基于RFID技术的图书馆图书查询管理系统的设计与实现外文翻译资料

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基于RFID技术的图书馆图书查询管理系统的设计与实现

海明成，黄丽玲

南京邮电大学计算机科学与技术学院

江苏市无线传感器网络高技术研究重点实验室

何徐，易帆虎，徐安望

南京邮电大学物联网学院

信息与网络安全西安武警工程大学重点实验室

电子邮件：xuhe@njupt.edu.cn

摘要：射频识别技术（RFID）是实现物联网的关键技术。目前，RFID在室内定位中的应用是RFID应用研究的热点。在本文中，我们提出了一种基于RFID技术和Wi-Fi无线通信技术的RFID系统。设计了相应的手持设备客户端软件，实现了一个可视化的图书搜索和管理系统。该系统不仅大大提高了图书检索和管理的效率，而且在很大程度上节省了人力和物力，具有实际的应用价值。

关键词：RFID技术、WiFi技术、图书馆管理系统、室内定位

1. 引言

目前，图书馆规模不断扩大，图书数量也越来越大。此外，随着开架阅读的日益普及，错位图书的现象也越来越普遍。因此，读者查找书籍和图书馆管理员检查书籍也变得越来越困难。然而，目前使用最广泛的是基于条形码的图书馆管理系统，其操作过程是复杂的。另外，条形码的使用寿命短，容易损坏，严重影响了图书馆管理的效率。同时，基于条形码的图书检索系统不能提供准确的图书位置信息，这不仅影响图书的检索效率，而且会引起读者对现状的极大不满，因此，急需一个智能图书管理系统。

1. 相关技术

2.1 RFID技术

射频识别（RFID）技术也称为电子标签（E-Tag）技术，是一种非接触式自动识别技术。它可以通过射频信号自动识别目标物体，并能够以非常快的速度进行目标跟踪和数据交换。

RFID技术的特点如下：首先，它是一种可以实现自动识别和管理的非接触式数据采集技术；其次，可以写入任何信息，以满足不断增加信息量和提高信息处理速度的需求；第三，它可以以非常快的速度识别目标。也就是说，一旦目标进入磁场，读者可以立即同时处理多个标签数据，实现批量识别；高安全性不容忽视，因此您可以为读取和写入标签数据设置密码保护。此外，它极大地提高了流通管理信息采集的自动化程度，解决了电机过程中货物信息的管理问题。从理论上讲，由于RFID技术具有安全性高，可靠性高，操作方便，携带信息量大，信息获取速度快，准确性强，适用范围广等优点，已成为室内定位技术研究的热点。此外，使用寿命长，这与传统标签技术无法比拟。

2.2 WIFI技术

Wi-Fi是一种可以通过无线方式连接PC，手持设备（如键盘，手机）和其他终端的技术。实际上，这是一种高频无线电信号。

Wi-Fi的优点和特点如下：首先，它的构建方便，因此在建立网络时不需要布线工作。只有一个或多个无线接入点能够满足一定范围内的无线上网需求。另外，Wi-Fi的无线电波覆盖面广，半径超过300米。与蓝牙半径（约15米）相比，差距显然是巨大的。此外，吸引用户的是投资是经济的。一旦用户数量增加，只需添加AP，无需重新布线。因此，与有线网络相比，可以节省大量的网络建设成本。更重要的是，信号以37.5 Mbit / s的速度快速传输，可以满足绝大多数个人和社会对信息的需求。只要用户的无线互联网接入设备位于“热点”所覆盖的区域，他们就可以轻松访问互联网。总之，WIFI由于其健康，安全，高速，经济的优势而得到越来越广泛的应用。

图书搜索与管理系统的核心技术

我们的系统使用RFID技术来识别目标并阅读信息。我们使用Arduino Uno设计并实现了WIFI-RFID阅读器，它可以将阅读信息传输到服务器，并通过无线WIFI修改数据库中的相应数据。服务器端与移动客户端之间的数据交换也通过WIFI实现，从而实现图书搜索或图书管理等功能。WIFI-RFID硬件电路原理图和物理图的设计如图1和图2所示：

