基于CAN总线的智能书柜管理系统设计

柯俊儿 赖芳 张小龙 郑誉煌

摘要：为实现对图书馆内的图书进行高效的借出、归还以及在线的实时管理，设计了CAN总线网络系统，CAN总线将接收到的图书编号发送到上位机，由上位机对该书进行入库与显示书籍在线状态。实验证明，本系统稳定可靠，实现了智能书柜的管理功能。

关键词：CAN总线;智能书柜;RFID

中图分类号：TP273 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）08-0243-02

1 概述

随着图书馆馆藏数量变得越来越大，借阅人数也急剧上升。但由于书籍以及借阅人数数量过多的原因导致不能高效的借阅以及管理书籍，传统人手管理已经着实难以顾及。目前大部分图书馆都是以条形码来对书籍进行人工管理，但由于条形码的局限性，导致归还借阅服务效率低、查询书籍位置以及是否在库十分麻烦、人的工作疲劳等问题。因此，书籍管理智能化是必须的[1]。

智能书柜服务对象是书，而书具有数量多，种类繁杂的特点，所以设计书柜要考虑到能实现多级管理与白动归类的功能，能实现上述功能的总线不多，但CAN总线的正好满足我们所需要的设计要求。通过RFID对图书进行记录，再由转换模块进行数据转换，最后CAN总线将书籍信息传输到上位机进行判断，再入库。

2 智能书柜设计

本系统设计由下位机图书检测节点，上位机管理系统两大部分组成。下位机图书检测节点的作用是检测是否有书籍借出或入库，并收集信息传输至上位机。上位机管理系统主要书籍管理，包括将书籍信息进行分类、判断是否放在相应位置、监测书籍的借阅与归还、更新书籍库等。

2.1 通信网络

以太网、RS485总线以及CAN总线的都能实现多级控制。由于书柜管理传输数据量较小，三者传输速度不需要做比较。在工作方式上，CAN总线与以太网都是双工丁作方式，RS485总线是半双工工作方式。考虑到书柜的工作流程是芯片读取到书籍时自动发送书籍信息给上位机，而RS485作为总线时，它是作为上位机向下位机一级一级查询，若同时发送两个相隔较远的书籍则难以较快读取信息，查询每个书柜的位置又占据过多资源[2]。由此可见CAN总线和以太网更适合作为书柜总线。在总体设计上，CAN总线只需RFID、TTL转CAN总线模块以及上位机监察系统;以太网需要RFID、TTL转以太网总线模块、交换机以及上位机监察系统[3]。由此可见，从经济成本方面来说，CAN总线更适合作为理想总线选择。

2.2 图书检测节点

考慮到书籍的分布，网络系统需要对书柜的每一层进行检测。书柜的管理系统在每一个图书放置位都安置有一个带有感应线圈的RFID模块，当感应芯片与RFID想感应时，RFID将会产生TTL信号传送到TTL转CAN总线模块，再有模块对信息进行整理转化，书柜网络如下图1所示。

经过上述过程后，转换模块将信息传输给上位机，最终上位机会对书籍进行判断分类，再查询是否在库内。如果是，则将书籍信息显示。如果否，则更新库，再显示书籍信息。检测流程如图2所示。

智能书柜的检测节点由带有感应线圈的RFID模块以及ttl转CAN总线组成。众所周知，一根线绕成某一种形状圆的面积最大，由A‘p=BAS同等条件下圆的感应电动势最大，所以圆形线圈是最佳选择。感应距离数据如表1所示。

由于检测距离在3cm左右，经过实测使用匝数为60、直径为5cm的线圈感应效果最佳。芯片卡与感应线圈结合，使得RFID将芯片卡内原先设定的内容转换为TTL电平发送给TTL转CAN总线模块，再汇入上位机。检测流程如图3所示。

当有多个检测节点同时检测到有书籍放人时，各个下位机同时发送数据至上位机，但按照优先级原则以此被上位机所接收，不会造成数据丢包，或者断包。

3 结束语

本文结合CAN总线，RFID技术实现了有效，实时对书柜内书籍的智能管理系统。该系统能随时随地查取书柜内书籍的信息和存放位置，由CAN总线网络结构与上位机的智能查询，使得书柜的智能管理得以真正实现。

参考文献：

[1]龙春芳.物联网时代RFID技术在图书馆领域的应用及影响[J].邯郸职业技术学院学报，2019（3）：1-4.

[2]方婕，张国平，汪文强，等.基于以太网的智能生物反应器上位机设计[J].信息技术，2019，43（11）：10-15.

[3]解芳，王宁，席东河，等.基于RS485总线的智能电动图书柜通信系统的设计[J].东莞理工学院学报，2007，14（5）：97-101.

【通联编辑：梁书】

收稿日期：2019-12-22

基金项目：广东第二师范学院校级大学生创新训练项目（编号：201914278099）;广东省本科高校高等教育教学改革项目“电子信息工程专业新工科人才培养的研究与实践”;广东第二师范学院教学质量与教学改革工程项目“电子信息工程应用型人才培养示范基地”（编号：2018sfjd02）

作者简介：柯俊儿（1997-），男，广东汕头人，本科，助理工程师，主要研究方向为电子信息工程;郑誉煌（1979-），通讯作者，男，广东佛山人，博士，副教授，研究方向为机械电子工程。