??? 摘? 要： 討論了基于射頻識別技術(shù)的圖書館智能管理系統(tǒng)的若干關(guān)鍵問題和系統(tǒng)構(gòu)成，詳細地分析了各系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)和難點。系統(tǒng)實現(xiàn)了先進的RFID技術(shù)和圖書管理方法的有機結(jié)合，該系統(tǒng)可以作為一個獨立的圖書館管理系統(tǒng)運行，也可以接入學院的校園網(wǎng)絡，實現(xiàn)圖書館在校園網(wǎng)絡的信息共享以及借閱服務。?

??? 關(guān)鍵詞： 射頻識別; 圖書館; 智能管理系統(tǒng)

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??? 目前大多數(shù)圖書館還是采用條碼加磁條的作業(yè)方式，借書流程仍然需要人工將圖書打開并找到條碼位置進行掃描。但隨著讀者人數(shù)的激增，這樣的操作流程顯得較為繁瑣，借還書效率低。另外條碼容易破損，影響正常的借還書程序，降低了讀者的滿意度。?

??? 圖書館使用了射頻識別(RFID)技術(shù)，讀者一卡在手，就可自由進出各個借閱室。圖書將采用電子數(shù)字標簽，讀者可自動化借還書。自助借還書機以及還書箱的出現(xiàn)，特別是其一次可以做多本借還書服務和24小時還書服務等功能，大大節(jié)省了館員的工作量和讀者等待的時間。RFID能更好地提高圖書流通管理和典藏管理的工作效率，使得圖書館管理員可以有更多的時間來為讀者提供服務，為圖書館行業(yè)的發(fā)展帶來新的機遇^[1]。?

1 基于RFID的圖書館智能管理系統(tǒng)的關(guān)鍵問題?

1.1頻率選擇?

??? RFID系統(tǒng)可以按照工作頻率分為：低頻(LF)系統(tǒng)、高頻(HF)系統(tǒng)、超高頻(UHF)系統(tǒng)、微波(μWF)系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)其識別距離、讀寫特性、標簽尺寸、防碰撞性能、傳播性能等多方面均有較大差別。?

??? 圖書借閱，一般都要求識別距離最遠應達到3 m，且在現(xiàn)場有多個射頻標簽處于同一區(qū)域，故不宜采用LF系統(tǒng)。無源微波標簽的性能與UHF標簽性能相近，但造價較高。有源微波電子標簽的識別距離較遠，但其體積較大、造價較高，且識別距離會隨著電池電量的消耗而逐漸縮短，因此難以在圖書借閱中大規(guī)模使用。HF頻段的RFID系統(tǒng)其識別距離、讀寫速度、標簽尺寸、防碰撞性能等技術(shù)特點正適合速遞生產(chǎn)識別的要求，而且已經(jīng)形成了ISO15693、EPC等系列標準，相對成熟，而且隨著應用的日益擴大，價格已經(jīng)出現(xiàn)了迅速下降的趨勢，在技術(shù)上和經(jīng)濟上都是可行的^[2-3]。因此本設(shè)計選擇高頻(HF)系統(tǒng)。?

??? 13.56 MHz RFID系統(tǒng)的特點：高品質(zhì)及大容量的芯片數(shù)據(jù)存儲空間可以將每一本書的信息存儲在里面，這些數(shù)據(jù)可以不經(jīng)過視線也不需要直接接觸,即可在0.05 m～1.2 m的范圍內(nèi)讀和寫；RFID標簽穩(wěn)定、可靠，可以使用10年以上，溫度、光線都不會對使用產(chǎn)生影響，即使標簽臟、表面磨損也不會對使用構(gòu)成影響。?

1.2 標簽選擇?

??? 標簽按其能量供應方式分為有源標簽及無源標簽2種。有源標簽使用標簽內(nèi)的電池能量，識別距離較長，可達幾米甚至十幾米，但是其壽命有限且價格較高;無源標簽不含有電池，它接收到閱讀器的電磁信號后經(jīng)整流為直流電供芯片工作，一般可做到免維護，并且重量輕、體積小、壽命長、價格便宜，而它在發(fā)射距離及適應物體運動速度方面略受限制, 但一般允許在1 m～6 m。?

