付 敏，李 怡，馮永亮

（西安文理學(xué)院 信息工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

0 引 言

目前，高校圖書館中師生借閱圖書時(shí)雖然可通過(guò)學(xué)校配置的圖書查詢軟件系統(tǒng)查找書籍信息，系統(tǒng)會(huì)顯示圖書館是否存在該書以及書籍館藏所在位置，如樓層及具體書架；但是，讀者仍須在若干個(gè)書架中按照書架編號(hào)尋找，之后再?gòu)捏w積較大的書架中逐層查找所需圖書，這需要花費(fèi)讀者較長(zhǎng)的時(shí)間。已有學(xué)者提出了智能書架的解決方案，可借助無(wú)線射頻（Radio Frequency Identification, RFID）技術(shù)進(jìn)行書架定位，然而該定位僅可定位到書架且無(wú)法彈出書籍。鑒于此，本文借助RFID，設(shè)計(jì)了一款具有書籍查詢、快速定位及彈出等功能的智能書架，可大大節(jié)約人們查找書籍的寶貴時(shí)間。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框架

本文設(shè)計(jì)的基于RFID射頻標(biāo)簽的智能書架系統(tǒng)主要由書籍信息管理模塊、主控模塊、書籍彈出模塊這三部分組成，如圖1所示。書籍信息管理模塊主要用于進(jìn)行人機(jī)交互，當(dāng)用戶輸入書籍名稱后，若書籍存在，則顯示書籍基本信息及所在書架的位置信息；若用戶想進(jìn)一步獲取該圖書，則確認(rèn)彈出指令，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)電機(jī)運(yùn)行彈出用戶所需書籍；若未查找到用戶所需書籍，則系統(tǒng)提示查無(wú)此書的信息。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

本文設(shè)計(jì)的智能書架系統(tǒng)的硬件主要由RFID讀寫器模塊和電機(jī)模塊組成。

2.1 RFID讀寫器模塊

RFID讀寫器模塊主要由貼紙式RFID標(biāo)簽和RFID讀寫器組成，貼紙式RFID標(biāo)簽由面層、芯片與天線電路層、膠層與底層組成。貼紙式RFID標(biāo)簽價(jià)格低廉，具有可粘貼功能，可以直接粘貼在書籍上。用戶每存放一本書時(shí)，會(huì)將書籍基本信息和在架位置信息存入書籍上粘貼的RFID標(biāo)簽里。對(duì)于RFID讀寫器，選擇的是JT-928R20000四通道讀寫器，可外接四個(gè)天線；全面支持ISO 18000-6C（EPC G2）協(xié)議；同時(shí)也可以支持RS 232、RS 485、TCP/IP、WiFi等數(shù)據(jù)接口；可滿足圖書館這一應(yīng)用場(chǎng)景，且性價(jià)比較高。當(dāng)用戶查詢書籍信息時(shí)，RFID讀寫器會(huì)掃描RFID標(biāo)簽，并且將識(shí)別到的書籍基本信息和在架位置信息傳送到主控模塊中。RFID讀寫器工作原理如圖2所示。

圖2 RFID讀寫器工作原理

2.2 伺服電機(jī)模塊

伺服電機(jī)模塊主要由STM32單片機(jī)的3個(gè)I/O口進(jìn)行輸出控制，當(dāng)單片機(jī)接收到主控模塊發(fā)出的彈出書籍指令時(shí)，將會(huì)啟動(dòng)電機(jī)并自動(dòng)彈出書籍。這里可選擇安川伺服電機(jī)SGD7S-R90A00A002，該電機(jī)適合各種環(huán)境，且動(dòng)作較為穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)榄h(huán)境震動(dòng)而影響其工作機(jī)制，可滿足高校圖書館書架的應(yīng)用。為了能將書籍彈出，書架每一層均裝有螺旋形的彈簧貨道，產(chǎn)品內(nèi)部也會(huì)安裝電動(dòng)馬達(dá)，通過(guò)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)彈簧、螺旋形的貨道原地轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將放在螺距空檔的書籍彈出來(lái)；在裝置最下端設(shè)置由電磁機(jī)構(gòu)控制的出書口，當(dāng)書籍被傳送到底部時(shí)，出書口在電磁機(jī)構(gòu)的控制下打開，從而將書籍從書架上送出來(lái)，完成書籍的自動(dòng)彈出功能。智能書架書籍自動(dòng)彈出硬件系統(tǒng)的工作流程如圖3所示。