图1 示意图的设计

图2 WiFi-RFID硬件电路物理图

图书搜索管理系统的功能设计

4.1具有路径可视化的图书搜索功能模块

首先，根据每个图书馆的情况，RFID阅读器应放置在一定的距离内。也就是说，每个RFID阅读器都会显示书籍的范围。最准确的情况是每个书架都放置了RFID阅读器。

如图3所示，图书搜索功能图。当查询者要查找书籍时，应在相关软件中输入他们想要在终端设备中找到的书籍的标题，电话号码或其他信息等信息。信息可以通过WIFI发送到系统服务器。系统服务器在处理后会将反馈信息发送给客户端设备。然后，可以在查询终端设备上显示查询图书的相关信息，例如图书的名称，作者，发表日期，新闻，电话号码和其他基本信息）。此外，还可以显示指示书籍位置的高频无源RFID读取器的位置信息。并且该应用可以生成路线指南图片，使其更直观地了解如何获取图书（图4，图5是基于Android平台的应用程序生成的路线指南图片）。查询者可以方便地根据路线指导图找到RFID阅读器指示的书架。然后他所需要做的就是在相关书架上找到想要的书。

当搜索者决定将书放入书架或从书架上移除书时，他所要做的就是让书触及与书架相关的RFID阅读器（基于RFID电子标签的非接触特征）。然后，高频无源RFID阅读器将立即将附在书上的RFID电子标签中存储的信息反馈给系统服务器。根据反馈信息，系统服务器将尽快修改存储在数据库中的图书位置信息。在此基础上，其他查询者可以及时找到实时图书位置信息。

因此，借助RFID技术和WIFI技术，在WIFI的覆盖下，用户不仅可以随时随地查询所需图书的确切位置信息，而且可以根据路线图快速找到图书准确地。该系统解决了由于书架上书架放错位置或不清楚而导致图书浪费太多时间和精力的问题。此外，它弥补了现有系统无法提供准确的图书视觉定位的缺陷。这无疑可以大大提高借款人和管理层的搜索效率。

图3 图书检索功能图

图4 基于Android平台的应用程序生成的路线指南图片

图5 基于Android平台的应用程序生成的路线指南图片

4.2自助借书借阅和归还功能模块

如果读者需要借阅本书，可以通过RFID自助借书还书系统实现。首先，需要扫描图书证来确定借款人的身份。然后，使用装载在自助借用和返回平台上的RFID阅读器读取附在书上的RFID电子标签中的书籍信息。同时将借款人的姓名，书名，贷款日期等相关信息输入到系统中，从而迅速实现自借功能。

同时，RFID检测门应设置在图书馆入口旁边，以检查读者取出的书籍信息是否已被修改。否则，门会发出警告信息，禁止读者取出书籍。

当书籍退回时，管理员使用RFID阅读器获取书籍信息，以检查书籍是否逾期，并确认借来的书籍数据是否与存储在RFID标签中的数据相同。如果在这个过程中出现任何问题，系统将进入相应的处理模块来解决问题。相反，管理员会根据放置书籍的信息将书放在正确的书架上。

4.3书籍分类功能模块

借助RFID技术，智能分拣功能的目的是收集图书馆的位置，分布，位置和基本数据等图书信息，进而大大提高图书馆工作效率。

管理员使用配备RFID阅读器的手持设备轮流扫描书籍。系统可以将每本图书的应有位置和实际位置信息反馈给手持设备，从而可以快速实现图书的归属和排列。

此外，由于可以立即向服务器反馈有关图书借阅和退货的信息，因此管理员可以直接查找服务器数据库以获取确切的实时图书信息，从而可以完成图书清单工作及时而准确地。

图书分拣功能示意图如图6所示。

图6 图书分拣功能示意图

五 功能

标签通常由能够发送RFID信号的芯片和天线组成，并且每个标签都具有其独特的电子代码。标记用于附加或嵌入到对象中，以用目标的相关信息标记目标。

阅读器可以通过控制RF模块向RFID标签发送和接收识别信号。高频无源RFID阅读器配备WIFI模块进行数据通讯，并将相关消息发送给要管理的服务器。

系统服务器内部具有图书信息数据库，可以与RFID阅读器，自助借阅平台，CPE（客户端设备）及其他相关设备通过WIFI交互信息进行交互和管理。

自助借贷系统是一套扫描，识别和管理借阅和退回服务的设备系统，有助于读者和员工自助借阅和管理流通资料。触摸显示屏连接到系统，提供易于操作的人机通讯界面。显示屏可以通过公共许可证或串行端口连接到使用系统。