??? 考慮到無源標簽識別技術(shù)在識讀距離和識讀速度等方面可以滿足圖書借閱需要，因此本設(shè)計采用無源標簽。?

1.3 信息標識?

??? 信息標識方案是實現(xiàn)自動識別的首要問題。信息標識方案的設(shè)計必須符合以下原則:?

??? (1)效率性:能夠縮短信息錄入時間、減少輔助勞動環(huán)節(jié)、明顯提高系統(tǒng)生產(chǎn)效率。?

??? (2)經(jīng)濟性:投資少，運營成本低。?

??? (3)可靠性:盡量減少信息錄入的內(nèi)容和次數(shù)，以減少信息錄入的差錯率。同時必須考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡條件。?

??? (4)可實施性:對原有信息系統(tǒng)的架構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸和存儲格式，不應有較大的調(diào)整和變動，通過接口即可相互兼容，不影響條碼標識信息系統(tǒng)的正常運行。?

??? 在充分考慮上述因素的基礎(chǔ)上，本設(shè)計提出以下信息標識方案:?

??? (1)信息標識內(nèi)容應包括與圖書相關(guān)的基本信息，如：安全碼、條形碼號、館別、識別應用碼、制作機組、簿冊號、借閱次數(shù)、分類號、作者號、借閱證號、日期等相關(guān)信息，并將這些信息寫入電子標簽中。?

??? (2)標簽可寫入的信息：圖書身份(ID號碼)；圖書信息(書名、索書號等)；所屬圖書館身份；所屬書架信息；借閱者信息；借閱日期；更多其他內(nèi)容。技術(shù)規(guī)格:長45 mm×寬45 mm或者長50 mm×寬50 mm；可依據(jù)客戶要求定制標簽大小及印刷內(nèi)容；ISO15693標準及符合圖書館行業(yè)標準。?

2 系統(tǒng)構(gòu)成?

??? 系統(tǒng)模塊包含圖書管理系統(tǒng)服務器、電子偵測門、柜臺工作站、自助借還書機、自助還書箱、盤點工作站、制作工作站和智慧期刊架(智慧書架)。整個圖書館的RFID智能管理系統(tǒng)應用軟件包括：智能流通標簽初始化轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、管員工作站應用功能集成系統(tǒng)、讀者自助借閱系統(tǒng)、讀者自助借還書系統(tǒng)、手持設(shè)備查詢、順架及盤點系統(tǒng)、安全通道門系統(tǒng)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)^[4]如圖1所示。?

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??? 下面是射頻識別圖書管理系統(tǒng)的各產(chǎn)品應具有的功能:?

??? (1)圖書管理系統(tǒng)服務器?

??? 盤點統(tǒng)計：提供盤點相關(guān)統(tǒng)計報表。?

??? 書籍相關(guān)信息查詢：可查詢書籍相關(guān)設(shè)定信息、館藏書目數(shù)據(jù)及借閱數(shù)據(jù)。?

??? 設(shè)備狀況信息查詢：可查詢各設(shè)備的使用狀態(tài)。?

??? 賬號管理：可將圖書館自動化系統(tǒng)讀者文件轉(zhuǎn)入系統(tǒng)中并可查詢讀者使用狀況。提供ISO2709書目轉(zhuǎn)換文件接口，可將CNMARC、USMARC書目數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫支持的UNICODE。?

??? (2)電子偵測門?

??? 支持單通道及雙通道電子偵測門；電子偵測門最遠可偵測90 cm(含)以上距離，可達無障礙空間標準；可實時聯(lián)機服務器將相關(guān)人員出入做統(tǒng)計；提供觸發(fā)接點，當此書籍無借閱、安全門偵測到安全碼時，可聯(lián)機門禁系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng)做安全提醒。?

??? (3)柜臺工作站?

