存放位置、图书入库日期、图书卡号、图书状况等信息，图书显示采用DataGrid控件来显示，并且通过Adodc控件连接数据库ACCESS，并且把用户所有的信息显示在DataGrid控件上，再CboFields控件上可以选择查询的内容，可以选编号、图书名称、入库时间、图书状况、图书卡号等信息，再Text控件中输入查询关键字，在点击确定查询按钮，系统将自动在数据库ACCESS进行筛选符合查询的内容，并将符合信息显示在DataGrid控件上。图4-2-3图书查询界面。图4-2-3图书查询界面4.2.4充值金额管理员的身份才能进行的操作，对用户IC卡的账户金额进行充值，借书或者逾期归还的金额会进行消费，在余额不足的时，下位机会进行提示，就需要用户进行充值，需要管理员来完成充值的操作。图4-2-4充值界面

第五章系统调试系统调试工作在显示功能、按键操作、硬件焊接、电源供电、代码编写下载、系统整体功能的实现调试和整体调试。主要测量仪器:万用表1个，示波器1台，电池3节。5.1单片机调试焊接单片机STC89C52的最小系统时，非常需要注意晶振电路，这是最小系统的核心电路，电路中的电容对与晶振的大小有决定性的作用，决定整个系统能否正常运行，我们通常采用22uf到30uf之间[16]，另外晶振的设置位置也不可以离单片机太远，距离要合适，电路越大消耗的能力越大，所以避免出现寄生电阻起振过大导致电流过小，使得晶振无法正常工作。所以焊接的过程中要提前设置好合理的位置，同样需要在焊接结束后用万用表检测电路是否通路或者出现短路或者短路的情况。5.2射频模块调试智能图书管理系统上射频模块的调试，需要先从射频模块和单片机的通讯连接的IO口相对应，提供的工作的电流大小要符合射频模块的正常工作电流，之前几次的测试都是在电流的问题上出现，电流太小不能让射频模块正常工作，所以在连接时，应该让RFID与电源的正极连接，确保电流的大小，另外RFID射频模块的工作频率是中频，所以在检测IC卡时需要放在射频模块检测的范围内，如果IC卡的放的检测位置不对，也会出现检测失败或者无效卡的提示。5.3蜂鸣器报警调试蜂鸣器的使用焊接时要检测三极管的引脚连接是否正确，焊接完成后要先检查NPN和PNP，可以根据网上的资料对于查找，如果三极管的焊接不对，会导师蜂鸣器由于电流太小而无法正常工作，另外还需要检测蜂鸣器的正负极是狗接反，在三极管和蜂鸣器都连接正常的情况下去检测基级的连接IO口是否和代码的IO口对应，通过高低电平控制驱动三极管工作，保证蜂鸣器的正常工作，同样可以利用滑动变阻器调节蜂鸣器的声响大小。5.412864液晶调试首先检查硬件焊接，用万用表检测下12864液晶连接的IO口是否和应用的主控芯片的IO口是否一致，同时检测连接好的电路是否有短路的现象，在检测完电路无误时，在检测程序中应用的IO口是否和硬件上焊接的一致，同时在调试过程中，液晶的显示亮度可以根据情况需要调节旁边的滑动变阻器，程序下载后液晶上显示出现乱码的现象，最好能够短时间有效的针对性解决问题，就需要找到出现故障的位置解决，掌握好液晶显示的地址码，才能更好的针对性解决问题。想要在12864液晶上显示出想要的内容，前提需要非常好掌握程序中显示的时序，64个字符的显示上可以根据时序进行调整来达到想要的结果。5.5电源调试物联网图书管理系统采用5V电压，为各个部分提供电源，电压的稳定性我需要借助示波器来观察，如果出现电压不稳定，可以在电压的电路上焊接稳定器和电容调节电压的稳定，为各个模块提供稳定的电压，确保整个系统稳定工作。电源电路是系统的核心，如果电源出现错误，无法提供系统需要的电压，整个系统也无法工作，过大的电压还会导致功能模块的烧毁损坏，过小的电流会使模块由于电量不足无法正常使用，同时还需要结合万用表确定电压的稳定性。不稳定时添加稳压芯片后，输出的电压是否稳定，符合要求，确保电压稳定的情况下，才能确保系统能够稳定的运行。5.6上位机调试上位机的部分使用的是VB语言，与C语言不同，VB编程需要完成控件、语法以及数据库调用的操作，在编程过程中需要对用户信息进行增加、修改、查询、删除等验证，在上位机与下位机通信过程中首先采用虚拟串口进行调试，在虚拟串口能过正常通信，在与下位机进行结合，否则应该再网上查找相关教学视频或者资料来排除上位机的错误。5.6整体调试在焊接好电路时，需要检测电路是否有短路，射频模块和指纹模块是否3.3V进行供电，否则容易烧坏射频模块和指纹模块，在检查电路焊接没有问题，然后在进行编程序，在程序编程中，尤其是对液晶模块、射频模块、指纹模块、按键模块单片机的IO口定义是否与电路焊接单片机的IO口一致，不一致容易导致各个模块无法正常工作。

第六章总结智能图书管理系统选用STC89C52作为控制芯片，单片机将射频模块采集到的信息进行数字化处理后，再由串口传输给上位机电脑显示相应信息，上位机会将接受的信息与硬件部分的信息做数据库信息对比，如果对比后的信息是符合要求的则亮LED灯提示，系统则会直接调用上位机数据库的相关信息，如果不符合，上位机会显示相应的提示。起初设计的时候，向往的过程是美好的，但是骨干的实现给了重重一击，日常学习中，我们大都以理论学习为主，业余更是肆无忌惮的玩游戏，真刀实枪干一次，瞎子抹黑找不着道的状态，查询资料后，我开始试着定一份初样计划，在找老师请教相关的问题，其实基本上，老师给我方向，在定下题目后，我开始查阅资料，自学网课，而且我在软件上的编程选用了两种语言：C语言和VB语言，单单是C语言额语法使用就有一箩筐，重新再来，非常不易，之后我在采购各个功能模块，一边试一边学，虽然辛苦就是这四年最认真的时刻，一次次跌倒，在爬起来，这个过程让我受益匪浅，我了解好软件部分后，我开始着手硬件的设计，在电脑上完成布局和布线，要先学会封装，原理图的设计难度也大，好像没有什么对我来说是简单的，IO口和引脚的合理使用需要不断调整，事关布局布线，之后还要学会如何控制模块运行，简单几条语法代码就能操作的事情我不知道试了多少次，周而复始的从小部分慢慢控制大部分，一步步前进，直到作品完成，虽不完美，但已经是呕心沥血之作了。

参考文献[1]李朝青.单片机原理及接