图书馆自动化分拣识别系统

赵峰涛

（西安培华学院图文与信息技术中心，陕西西安 710125）

快速发展的现代社会在提高生活水平的同时也促使人们不得不紧跟时代节拍，终身学习的意识和能力逐渐被越来越多的人认可，图书馆在日常学习中起到重要的支撑作用，其提供了大量供日常学习及科学研究使用的知识材料。如何充分使用现代信息技术建立信息化及智能化水平较高的图书管理系统，进而有效提高图书馆工作效率，同时为使用者提供高质量的、便利的阅读学习服务仍然是目前研究的重点领域。现阶段高校图书馆管理图书的方式大多采用“单一的条形码+信息管理系统”，为确保分拣的准确率，大多需人工提供不同程度的人力分拣完成图书分拣。在图书管理效率上，传统依靠扫描图书条形码来辨析图书信息的方式已经难以满足图书馆的信息化发展需求，文中主要完成了图书自动分拣识别系统的设计，以提高图书管理效率及用户体验。

1 需求分析

随着图书馆规模及馆藏量的不断提高，在对海量图书信息进行处理方面，传统图书馆对计算机信息技术的利用水平仍有待提高，部分中小型图书馆及学校图书馆信息化水平较低，日常图书借还工作的效率普遍较低。目前，高校图书馆的书籍借阅方式仍然以使用借书机进行自助扫描为主，书籍分拣归类及整理上架环节则以人工方式为主。传统图书管理系统的缺点在于便携性较差，随着智能手机等移动终端及二维码技术的普及应用，借阅者对图书借阅方式提出了更高的需求。分拣工作作为图书馆书籍整理过程中的主要工作之一，其自动化水平是影响图书馆信息化管理水平的关键环节，需兼顾书籍归架效率及借阅准确性，基于移动终端的图书管理系统成为提高管理效率的有效方法。遇到借阅、还书的高峰时期，如何将图书及时准确的自动分拣上架，以有效避免借书机旁图书堆放导致无法满足借、还书需求问题是文中研究的重点。文中设计了一种基于Android 移动终端的自动图书借还分拣系统，弥补了传统基于电脑端图书管理系统的不足，精简的操作界面可有效满足借阅及管理书籍的需求，使自动分拣书籍的速度和质量得以有效提升[1-2]。

2 系统设计方案

2.1 结构组成

文中设计的图书自动分拣识别系统主要由负责输送、识别及分拣的三大装置模块构成，识别装置与上位机通过CAN 总线相连，系统由多个分拣装置（各配置一个分拣箱）构成，各分拣装置对应一个图书分类，在输送装置（由滚筒传送机构成，将光电开关安装于传送机入口处以准确检测传送机中是否有书籍）上放置需进行分拣的书籍，当书籍进入由识别装置（主要由RFID 读写器构成）控制的识别区域后，在交互磁场的作用下RFID 读写器完成对贴有RFID 标签的相关图书信息的读取，再通过上位机接收的读取信息获取该图书的分类信息，在此基础上做出判断并向分拣装置发送相关指令，构成分拣装置且要求同步进电机相连的推板与传送装置间的运动方向垂直，步进电机以接收到的上位机指令为依据完成相应的图书分拣动作[3-4]。

图书借还分拣系统主要由信息采集与查询、数据处理、控制模块几部分构成，主控芯片采用S3C2410（基于ARM），使用RFID 射频读卡器采集书籍信息。为满足书籍借阅情况的快速查询和借阅需求，该系统移动端借书功能通过使用App 扫描二维码来实现，移动应用端主要面向学生和图书馆管理员两类用户，移动端APP 结构如图1 所示。

图1 移动端APP结构

2.2 工作流程

系统工作流程如图2 所示，当光电开关（位于传送机入口）检测到传送带上放有书籍时，传送装置通过驱动电机开启正常运行速度模式（为兼顾节能目标即分拣速度，未检测到书籍时传送装置保持低速运行）。通过散发的磁场形成RFID 读写器的识别区域（指定范围），先对识别区域入口处进行实时检测，判断是否存在RFID 标签，读写器会对进入识别区的图书进行信息验证，然后读取标签中的书籍类别信息。上位机接收到读取结果后判断书籍类别是否在该分拣装置的控制范围，上位机将相应指令发送给对应推板，装有步进电机的推板据此将图书推送到对应分拣箱，若与当前分拣装置代表类别不同则传送至下一分拣装置，将RFID 标签损坏的图书放入传送机终端的分拣箱中，由图书管理员更新标签并将不同分拣箱的书籍摆放到对应书架上。

图2 系统工作流程

应用较为普遍的高频（HF）和超高频（UHF，具有跳频特性）两种RFID 技术接口射频信号的混合类型不同，超高频RFID 技术对电子标签读取距离的控制能力较弱，该系统选用了高频技术，系统开始运行时RFID 读卡器开始工作，RFID 读卡器会自动读取进入识别区域内的书籍，经解码后向ARM 主机传送，实现同周围其他图书的有效区分，进而使系统自动分类的准确性得到明显提高[5-6]，RFID的体系结构如图3 所示。

