基于5G的RFID图书管理系统

吴双娥，白心爱，邸宏伟，朱梦宇，张燕芳

(吕梁学院 物理系，山西 离石 033001)

0 引言

图书馆拥有大量的图书资源，是学生学习的圣地。传统的图书管理系统，通过条形码来实现书籍的管理，无法实现对书籍的定位，学生无法快速找到自己所需的书籍。学生借书时必须由图书管理员操作，且每次只能进行单本操作，学生排队以及操作时间过长，造成了时间的浪费。并且条形码抗损性差，容易损坏，受环境影响较大，有时可能出现识别灵敏度不高或识别出错的情况。因此设计基于5G的RFID图书管理系统。

RFID图书管理系统与传统的图书管理系统相比，节约了人力资源，使图书管理更加智能化，可快速判断和反映环境因素，大大提高了安全系数[1]。李瑛的基于RFID的智能图书管理系统[2]实现了图书的自助借还，但借还图书需分别通过自助借阅机借图书、自助还书机还图书；黄胜国的基于RFID技术的智能书架管理系统研究[3]，实现了每本图书的精确定位，读者可以在线查询图书的借阅信息，但未能实现随时追踪图书借阅和归还情况；电子科技大学申晓亮的硕士学位论文“RFID智能图书馆自助借还系统设计与实现”证实了RFID图书管理系统99.7%的无漏识别率[4]。综上所述，RFID图书管理系统技术上在逐步成熟，并已在河北联合大学图书馆运行[5]，本文在前人研究的基础上进行了改进，提出了基于5G的RFID图书管理系统，将RFID读写器与微信小程序相结合，实现每本图书借阅信息的查询及定位，学生可通过微信小程序一键操作借还图书，并可通过5G网络随时随地查询图书信息和借阅情况。本文对该系统与微信小程序结合的试运行界面做初步的介绍。

1 系统总体设计

图1 系统结构框图

本系统采用RFID读写器与微信小程序相结合的方式，通过日益普及的5G网络，使学生借书还书更加智能化、简单化，并且方便了图书管理员对书籍的管理。本系统由RFID读写器进行数据采集，预留RS232及485接口对RFID读写器采集数据进行传输，通过系统数据采集模块对数据进行汇总，并通过ESP8266模块将数据透传至公网，服务器端再将采集的数据提供给微信小程序进行数据库更新。服务器端通过多线程接收公网IP通道内指定端口的数值，进行保存处理。微信小程序通过请求访问加密后的https链接，逐条解密其数据内容，并更新云数据库，在登录接口时，通过微信小程序获取独有的数值，发送给服务器端，通过服务器端访问微信平台，取出此时设备的个人信息发送给微信小程序，本系统采用异步请求方式保存用户个人信息。系统结构框图如图1所示。

2 硬件架构

该系统以RFID读写器为硬件核心，其工作原理是:RFID标签达到RFID读写器的范围之后，标签反馈读写器的搜索信号，发送存储在芯片的书籍信息信号；或者标签主动发送特定频率信号，读写器读取信息并解码，发送到中央信息系统进行数据处理[6]，本系统采用被动式(即前者)，RFID读写器具体安装位置及电路原理图如下所述：在传统书架每层放置有4个RFID读写器，具体读写器的安装数量依据传统书架安装的层数而定[7]。如果传统书架有四层，每层需要安装4个，共需要使用16个读写器，在传统书架的外侧安装系统数据采集模块。在每本书扉页贴上RFID标签，通过RFID读写器可以检测出书籍的信息及位置并找出乱架的书籍。系统硬件基本构成框图如图2所示。

图2 系统硬件基本构成框图

此外，该系统还可以根据图书的最新状态，显示哪些在架、哪些已外借等详细信息。如果该本书的RFID标签(定期检测)无法被读取，则认为该本书已被拿走，并结合上次读取的信息，可以确认该本书何时被借走，何时又回到原来的位置[8]。

RFID读写器主要作用为发射搜索信号并接收RFID标签反馈的书籍信息信号。其电路原理图如图3所示。

图3 RFID读写器电路原理图

3 软件架构

软件系统主要架构包括微信小程序、服务器端和数据库。软件架构图如图4所示。微信小程序：基于微信小程序平台开发，使用springboot框架。服务器端：解析所有微信小程序发送来的请求。数据库：使用微信云数据库[9]。

图4 软件架构图

本系统中微信小程序的设计通过人脸识别技术识别学生的身份，并根据学生的喜好推送图书。它与RFID读写器相关联，实时反馈书架上书籍位置以及借阅情况。主要功能是随时追踪图书借阅和归还情况，以及信息查询，实现学生在图书馆的借还书籍的管理。其结构图如图5所示、功能图如图6所示。

图5 微信小程序结构图

图6 微信小程序功能图

3.1 人脸识别

用户在客户端选择要上传的图片，然后会调用云存储中的API接口，把要上传的图片传到云存储，之后返回一个ID到客户端。客户端获取ID后，调用云函数，在云函数端读取云存储中ID相对应的文件，从而解析出真实的URL地址。将获取到的地址在云函数端发送到腾讯云人脸识别的API接口，等待人脸识别的对应接口返回相应的内容。当人脸识别API接口返回内容之后，云函数原封不动的将数据发回给客户端。然后客户端解析数据，通过前端展示给客户。

3.2 数据库创建

在数据库中初始创建了三个永久表：Persion、Borrow、search。系统运行后，这三个表中所记录的内容都及时更新。

数据库内所有图书的初始状态均为“未借阅”状态，当图书被借阅时，其状态更新为“已借阅”，当图书归还并置于书架上时，状态则被更新为“未借阅”。以上状态的更新均通过读写器读取标签自动完成[7]。

3.3 图书查找

当微信小程序启动图书查找后，RFID读写器按照设定的时间间隔，定时读取RFID标签。读取到的信息被存入数据库的search表中。该查询语句用于更新可外借图书的状态为“在架”，当读写器读取到图书信息并且该信息存在于Borrow表中，该书的状态即被更新为“在架”(search表中的图书信息与Borrow表中的信息一致)。

4 RFID智能图书管理系统功能展示

“RFID智能图书管理系统”微信小程序运行的操作流程如下：(1)用户扫描二维码或直接搜索进入“RFID智能图书管理系统”；(2)点击”书库”界面，查询所有图书状态，如图7所示；(3)点击个人中心界面：查询个人信息及借阅记录，如图8和图9所示；(4)图书归还界面：一键自动指定还书位置，如图10所示。

5 结论

该系统与传统的图书管理系统相比校，更加的智能化、人性化。实现了操作的便捷性，在线查阅图书借还信息不受时间、空间的限制；学生通过人脸识别验证身份后方可进入图书馆，增加了图书的安全性；利用5G

图7 书库界面

图8 个人中心界面

图9 借书记录

图10 图书归还

网络和互联网，根据微信小程序推送的图书位置信息，能够快速精准地找到自己需要的图书，实时追踪图书并更新借还图书信息，最终确认信息通过后台返回到用户端显示。