基于RFID和WiFi的便携式图书管理系统设计

郭玉娟 刘保杰 李秀华 姜磊磊

摘 要 结合RFID和WiFi技术，论文设计了一种基于ARM内核和Linux操作系统的便携式图书管理系统，介绍了系统的软硬件架构，各功能模块的功能以及实现的关键技术。应用结果表明，该系统减轻了图书管理人员的劳动强度，提高了工作效率，为读者的借还书操作提供了便利，为构建数字化图书馆提供了技术支持。

关键词 无线射频技术（RFID） WiFi ARM 图书管理系统 档案管理

分类号 G250.7

DOI 10.16810/j.cnki.1672-514X.2018.09.011

Abstract In this paper， combining with RFID and WiFi technology， a portable library management system based on ARM core and Linux operating system is designed， and the hardware and software system architecture， each functional module and key technologies are introduced. The application results show that the system can reduce the labor intensity of librarians， improve work efficiency and provide convenience for readers to borrow books， which provides technical support for the construction of digital library.

Keywords Radio frequency identification （RFID）. WiFi. ARM. Library management system. Archives management.

无线射频技术 （RFID） 是一种新式的非接触的自动识别技术，具有存储信息量大，读写速度快，感知距离远等优点，已被许多国内外图书馆所采用。它在图书馆自助借还、图书盘点、上架等方面实现了图書信息处理的自动化管理，突破了传统图书借还的时空限制，提高了图书馆的工作效率，读者评价的满意率也较高。根据Checkilst的不完全统计，截至2016年底，全球已有7000多家图书馆采用了RFID技术，而我国目前也已有近千家图书馆引进了RFID技术用于图书管理[1-3]。尽管如此，系统使用过程中还存在着一些问题[4]，诸如RFID系统自助借还后，由图书管理员负责上架，所需要的人力仍较多；图书的盘点和排架仍需要馆员定期操作实现；在自助机上，读者查询到需要的书籍后需要记录书籍所在的位置，不利于书籍的快速借阅；RFID自助还书机和推车式上架盘点设备价格昂贵，而且体积大，重量重。针对以上问题，本文设计了一种基于ARM的便携式图书管理系统，用以实现图书的快速上架、借还、盘点、智能定位等操作，取得了良好的应用效果。

1 便携式图书管理系统概况

便携式图书管理系统是以三星公司生产的S3C6410A微处理器为硬件平台，系统的软件平台采用嵌入式Linux操作系统，使用C语言编程进行应用软件的开发（见图1）。该系统利用RFID技术实现图书信息读取，并将读取的信息通过WiFi网络及时传送至指定项目管理服务器，构建图书信息到数据库的实时更新，读者可以很方便地完成书籍的借还及上架操作，图书管理员可以更加便捷的完成书籍的盘点，并且极大的节约了成本，提高了经济效益。同时，读者也可以通过便携式图书管理系统或互联网访问服务器查询个人借阅信息。

当读者进行还书操作时，只需进入便携式图书管理系统还书界面，将需要归还的图书放置到指定位置，系统会自动识别归还的图书，读者只需确认即可，同时系统会将归还图书的位置显示在屏幕上，读者可以按照指示将归还的图书放置到指定位置；当读者进行借书操作时，读者可以在系统上查询书籍，选定相应书籍后系统会自动显示书籍所在的位置，读者确定需要借阅的书籍后，将需要借阅的图书放置到指定位置，系统会自动识别借阅的图书，读者只需确认即可；当图书管理员需要盘点书籍时，进入系统的盘点界面，系统自动对图书进行盘点，将放置位置不正确的图书标红并提示正确的位置。

2 软硬件平台构建

便携式图书管理系统主要应用于书籍的借还、上架和盘点中。要求体积小、重量轻、存储空间大、超长待机、系统开放设计，方便进行二次开发等[5]。

系统硬件设计框架如图2所示，系统硬件的微处理器采用三星公司生产的S3C6410A，内核是ARM1176JZF-S，主频为667MHz；USB 2.0（480MBPS）接口连接计算机（PC），实现系统程序的调试和下载；存储器方面，扩展了1GB Nandflash和1GB SDRAM，其中前者用于存储根文件系统、Bootloader和Linux内核要满足掉电后数据不丢失的要求，后者用于系统启动后程序运行； LCD触摸屏通过LCD接口连接到S3C6410A，它采用分辨率1024*768的真彩屏，用于图书管理系统的界面显示；UART1与WiFi模块连接，CAN与图书智能定位系统的主控制器相连，用于控制主控制器的启动与关闭；图书信息的采集由RFID阅读器实现，它与S3C6410A通过RS-232串口通信。