??? 前臺工作站的功能包括：借閱、歸還、續(xù)借、排序、可設(shè)定及解除電子標簽安全碼、標簽轉(zhuǎn)換。?

??? 當圖書館自動化系統(tǒng)離線作業(yè)時，如流通柜臺支持離線作業(yè)，本工作站亦可正常工作。以不改變現(xiàn)行館員使用的圖書館自動化系統(tǒng)流通接口為前提，使用本系統(tǒng)功能并不會增加館員負擔。?

??? (4)自助借還書機?

??? 系統(tǒng)使用工業(yè)等級主機，可供長時間的開機操作。熱感應打印機可打印借還單據(jù)，作為讀者借還憑據(jù)。可一次借還多本書籍，不需逐本感測。借還時支持實時擷取借閱書籍及人員錄像功能，以避免日后紛爭。?

??? (5)自助還書箱?

??? 可提供24小時一次多本還書服務，當還書時可透過主機將還書記錄告訴圖書館自動化系統(tǒng)內(nèi)建的紅外線人體偵測，當讀者靠近自助還書箱時，才啟動還書功能，以減少電力消耗，達到環(huán)保目的。應具有影音說明功能，提供讀者友善操作指引。?

??? 自助還書箱內(nèi)配置1臺書車，以方便館方人員將借還的書籍，拖運到書架區(qū)歸位。用人性化LCD及還書單據(jù)使館內(nèi)紛爭減至最低?？山Y(jié)合自動分揀機作圖書分類功能。?

??? (6)盤點工作站?

??? 盤點工作站是集合了獨特的手持式RFID讀寫器、手持式天線和PDA進行掃描書籍的序號等信息。獨特設(shè)計的手持插入式天線可以插入書架上圖書間隙中進行更為準確的書架圖書盤點信息的采集。掌上電腦設(shè)備能進行圖書的搜索定位，歸架管理及排序管理，使得圖書館管理工作人員能更為高效、頻繁地進行圖書盤點工作。掌上電腦中的信息能夠以有線或無線的方式與PC機同步。?

??? (7)制作工作站?

??? 可設(shè)定相關(guān)制作人員權(quán)限管制，并可查閱相關(guān)書籍的制作時間及人員，避免書籍制作重復的錯誤行為;可多臺工作站同時制作書籍電子標簽;可重復修改電子標簽中的內(nèi)容，并修改為正確信息;使用安全編碼方式將數(shù)據(jù)寫入電子標簽，電子標簽內(nèi)容不易被修改；可統(tǒng)計制作人員制作書本數(shù)量及登入號;可依館員習慣修改制作接口，并可使用各種PCBASE的硬件及各種Windows操作系統(tǒng)安裝本工作站;可將相關(guān)內(nèi)容及相關(guān)信息，如：安全碼、條形碼號、館別、識別應用碼、制作機組、簿冊號、借閱次數(shù)、分類號、作者號、借閱證號、日期等相關(guān)信息，寫入電子標簽中。?

??? (8)智慧期刊架（智慧書架）?

??? 讀者通過圖書館的Web或者位于期刊閱覽室或圖書區(qū)的WebPAC進行新書查詢，根據(jù)三維導覽圖快速得到其準確位置。館方可對智慧期刊(書)架內(nèi)期刊(圖書)進行實時管理，即時盤點。?

??? 管理者端提供全文檢索、架位檢索、新書數(shù)據(jù)管理、電子標簽數(shù)據(jù)管理、架位管理、期刊(圖書)取閱記錄管理、統(tǒng)計報表與使用者管理。?

??? 查詢結(jié)果的架位狀態(tài)包含期刊(圖書)名稱等MARC資料與新書實時所在位置。?

????期刊(圖書)數(shù)據(jù)管理(修改)功能，可以修改期刊(圖書)名、架位信息以及期刊(圖書)詳細內(nèi)容；使用者管理須提供賬號、姓名、密碼與權(quán)限字段；架位數(shù)據(jù)管理須提供說明與詳細架位信息字段；期刊（圖書）檔新增時，本服務器數(shù)據(jù)庫可通過自動化接口去取得最新資料。?