便携式CPE可分为安装在图书馆（如手机，PAD）中的WIFI可访问移动设备和供图书馆员工使用的移动设备。

无论何时何地，手机或带有客户端软件的PAD都可以在无线上网的地方进行搜索，搜索者可以访问图书馆服务器获取所需信息。

处理设备被分配有提供容易处理的人机通信接口的屏幕。图书馆工作人员可以使用处理设备扫描书籍，了解RFID芯片和系统中记录的相关信息，并高效，准确地检查书籍。

5.1 RFID检测门

RFID检测门装有高频RFID信号阅读器和报警设备。高频率的RFID信号阅读器可以检查读者携带的书本上的RFID芯片，识别信息并将其发送到服务器。如果没有关于书籍的借阅记录可以匹配，则会触发警报，这可以避免图书高效丢失。

5.2系统功能理论

该系统由HF无源RFID电子书标签，HF无源RFID阅读器，WIFI网络，系统服务器和客户设备（包括自助借用和退货系统，CPE等）的书籍组成。HF无源RFID电子书标签贴在每一本书籍的录音名称，作者，出版日期，电话号码和其他相关信息上，并将录制的数据发送给RFID阅读器; 附在每层或书架箱上的HF无源阅读器可以读取通过RFID电子标签发送的信息，并通过WIFI将读取的信息和书架位置传递给系统服务器; 系统服务器，RFID阅读器和终端设备应处于同一个WIFI网络范围内，一旦接收到RFID阅读器数据，服务器中的借阅记录和书籍位置信息即可立即更新，所提到的带有图书搜索软件的阅读器手机可以在搜索时显示图书的基本信息和位置，并可通过绘图功能为书籍位置提供清晰的路径引导图。

上述自助借阅平台和图书馆员工处理设备既可以通过网络读取图书信息的数据，又可以将信息发回服务器，及时更新图书借阅或返还状态，以保证图书的准确性、搜索结果。

图7 借阅功能理论流程图

图8 图书检索流程与管理功能理论

1. 结论

这种基于RFID和WIFI技术的智能图书搜索管理系统突破了传统的固定终端查询模式。它解决了现有条码技术目前无法精确提供书籍位置，无法显示简洁的路线指引图片的问题。查询者不仅可以随时随地查询他们想要的书的确切位置信息，而且可以及时准确地根据明确的路线指引图找到该书。这种智能图书搜索系统解决了寻找书籍浪费太多时间和精力造成的问题，这些书籍在书架上放错了位置或不明确。此外，它可以大大缩小图书搜索范围，提高读者查找图书的速度。除了，在图书馆管理方面，RFID技术弥补了条码技术在图书馆应用中的不足。它实现了一个智能图书馆自动化系统。与条形码技术相比，它的优势主要体现在以下几个方面：在RFID的支持下，实现读者自助借书归还，高效管理和分类图书。而且找到错位的东西没有问题。同时，由于RFID是一种非接触式技术，它具有可以多次读写的优点，读取距离长，可以进行动态实时通信等。随着RFID技术的大规模应用，我们坚信，读者的阅读兴趣将大大提高，现代图书馆管理系统将向自动化信息处理和管理时代迈进。RFID技术将成为未来图书馆管理实现现代化和智能化的必然选择。

致谢

本研究由国家自然科学基金（No.61572260，No.61373017，No.61572261），江苏省科技支撑项目（BE2015702），江苏省自然科学基金资助项目（批准号：BK20140886，BK20140888），中国博士后科学基金（批准号：2014M561696，2014M551636），江苏省高等学校自然科学基金（批准号：14KJB520030），江苏省博士后科研项目（江苏省高校无线传感器网络重点实验室项目（WSNLBZY201509），江苏省研究生科研创新项目（SJLX15_0381，SJLX16_0621），NUPT STITP（XYB2015167）项目）和NUPTSF（项目编号：1401005B，批准号NY213034，编号NY214060和编号NY214061）。

参考文献

1. Chu J. Applications of RFID Technology [Book/Software Reviews][J]. IEEE Microwave Magazine,. 2015, 16(6): 64-65.
2. Shigeaki Sakurai, Prediction of sales volume based on the RFID data collected from apparel shops, International Journal of Space-Based and Situated Computing (IJSSC), Vol. 1, No. 2/3, 2011.
3. Motoi Yamagiwa, Makoto Murakami, Minoru Uehara, Sensing, collecting, and discovering the home environment information for ecological lifestyle, International Journal of Space-Based and Situated Computing (IJ

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