圖3 智能書架書籍自動(dòng)彈出硬件系統(tǒng)的工作流程

3 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的智能書架書籍信息管理系統(tǒng)采用Java SSM框架、HTML5前端設(shè)計(jì)、MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)等方法，通過(guò)設(shè)計(jì)多個(gè)管理模塊實(shí)現(xiàn)圖書信息的輸入、存儲(chǔ)、刪除、顯示等功能。用戶在書籍信息管理系統(tǒng)輸入書名、點(diǎn)擊查詢，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（Date Base Management System, DBMS）將訪問數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，同時(shí)書架上安裝的RFID讀寫器可以追蹤書架上的書籍，而書上所貼RFID標(biāo)簽則可提供圖書的基本信息和所在書架的位置信息，從而篩選出符合條件的數(shù)據(jù)，以供用戶查詢和使用。智能書架的軟件系統(tǒng)主要由書籍信息管理模塊、信息查詢模塊和定位模塊組成。

3.1 書籍信息管理模塊

用戶將書籍的基本信息以及在架位置信息按照書籍信息管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)格式錄入。當(dāng)用戶查詢圖書時(shí)，則通過(guò)DBMS訪問數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。這里可使用MySQL編寫實(shí)現(xiàn)圖書信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.2 信息查詢模塊

用戶查詢書籍時(shí)，可以在書籍信息管理系統(tǒng)中輸入自己所需書籍的基本信息進(jìn)行查詢，點(diǎn)擊查詢后DBMS將會(huì)訪問數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，從而篩選出符合條件的數(shù)據(jù)，以供用戶查詢和使用。

3.3 定位模塊

系統(tǒng)中圖書的定位主要通過(guò)高頻架天線來(lái)追蹤圖書上貼紙式RFID標(biāo)簽，通過(guò)圖書定位算法實(shí)現(xiàn)智能定位與管理。該定位系統(tǒng)借助貼紙式RFID標(biāo)簽、JT-928R20000四通道讀寫器將圖書的信息與檢索系統(tǒng)相連。當(dāng)圖書上粘貼的標(biāo)簽接收到讀寫器發(fā)射的射頻信號(hào)并識(shí)別后，它會(huì)被激活，此時(shí)標(biāo)簽內(nèi)部的天線就會(huì)將存儲(chǔ)在標(biāo)簽內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳至讀寫器，讀寫器接受并解碼和調(diào)解標(biāo)簽返回的射頻信號(hào)以獲取相應(yīng)編碼信息，最后將信息傳至?xí)畔⒐芾硐到y(tǒng)中。

4 系統(tǒng)主要功能及特點(diǎn)

4.1 自動(dòng)識(shí)別、快速清點(diǎn)

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)通過(guò)JT-928R20000四通道讀寫器、貼紙式RFID標(biāo)簽等設(shè)備，可以檢測(cè)和定位書本當(dāng)前在書架中的具體位置。每一本圖書上附著一個(gè)RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽內(nèi)包含圖書信息以及初始架位信息，當(dāng)閱讀器掃描后可讀取圖書標(biāo)簽，從而獲取書籍的位置信息，實(shí)現(xiàn)快速查找和定位。

4.2 書籍的自動(dòng)掉落

智能書架收到彈出書籍的指令后，電機(jī)的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)漩渦條（書籍軌道）360°旋轉(zhuǎn)，使書籍彈出。書籍彈出的過(guò)程中會(huì)經(jīng)過(guò)安裝在書架底部的紅外線掃描器，若檢測(cè)到書籍穿過(guò)紅外線，系統(tǒng)將會(huì)提示用戶書籍已經(jīng)彈出，這樣便完成了書籍的彈出。

5 系統(tǒng)測(cè)試與實(shí)現(xiàn)

與傳統(tǒng)書架相比，本文設(shè)計(jì)的基于RFID射頻標(biāo)簽的智能書架在書籍定位與獲取方面，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)書架，使用智能書架查詢書籍時(shí)用戶只需要輸入書名，若入庫(kù)了則該書籍可自動(dòng)彈出，從而減少了人工定位及獲取圖書的時(shí)間。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了基于RFID射頻標(biāo)簽的智能書架，主要基于貼紙式RFID標(biāo)簽、JT-928R20000四通道讀寫器、電機(jī)、STM32單片機(jī)等實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)查找書籍信息、定位及彈出書籍等功能，具有獲取書籍快速、高效的特點(diǎn)，特別適合于高校圖書館及藏書量很大的家庭使用，可節(jié)約人們獲取圖書的時(shí)間，從而提供更多的便捷。