便携式图书管理系统的软件开发平台采用Linux嵌入式操作系统，图形界面的开发设计使用Qt，程序开发使用C语言，数据采用SQLite3数据库模式[6-7]。

3 功能模块设计

便携式图书管理系统的程序设计采用模块化设计思想，由主程序模块（登陆界面模块，还书模块，借书模块，盘点模块，查询模块，数据库管理模块以及账户管理模块） 和若干子程序模块（按键扫描模块，数据录入模块，数据处理模块，数据存储模块，数据传输模块等） 组成，当进行某一主程序操作时，只需点击相应图标，相应的子程序模块将被主程序调用，子程序依靠标志位和判断标志位完成对相关事件的处理，驱动相应的硬件模块工作。系统程序构架如图3所示，（b）是（a）的B树枝。为操纵方便，基于面向对象的原则，各功能模块以图标显示，系统启动后，进入GUI主界面，点击功能模块图标将进入相应的操作子界面，实现相应功能[8]。

（1） 登陆界面模块。本模块主要用于图书管理员和读者登录图书管理系统，输入用户名称和密码后，系统将发送信息到后台程序进行验证，正确方可成功登录，用户根据自身的操作权限进行相关操作，读者可以进行借、还书、查询操作和账户管理中的修改密码操作，图书管理员可以进行主程序的所有操作，这样避免了人为误操作或恶意操作对数据的损坏。

（2） 还书模块。本模块主要用于读者归还图书和图书的上架。当读者归还图书时，点击便携式图书管理系统屏幕上还书图标进入还书系统，然后将归还的图书放置至系统前，图书管理系统的数据采集模块将自动接收张贴于图书上的RFID电子标签信息，然后存储信息并生成还书清单，读者核对无误后点击确认，则完成图书归还，之后系统会在屏幕上显示归还图书应该存放的位置，读者按照指示将图书上架，上架后的图书通过图书智能定位系统发送至服务器。如果读者没按要求将图书上架，系统将进行记录，无法进行借书操作，需要到图书管理员处进行解锁，使图书归还更加规范有序。

（3） 借书模块。当读者借阅图书时，点击便携式图书管理系统屏幕上借书图标进入借书系统，系统将显示当前已经借阅的图书（包括借阅时间，归还时间）以及当前能够借阅的图书数量，读者只需将借阅的图书放置至系统前，图书管理系统的数据采集模块将自动接收张贴于图书上的RFID电子标签信息，然后存储信息并生成借书清单，读者核对无误后点击确认，则完成借书操作。

（4） 查询模块。当读者查询某方面的图书时，点击便携式图书管理系统屏幕上查询图标进入查询界面，界面提供两种检索方式。一种为快速检索，该检索只提供书目检索，读者输入所要查询的词语，系统会显示图书馆中所有包含输入词语书目的图书，并提供不同的排序方式，包括日期降序、日期升序、借阅量升序和借阅量降序。当选中某本图书时，点击该图书的书目可以看到图书的详细信息，包括图书的简介、目录、作者、出版时间、出版单位、馆藏数量和图书位置。另一种为专业检索，该检索提供书目、作者、出版单位及出版时间检索，可以对图书精确检索，同样，点击该图书的书目可以看到图书的详细信息。当读者需要查看提取某本图书时，可以按照智能定位指示，只需携带设备就可以快速找到图书。

（5） 盘点模块。当馆员盘点图书时，点击便携式图书管理系统屏幕上盘点图标进入图书盘点界面，界面提供两种盘点方式，一种是手动盘点，该方式显示当前图书馆馆藏图书及图书应存放的位置，图书管理员按照架次逐一盘点和排架，工作量大，强度高；另一种是一键盘点，该方式依托于图书智能定位系统，当点击 “一键盘点”时，系统显示当前图书馆错架的馆藏图书，并显示错架图书的当前位置，图书管理员只需将错架的图书进行盘点和排架即可，无需将馆藏图书进行全部清点，降低了图书管理员的工作量，一定程度上解决了图书管理员劳动强度与图书架位信息准确度之间的矛盾。

（6） 数据库管理模块。本模块主要用于管理数据库信息，包括图书信息和用户信息的更新。该模块的后台程序会定时通过WiFi网络与服务器通信，上传读者和图书管理员在系统上更改的信息，同时下载服务器上最新信息，实現数据的实时传输。

（7） 账号管理模块。本模块主要用于管理账号信息。包括账户申请、密码设置、密码修改、操作权限设置等。获取设置的数据通过GET方法，获取后保存设置数据通过SET方法。

