郭瑩瑩，李浩明，方思特，鄭圳金，吳步城，汪華斌

（惠州學(xué)院信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，惠州516007）

基于ARM的圖書(shū)借還分揀系統(tǒng)

郭瑩瑩，李浩明，方思特，鄭圳金，吳步城，汪華斌

（惠州學(xué)院信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，惠州516007）

隨著書(shū)籍?dāng)?shù)量和種類(lèi)不斷增加，對(duì)圖書(shū)館的書(shū)籍分類(lèi)的精確度和借還效率的要求也越來(lái)越高，人工分揀方式已逐漸呈現(xiàn)出不足，開(kāi)發(fā)一個(gè)自動(dòng)書(shū)籍分揀系統(tǒng)就顯得相當(dāng)必要。系統(tǒng)采用射頻標(biāo)簽和二維碼對(duì)書(shū)籍進(jìn)行標(biāo)識(shí)，一方面，讀卡器對(duì)附著于書(shū)中的射頻標(biāo)簽的信息進(jìn)行讀取，同時(shí)把讀取的值通過(guò)ARM主機(jī)傳至后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并把處理后的結(jié)果傳回ARM主機(jī)使其做出與處理結(jié)果相對(duì)應(yīng)的分揀動(dòng)作；另一方面，移動(dòng)端App可以通過(guò)掃描二維碼的方式檢索到相對(duì)于的書(shū)籍，并可對(duì)此進(jìn)行借閱等功能。

0 引言

目前各高校的圖書(shū)館在借書(shū)方面一般采用借書(shū)機(jī)自助掃描條形碼的借閱方式，在書(shū)籍分揀方面主要通過(guò)將歸還的圖書(shū)以人工分揀的方式進(jìn)行分揀歸類(lèi)，再整理上架的方式。

一方面，隨著二維碼和智能手機(jī)的普及，借閱者對(duì)借閱的方式在方便性上更是提出需求。另一方面，分揀工作是圖書(shū)館對(duì)書(shū)籍整理的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，分揀的速度和質(zhì)量關(guān)系到圖書(shū)館對(duì)書(shū)籍進(jìn)行歸架的效率以及借閱的準(zhǔn)確性。遇到借閱、還書(shū)的高峰期時(shí)，如何及時(shí)以及準(zhǔn)確地將圖書(shū)分揀上架并提供借閱，如何避免圖書(shū)堆放和借書(shū)機(jī)旁人流的擁擠，對(duì)圖書(shū)館的工作人員提出了挑戰(zhàn)。

因此，須采用一種適合操作人員習(xí)慣又能提高效率的運(yùn)作方式，本文所述就是針對(duì)這一情況而設(shè)計(jì)的圖書(shū)借還分揀系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

圖1所示為圖書(shū)借還分揀系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由控制模塊、射頻信息采集模塊、服務(wù)端數(shù)據(jù)處理和移動(dòng)端信息查詢(xún)模塊等模塊組成。主控芯片由基于ARM920T下的S3C2410，RFID射頻讀卡模塊為HF14443。

圖1 系統(tǒng)流程圖

1.1 硬件設(shè)計(jì)方案分析

（1）ARM和RFID的選擇

在本設(shè)計(jì)中采用了型號(hào)為S3C2410的ARM主機(jī)和型號(hào)為HF14443的RFID射頻識(shí)別模塊。

（2）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器遠(yuǎn)程服務(wù)器采用Java網(wǎng)絡(luò)通訊編程，運(yùn)用連接池及裝飾設(shè)計(jì)模式、單例設(shè)計(jì)模式、工作池等理念形成了一個(gè)可無(wú)限擴(kuò)展的服務(wù)端程序系統(tǒng)。通過(guò)物理基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)與TCP/IP協(xié)議，以及因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與ARM主機(jī)進(jìn)行通信，通過(guò)Wi-Fi、GPRS與移動(dòng)端進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，并實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)。

（3）RFID射頻識(shí)別模塊實(shí)現(xiàn)分析

目前物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要是無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)、傳感器技術(shù)、智能技術(shù)、納米技術(shù)，在圖書(shū)館的應(yīng)用以無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）應(yīng)用為主［1-3］。當(dāng)前應(yīng)用于圖書(shū)館的RFID技術(shù)主要有兩種，一種是高頻（HF）技術(shù)，另一種是超高頻（UHF）技術(shù)，高頻和超高頻RFID由于空中接口射頻信號(hào)的禍合類(lèi)型不同，決定了它們不同的物理特性，兩種頻率的RFID在圖書(shū)館的應(yīng)用也各有優(yōu)缺點(diǎn)［4-5］。在本系統(tǒng)中應(yīng)用的是高頻技術(shù)，并沒(méi)有采用超高頻（UHF）技術(shù)，原因是超高頻具有跳頻特性，對(duì)電子標(biāo)簽的讀取距離難以掌控，可能會(huì)把周?chē)渌x者的圖書(shū)也讀取進(jìn)來(lái)［6］，對(duì)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)分類(lèi)的過(guò)程中造成一些影響。系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，ARM板給RFID讀卡器發(fā)送指令讓其開(kāi)始工作，當(dāng)貼有RFID標(biāo)簽的書(shū)籍進(jìn)入RFID讀卡器的接收頻率范圍內(nèi)，RFID讀卡器發(fā)出射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽），讀卡器讀取信息并解碼后，把信息送至中央信息系統(tǒng)即ARM主機(jī)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)主要包括電子標(biāo)簽、閱讀器、天線以及應(yīng)用軟件四部分。RFID的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 RFID體系結(jié)構(gòu)

