基于Zigbee与RFID技术的智能图书馆感知系统设计研究

吴颖+高佳+李晗

摘要：本文以智能建筑的角度出发，从Zigbee与 RFID技术入手，初步揭示感知系统与图书馆的建筑环境、技术设备、文献资源以及读者等主要构成因素之间的层次关系，对智能图书馆感知系统进行框架设计。

关键词：智慧图书馆； Zigbee技术； RFID技术

1.基本概念

Zigbee技术是一种自组网的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备的数据传输。其具有成本低、时延短、组网灵活、通信可靠、数据安全等特点。

RFID技术已在图书馆领域应用多年，就技术本身来看，特别是高频、超高频的RFID，具有低成本、传输速度快、识别距离适中、抗干扰能力强等特点。

2.智能感知系统需求分析

智能感知系统是智慧图书馆的基础，涉及通信技术、传感器技术、识别技术及软件开发技术。系统功能包括文献资源管理、人员定位、环境感知、警报处理等。总体而言，系统设计时应满足需求如下：

2.1安全稳定性

随着图书馆信息化程度越来越高，系统运行的稳定性、发生问题时的容错能力以及系统运行的安全性对图书馆管理质量起着决定性的作用。因而在系统设计中，系统的稳定性、容错性以及安全性必须优先考虑。

2.2易扩展与维护性。

图书馆硬件建设的逐步发展与完善过程中，对资源管理的要求也在不断发生着变化。与之相应的信息化建设必须适应这一要求，在系统设计过程中必须为系统预留充足的可扩展结构，以便于后期的扩容或修改。

2.3感知精准性。

感知是整个系统建设的基础，系统主要采用众多感知传感器，对各类馆藏资源、人员、内外环境等进行感知，获得感知数据，为各管理和服务平台提供有效基础依据。

3.智能感知系统的总体思路

对于图书馆的智能感知系统设计，应注重对原有相对独立的智能系统进行改造，结合RFID与Zigbee技术的成功优势，对系统总体规划为三个模块，即环境感知模块、数据感知模块、人员感知模块。

3.1环境感知模块

该模块主要用于感知馆舍内环境变化，采用市场常见温湿度传感器、光照传感器、一氧化碳传感器、烟雾等传感器，其部署位置为楼内布控。目前，随信息化条件建设的不断提升，图书馆各功能区划日趋明确，环境感知模块应针对不同区域，增减传感器数量。

3.2人员感知模块

该模块重点感知读者位置变化，主要利用读者随身携带的各类型RFID电子标签，定位读者馆内位置、进出时段、行为轨迹等信息。其部署可分为以下几个方面：首先，为增强该模块感知的准确性，应结合原始建筑图纸构建全楼数字平面图，并依据楼层与阅览室位置进行ID编号。其次，采用区域纵列坐标划分方法对每间阅览室进行数字化处理，确定各坐标点位位置。再次，对应坐标点位，在阅览室顶棚部署传感器，并构建Zigbee人员感知触发器网络，随部署完成便可形成全馆读者感知地图。读者在进入触发器感知范围后，系统启动、识别并上传读者ID信息到数据管理中心，随读者位置发生不断变化，不同传感器接续完成启动、识别、上传的操作，便可形成读者运行轨迹，直至读者离馆。

3.3数据感知模块

该模块重点感知馆藏资源变化，主要是利用先前建立的Zigbee无线安全网络，获取各RFID智能设备运行信息，实现馆藏资源目标定位、自助借还、智能清点、安全管理。该模块工作重点在于智能书架内文献坐标设定和位置标定位缺省信息的获取。

其设计思路为利用全馆已于前期部署身份感应触发器确认读者身份，审核通过人员可通过门禁系统入馆舍。在读者确认检索文献信息后，系统反馈文献坐标位置，并同时将文献信息与读者ID绑定（每个ID号码绑定文献数量可由每个馆自行设定），读者可根据坐标位置自行前往。当读者ID于文献存储书架2米范围之内触发器激活，并通过网络，将感应的信息传到数据处理中心，经改造的RFID书架不同排、列上装有的小型LED信号光开始闪烁，读者位置与文献位置越近灯光闪断频率越快，直至读者到达文献存贮位置取得文献。

4.智能感知系统的硬件设计

4.1数据采集层

该层主要负责基础数据的收集与采集，一般采用各类感应探头及相应触发器等硬件，可依据ZigBee 网络进行数据收集，功能相对单一，但数量、种类比较繁多。

4.2数据传输层

该层主要采用协调器节点、路由节点以及终端节点三段式设计。首先使用协调器创建一个 ZigBee 网络，并为最初加入网络的节点分配地址，每个 ZigBee 网络只需一个协调器；路由器节点也称为 ZigBee 的全功能节点，可以作为路由来转发数据，也可以作为数据节点用来收发数据，还能管理网络，为后加入的节点分配地址；终端节点用来采集数据，可与各种感应器、阅读器之间进行连接，实现终端的控制和管理。ZigBee 协调器节点、路由器节点均可由 CC2530 芯片、电压转换器件、电源电路、串口、收发器以及天线等组成。

5.数据管理中心设计

数据管理中心由数据服务器和Web服务器组成，主要负责前端采集数据的存储、查询、用户信息管理等。监控系统主要由数据管理模块、信息服务模块、系统管理模块三部分组成。

数据管理模块。数据管理模块主要负责完成数据的接收、解析、存储及处理等工作。通过ZigBee 网络节点端口，将底层网关数据发送来的数据按照预先定义的协议解析后存入数据库，并根据解析后的信息做出相应的处理。信息服务模块。该模块主要完成采集信息的显示、查询、发送、系统参数设置、控制指令发送等功能。为用户提供信息查询、记录查询、下载等服务。系统管理模块。该部分主要完成用户权限管理、系统维护、用户费用管理等功能。

6.小结

虽然智能感知系统具有相对较高成本、标准不统一等缺陷，但其先进的技术在图书馆中的应用能够更好地为用户提供个性化服务和提高圖书管理的工作效率。特别是关联数据、数据挖掘，RFID射频识别技术、基于读者位置的服务等信息技术的运用必将进一步推动了图书馆的发展。

参考文献：

[1]严栋.基于物联网的智慧图书馆[J].图书馆学刊，2010（7）.

[2]李英康.基于RFID的终端在位置智能感知系统中的应用[J].2015

[3]谷龙龙，王权，陶伟，孟浩.基于ZigBee技术的农业智能感知系统的设计与实现[J].安徽农业科学，2015（43）.endprint