图3 RFID体系结构

3 系统的实现

3.1 硬件设计方案

文中结合运用ARM 主机S3C2410 和射频识别模块HF14443 完成系统硬件的搭建，RFID 读写器工作流程如下：工作状态中的读写器会形成识别区域（通过磁场发射寻卡信号），RFID 标签进入识别区域后RFID 芯片电容通过耦合产生感应电压完成充电过程，激活标签并同读写器建立握手通讯，读写器据此完成RFID 标签芯片首地址信息的获取，然后对指定地址的信息进行读取和解码，再通过RS232 通讯接口模块（接口芯片采用MAX232 芯片）向上位机传送[7-8]。为避免误读邻近识别装置的信息，由读写器构成的各识别装置采用近距离读写（0.5 m左右）模式。

3.2 单片机控制系统

该系统的串口通信功能通过使用AT89C52 单片机来完成，单片机同上位机采用中断的通信方式，成功读取图书信息的RFID 读写器在向上位机界面传送信息时，由单片机控制系统负责完成通信通道的建立，并对各分拣口分拣装置的工作状态进行控制（以ARM 主机的指令为依据）。根据实际需要设置系统时钟频率，单片机结合时钟频率通信波特率计算出UART 寄存器的设置值，寄存器的中断控制位通过设置UART 来实现[9-10]。上位机和单片机保持相同的通信波特率，以确保数据传输的准确性。

3.3 ARM 主机设计

文中采用支持面向对象程序设计的VB.net完成对上位机（ARM 主机）软件的开发，VB.net 支持结构化的事件驱动和无限扩增控件的应用，使用VB.net 提供的通信控件即可高效地完成串口通信，当应用程序具备较强移植性时，可通过WINDOW SAPI 函数（由Windows 提供）的调用完成编写过程；上位机则采用MSCOMM（一种通信控件）完成开发过程，以满足系统对接收和发送串口数据的需求，可按需设置串口状态及信息格式，PC 机通过串口连接其他设备确保不同设备间能高效通信。使用Java 网络通讯对远程数据库服务器进行编程，形成的服务端程序系统具有较强的可扩展性[11-12]。系统通过网络及TCP/IP 协议完成与ARM 主机的通信过程及移动端的数据交互。

3.4 系统数据通讯的实现

RFID 读卡器读取的信息经RS-232 串口线向ARM 主机传送，ARM 再通过网络传给与数据库相连的服务器进行处理，ARM 主机接收到书的类型消息后，结合服务器传来的书籍类型对各分拣口分拣装置进行控制，实现分类。

ARM 应用程序流程如图4 所示，ARM 上的分拣应用程序主要由射频读卡、连接服务器及分拣控制三大功能模块构成，射频读卡模块通过串口的使用完成初始化操作过程，在标签数据缓冲区存放已读取信息；连接服务器模块负责完成同服务器间的数据传输和接收，终端通过使用套接口连接服务器；分拣控制模块在底层运行分拣装置的驱动程序，根据ARM 主机发送的操控指令完成对相应分拣动作的控制，从而实现图书自动识别和分拣功能[13-14]。

图4 ARM应用程序流程

4 图书自动分拣识别系统测试

为检测文中图书自动分拣识别系统的实用性，PC 端使用串口建立与ARM 端的连接，由助手软件完成对ARM 数据处理过程的实时监控，在使用助手软件前需采用minicom 串口进行调试。传送装置及ARM 主机通过串口与RFID 模块相连，通过网口向服务器及ARM 主机传送所收集的信息。以太网端口接入网络后，ARM 主机及服务器开始运行，串口运行实现了控制机的连接调试功能及同射频模块的连接功能，通过ARM 主机执行软件可确保系统正常运行。有效实现了RFID 读卡器读取信息到ARM 主机的传输及相关数据处理过程，不同种类的图书可快速分拣到对应的收集箱中，同时ARM 主机实时更新书籍状态如下：

“已开启服务器1

ARM 主机将接收到的书籍类型卡号作为书籍唯一标识传送至台服务器，并由其比对数据库中的书籍信息，成功向分拣装置返回书籍类型，分拣装置以返回书籍类型为依据控制相应挡板的开关，具体测试结果代码如下（LS、CS 及NO 分别代表文学类、计算机类未被借阅类），与实际分拣结果向吻合[15-16]。

用户进入APP 软件用户界面并成功登录系统后，选择图书查阅功能，输入对应书名即可准确显示当前图书的借阅情况，在主界面选择图书借阅按钮后，通过扫描书籍上的二维码标识并点击借书按钮即可完成借阅，系统会自动更新该书的借阅情况。

5 结束语

数量和种类不断增长的书籍对图书馆的管理要求不断提高，为满足图书馆的信息化发展需求，提高其借还效率，文中设计的图书自动识别分拣系统，结合ARM 架构处理器和RFID 非接触式自动识别技术实现了书籍的自动分拣功能，同时借助移动终端APP（二维码扫描借书）满足了便捷的借阅需求，无需人工扫描书籍条形码，极大地降低了图书管理人员的工作量，使图书分拣的自动化水平得到有效提高，该系统简化了图书管理的分拣流程，有效实现了已借阅书籍的准确检测，能够按照预先制定的分类标准完成有效的自动分拣，使工作效率和分拣准确性得到显著提高，同时提升了借阅人员借还书籍的便利性。