（4）硬件模塊之間的數(shù)據(jù)通訊實(shí)現(xiàn)分析

系統(tǒng)控制分揀機(jī)制由ARM主機(jī)、RFID讀卡器、繼電器和氣缸推桿組成。通過(guò)RFID讀卡器對(duì)貼有RFID卡的書(shū)籍進(jìn)行卡號(hào)讀取，并通過(guò)RS-232串口線把數(shù)據(jù)傳送到ARM主機(jī)。ARM將數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)傳給服務(wù)器，服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫(kù)連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，把書(shū)的類(lèi)型通過(guò)因特網(wǎng)傳回給ARM主機(jī)，ARM主機(jī)再根據(jù)服務(wù)器傳來(lái)的書(shū)籍類(lèi)型對(duì)相應(yīng)的I/O口進(jìn)行控制，相應(yīng)的繼電器和氣缸也開(kāi)始工作，從而實(shí)現(xiàn)分類(lèi)的目的。

1.2 軟件設(shè)計(jì)方案分析

（1）ARM應(yīng)用程序流程圖

ARM上運(yùn)行的分揀應(yīng)用程序分為3大模塊，分別為射頻讀卡模塊、連接服務(wù)器模塊和分揀控制模塊。射頻讀卡模塊中，使用串口對(duì)讀卡模塊進(jìn)行初始化操作，并設(shè)置存放讀出的標(biāo)簽數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；連接服務(wù)器模塊，使用套接口實(shí)現(xiàn)終端與服務(wù)器之間的連接，以及數(shù)據(jù)傳至服務(wù)器和接受來(lái)自服務(wù)器處理后數(shù)據(jù)的功能，同時(shí)把數(shù)據(jù)存放于ARM上定義的緩沖區(qū)；在分揀控制模塊上，底層運(yùn)行I/O初始化的驅(qū)動(dòng)程序［7-8］，依據(jù)從服務(wù)器傳來(lái)的操控指令進(jìn)行對(duì)應(yīng)控制動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)控制目的。查詢(xún)流程圖如圖3：

圖3 ARM應(yīng)用程序流程圖

（2）移動(dòng)端App

本系統(tǒng)使用移動(dòng)端Android App來(lái)實(shí)現(xiàn)二維碼掃描借書(shū)的功能，滿(mǎn)足對(duì)書(shū)籍借閱情況查詢(xún)和快捷借閱書(shū)籍的需求。根據(jù)圖書(shū)館需求分析，在移動(dòng)應(yīng)用端設(shè)計(jì)了兩種類(lèi)型的用戶(hù)，分別針對(duì)學(xué)生和圖書(shū)館管理員。移動(dòng)端層次圖如圖4所示：

圖4 移動(dòng)端App層次圖

2 測(cè)試

2.1 ARM+RFID讀卡還書(shū)測(cè)試

ARM端測(cè)試通過(guò)用串口1與PC相連接，利用minicom串口調(diào)試助手（軟件）對(duì)ARM數(shù)據(jù)處理進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；通過(guò)串口2與RFID模塊連接進(jìn)行RFID卡號(hào)讀?。煌ㄟ^(guò)網(wǎng)口把卡號(hào)發(fā)送至服務(wù)器，然后服務(wù)器處理返回卡號(hào)所對(duì)應(yīng)的書(shū)籍類(lèi)型。

（1）ARM主機(jī)的串口2連接RFID模塊，以太網(wǎng)端口連接網(wǎng)絡(luò)

開(kāi)啟服務(wù)器，主串口連接調(diào)試控制機(jī)，副串口連接射頻模塊，控制ARM主機(jī)執(zhí)行軟件，系統(tǒng)正常啟動(dòng)運(yùn)行。如圖5所示。

圖5 圖書(shū)分揀系統(tǒng)硬件測(cè)試連接圖

（2）把RFID卡放在RFID射頻識(shí)別讀卡器上，進(jìn)行還書(shū)測(cè)試，服務(wù)器收到卡號(hào)并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理，如圖6所示。