??? 提供統(tǒng)計報表，含錯架清單、取閱次數(shù)統(tǒng)計、取閱紀錄與未在架清單、取閱次數(shù)統(tǒng)計與取閱紀錄可依時間區(qū)段做統(tǒng)計并打印報表。?

3 分系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)?

??? 本方案主要根據(jù)圖書館的應用需求而設(shè)計，以先進實用、節(jié)省費用、充分兼容和可擴展為設(shè)計原則。分系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)^[5-6]包括以下內(nèi)容：?

??? (1)電子標簽?

??? 讀者證:使用ISO14443-A標準讀者證及條形碼讀者證方式。?

??? 考慮到系統(tǒng)今后的擴展，為方便與校園一卡通系統(tǒng)的連接，讀者證采用Mifare I型無源射頻卡。Mifare I卡具有以下特點：①讀寫距離2～4 cm；②響應時間小于0.3 s；③讀寫次數(shù)不少于10萬次。?

??? 圖書電子標簽使用ISO15693 13.56 MHz標準電子標簽,支持圖書、DVD、VHS等相關(guān)館藏電子標簽。電子標簽非人為因素，保證10萬次讀寫。?

??? (2)通信接口?

??? 讀寫器與計算機之間的通信接口采用RS485/RS232方式。整個系統(tǒng)具有便利的管理功能、可靠的防偽及系統(tǒng)保護體系、完善的數(shù)據(jù)處理功能、揮灑自如的單機功能、強大的網(wǎng)絡擴展功能等特點。?

??? (3)讀寫器硬件結(jié)構(gòu)及工作原理?

??? 讀寫器主要由核心控制單元MCUP89LPC932、與MifareOne卡通信的MFRC632、與PC機通信的RS232、提供時間基準的實時時鐘芯片PCF8563和存儲系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)的存儲器AT45DB021組成。整個系統(tǒng)所用的器件都是比較常用的器件，具有典型性和通用性。?

??? 系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。主板上電后，讀取存儲器中的系統(tǒng)設(shè)置，然后根據(jù)其中的設(shè)置初始化整個系統(tǒng)，包括本設(shè)備的ID號、主站、從站、開機時間、關(guān)機時間、數(shù)據(jù)的存儲方式等。由于MifareOne卡共有16個扇區(qū)，每個扇區(qū)又分為4塊、每塊又有16個字節(jié)，因此，除了保證系統(tǒng)使用的扇區(qū)空間外，用戶可以使用的有48×16 bit。而通過MifareOne卡存儲的數(shù)據(jù)均不大，只占用一塊存儲區(qū)，換句話說，MifareOne卡的數(shù)據(jù)存儲區(qū)可以存儲48次，當超過48次時就從前面覆蓋數(shù)據(jù)。?

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??? 射頻電路如圖3所示。在本設(shè)計中，為提高整個系統(tǒng)的使用范圍，在芯片選擇上使用功能更加強大的MFRC632，這也是整個系統(tǒng)的核心部分。?

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??? 本文設(shè)計的圖書館智能管理系統(tǒng)以RFID中間件為媒介,實現(xiàn)了先進的RFID技術(shù)與圖書管理方法的有機結(jié)合，為圖書館的管理提供了十分有效的技術(shù)手段，使館員從煩雜的日常工作中解放出來，讓館員更自由、更高效地管理圖書館的館藏，使清庫、亂架和查找圖書不再繁鎖和麻煩。使圖書管理工作智能化、自動化、規(guī)范化、系統(tǒng)化、程序化，避免了圖書管理的隨意性，提高了信息處理的速度和準確性，從而提高工作效率。?

??? 圖書館RFID自動管理系統(tǒng)可以作為一個獨立的圖書館管理系統(tǒng)運行，也可以接入學院的校園網(wǎng)絡實現(xiàn)圖書館在校園網(wǎng)絡的信息共享以及借閱服務，使圖書館管理現(xiàn)代化、智能化。?

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