4 关键技术实现

上述各功能模块功能的实现离不开图书的智能定位和系统信息的实时传输，下面重点对这两方面进行介绍。

4.1 图书智能定位系统

它主要由主控制器、天线组、RFID信号采集器、射频多路切换开关和WiFi模块组成。图4给出了图书智能定位系统原理图。天线组是RFID信号采集器的延伸，它将贴于图书上的RFID标签信息感应出来， RFID信号采集器将感应的图书信息（书名、位置、状态等） 进行识读，并将识读的图书信息传送给主控制器，图书信息在主控制器中进行处理、打包，然后，通过WiFi模块经由交换机发送至服务器，在服务器中，开发专用应用程序用于数据的接收和数据库更新工作[9-10]。

主控制器主要完成射频多路切换开关的控制、驱动RFID信号采集器采集天线组感应的图书信息，处理图书信息，驱动WiFi模块及传输图书信息。主控制器选用C8051f410单片机，通过I/O口与射频多路切换开关、RFID信号采集器连接，根据设定的协议要求对射频多路切换开关、RFID信号采集器（SPI总线）控制，对特定层架图书信息进行采集；WiFi模块通过UART端口与单片机连接，向模块串口发送按照一定格式编码的数据，并通过WiFi上传至服务器，实现图书信息的实时传输，其工作流程如图5所示。

4.2 应用接口软件及数据库设计

服务器端采用VC#开发专用的应用程序，实现数据的接收和数据库的更新。在应用程序运行时，本机的端口和地址被程序自动设置，开启服务监听，通过WiFi网络，接收便携式图书管理系统和图书智能定位系统发送的数据，然后进行数据的解析和校验。如果不合格，不更新到数据库，并发送错误应答；如果合格，更新到数据库，并发送正确应答。服务器应用程序工作流程如图6。图书管理系统数据库采用SQLSever，当服务器接收到上传的数据后，系统将更新数据库中相应图书信息，此时应用sql语句来实现[11-12]。

5 结语

本文结合图书馆覆盖的WiFi网络的实际，针对RFID技术在图书管理中存在的部分问题，设计了便携式图书管理系统，具有操作简单，便于携带，经济性好的特点。该系统在陆军军官学院图书馆进行了试用，结果表明图书上架、盘点、借还和查询的效率大大提高，不仅效率提高了近一倍，而且方便了读者，平时需要约7分钟查找所需图书，现在只需3分钟即可完成，为实现全面的无线联网图书管理系统创造了条件。总体上，该套系统具有很好的实用价值和推广应用前景。

参考文献：

李桂林.RFID技术在国外图书馆的应用研究[J].现代情报，2010，30（11）：156-158.

丁新华，王皓，赵丹丹.基于RFID技术的图书馆服务模式创新研究[J].图书馆建设，2012（2）：65-67.

毛兴武，张根彬.RFID技术在高校图书馆书库管理中的应用实践与探索[J].图书情报工作，2008，52（7）：106-109.

陈嘉懿，郭晶，曲建峰，等.高校图书馆中的RFID技术应用与展望[J].新世纪图书馆，2012（2）：49-52.

沈奎林，邵波，陈力军，等.基于超高频RFID的图书盘点机器人的设计和实现[J].图书馆学研究，2016（7）：24-28.

陈红玲，周立平，林璇.基于ARM11和RFID的图书自助借还系统的设计与实现[J].计算机测量与控制，2012，20（7）：1977-1979.

张郁松，杜景林.基于超高频RFID的图书馆智能书架方案研究与设计[J].图书馆杂志，2014，33（12）：87-93.

刘保杰，陈琪云，杨清文.基于ARM的便携式导弹武器液压系统故障诊断仪设计[J].液压與气动，2016（10）：104-107.

江波，吴永祥.图书馆RFID系统建设中的图书定位问题研究[J].现代情报，2015，35（5）：131-134.

马栋萍，张旭，沈鑫.基于RFID和WiFi技术的图书智能定位系统设计[J].图书馆工作与研究，2017（1）：61-64.

江波.图书馆RFID系统建设中图书定位存在的问题及对策[J].图书馆理论与实践，2015（11）：109-111.

林晓玲，杨明华.RFID图书管理系统中图书定位排架方式探析[J].图书馆论坛，2012，32（3）：102-104.

郭玉娟 安徽广播电视大学图书馆馆员。安徽合肥，230022。

刘保杰 陆军军官学院博士研究生。安徽合肥，230022。

李秀华 安徽广播电视大学图书馆副研究馆员。安徽合肥，230022。

姜磊磊 安徽广播电视大学讲师。 安徽合肥，230022。

（收稿日期：2017-08-06 编校：刘 明，陈安琪）