圖6 服務(wù)器獲取測(cè)試圖

（3）ARM主機(jī)收到服務(wù)器發(fā)來(lái)的書(shū)籍類(lèi)型

RFID射頻識(shí)別模塊讀取到5個(gè)字節(jié)的卡號(hào)，作為書(shū)籍的唯一標(biāo)識(shí)，通過(guò)ARM的以太網(wǎng)口傳至后臺(tái)服務(wù)器，服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后返回書(shū)籍的類(lèi)型，也就是圖8所示的LS（代表文學(xué)類(lèi)）、CS（代表計(jì)算機(jī)類(lèi)）和NO（代表還沒(méi)被借的情況），根據(jù)返回的書(shū)籍類(lèi)型，相應(yīng)的氣缸進(jìn)行工作。如圖7所示。

圖7 ARM獲取測(cè)試圖

2.2 移動(dòng)App測(cè)試

（1）進(jìn)入App注冊(cè)、登錄界面和用戶(hù)界面，如圖8所示。

圖8 用戶(hù)登錄圖

（2）掃碼借書(shū)測(cè)試

選擇“借閱情況”功能，顯示出當(dāng)前圖書(shū)借閱情況（未借）。退出當(dāng)前界面，選擇“圖書(shū)借閱”功能對(duì)書(shū)籍上的二維碼標(biāo)識(shí)進(jìn)行掃描，獲取書(shū)籍相關(guān)信息，通過(guò)點(diǎn)擊借書(shū)按鈕完成書(shū)籍借閱，再次選擇“借閱情況”功能，則可顯示最新的借閱情況。如圖9所示。

圖9 掃碼借書(shū)流程圖

（3）還書(shū)后的借閱情況，如圖10所示。

圖10 還書(shū)成功測(cè)試圖

3 結(jié)語(yǔ)

該圖書(shū)借還分揀系統(tǒng)利用ARM、RFID射頻識(shí)別技術(shù)與移動(dòng)設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)組合實(shí)現(xiàn)智能書(shū)籍分揀和移動(dòng)端借閱功能。主要涉及了微處理器、Android App、服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)、射頻識(shí)別等技術(shù)；應(yīng)用RFID非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和ARM架構(gòu)處理器，改變了傳統(tǒng)的使用手持式條形碼掃描器和人工掃描書(shū)籍條形碼的方式。實(shí)現(xiàn)對(duì)圖書(shū)的類(lèi)別進(jìn)行分揀以及移動(dòng)端掃描二維碼借書(shū)，對(duì)異常情況進(jìn)行處理并以蜂鳴器報(bào)警的形式提示用戶(hù)。

相較于傳統(tǒng)的方式，在用戶(hù)體驗(yàn)度上，改進(jìn)了人力物力要求高，效率不佳，服務(wù)不足，實(shí)時(shí)性差，且無(wú)法給讀者提供借還狀況信息的實(shí)時(shí)了解等缺陷；減輕圖書(shū)館工作人員的工作量，提高工作效率和分揀準(zhǔn)確性，同時(shí)也方便了圖書(shū)借閱人員借還書(shū)籍。

[1]陳志輝，王穎純，劉燕權(quán).基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的圖書(shū)館RFID技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的研究［J］.情報(bào)雜志，2015：196-201.

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The System of Book Borrowing and Picking Based on ARM

GUO Ying-ying，LI Hao-ming，F(xiàn)ANG Si-te，ZHENG Zhen-jin，WU Bu-cheng，WANG Hua-bin
（School of Information Science and Technology，Huizhou University，Huizhou 516007）

With the ever increase of books'quantities and types，it is required higher and higher standards for precision of book categories and effi?ciency of book borrowing and returning in libraries.It is necessary to deliver a system of book automatically sorting because manual sort?ing has been showing its shortage.Systems use RFID and QR codes to identify.On one hand，card readers read information from RFID Tag on books.At the same time，the values from RFID Tag，will be sent from ARM host into backend server for data processing.And then，send the results to ARM host，which makes the book sorting's action correspond to the results.On the other hand，mobile App can retrieve the corresponding books by scanning QR codes，and has borrowing and other functions.

圖書(shū)分揀；ARM；射頻技術(shù)；二維碼

廣東省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（No.201610577047）

1007-1423（2017）28-0068-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.28.018

郭瑩瑩（1996-），女，廣東惠州人，在讀本科，研究方向Android移動(dòng)開(kāi)發(fā)

李浩明（1995-），男，廣東省潮州人，在讀本科，研究方向?yàn)榍度胧介_(kāi)發(fā)

方思特（1994-），男，廣東揭陽(yáng)人，在讀本科，研究方向?yàn)榍度胧?/p>

鄭圳金（1994-），男，廣東汕頭人，在讀本科，研究方向?yàn)榍度胧介_(kāi)發(fā)

吳步城（1994-），男，廣東惠州人，在讀本科，研究方向?yàn)锳ndroid移動(dòng)開(kāi)發(fā)

汪華斌（1978-），男，江西省婺源人，碩士，副教授，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，Email：whuab@163.com

2017-07-13

2017-09-10

Books Sorting;ARM;Radio Frequency Technology;QR Codes