基于RFID 技术的图书馆图书借阅与防盗系统设计解决方案

2014-01-03杨春玲

电子测试 2014年7期

杨春玲

（商丘市医学高等专科学校图书馆，河南商丘，476100）

0 引言

众所周知，现在大多数的图书馆图书借阅和安防依赖于条形码技术以及图书磁条。然而两种技术却有不少的弊端，条形码和磁条工作寿命有限，极易因为受到外部污染而导致失效。工作效率低，劳动强度大，可靠性不高也是这两种技术的通病。因此在建立新的数字化图书馆的过程中，应当寻求更好的借阅和安防技术来替代这些制约图书馆自动化建设的因素。

RFID 是射频识别的缩写，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象，可快速地进行物品追踪和数据交换。识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。是传统条码技术的继承者，又称为“电子标签”。凭借RFID 出色的性能，目前技术应用很广，如：图书馆，门禁系统，食品安全溯源等。因此我提出了基于RFID 技术的图书馆图书借阅与安防系统设计解决方案。

1 RFID 系统组成

RFID 系统在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应用环境，RFID 系统的组成会有所不同，但从RFID 系统的工作原理来看，系统一般都由信号发射机、信号接收机、发射接收天线几部分组成。

信号发射机在RFID 系统中，信号发射机为了不同的应用目的，会以不同的形式存在，典型的形式是标签（TAG）。标签相当于条码技术中的条码符号，用来存储需要识别传输的信息，另外，与条码不同的是，标签必须能够自动或在外力的作用下，把存储的信息主动发射出去。标签一般是带有线圈、天线、存储器与控制系统的低电集成电路。

信号接收机在RFID 系统中，信号接收机一般叫做阅读器。根据支持的标签类型不同与完成的功能不同，阅读器的复杂程度是显著不同的。阅读器基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径。另外，阅读器还提供相当复杂的信号状态控制、奇偶错误校验与更正功能等。标签中除了存储需要传输的信息外，还必须含有一定的附加信息，如错误校验信息等。识别数据信息和附加信息按照一定的结构编制在一起，并按照特定的顺序向外发送。阅读器通过接收到的附加信息来控制数据流的发送。一旦到达阅读器的信息被正确的接收和译解后，阅读器通过特定的算法决定是否需要发射机对发送的信号重发一次，或者知道发射器停止发信号，这就是“命令响应协议”。使用这种协议，即便在很短的时间、很小的空间阅读多个标签，也可以有效地防止“欺骗问题”的产生。

天线是标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。在实际应用中，除了系统功率，天线的形状和相对位置也会影响数据的发射和接收。

2 系统在馆内的组成部分

标签（Tag）：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在图书上标识目标对象；

阅读器（Reader）：读取（有时还可以写入）图书上的标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；

天线（Antenna）：分布在馆内，在标签和读取器间传递射频信号。

3 工作原理

RFID 技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现的无接触式信息传递并通过所传递的信息达到自动识别的技术。工作原理：当标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品或者主动发送某一频率的信号，在阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

4 结构设计及工作过程

结构设计考虑到图书馆内的人员可能经过的房间中有多样性和复杂性，所以需安装若干个阅读器，并且将它们通过通信线路与监控中心的计算机进行数据交换。同时在图书馆的每一本图书中安置一个电子标签来取代条形码以及磁条，对其进行监控和定位。具体的从图1 可以看出，在RFID 系统的工作过程中，始终以能量为基础，通过一定的时序方式来实现数据的交换。阅读器向电子标签提供工作能量。当电子标签进入射频识别场时，阅读器发射出的射频波激活标签电路，相互作用，完成数据的交换。对于多标签同时识读来讲，可以采用阅读器先发的形式，也可以是标签先发的形式。为了实现多标签无冲突同时识读，阅读器先对一批标签发出隔离命令，使得阅读器识读范围内的多个电子标签被隔离，最后只保留一个标签处于活动状态与阅读器建立无冲突的通信联系。对于任何一只电子标签来讲，都具有唯一的ID 号，在大多数应用场合，是通过运用后台数据库来支持标签的数据属性的。阅读器与应用系统之间的接口由开发工具调用的标准函数来表示。功能大致包含以下方面：应用系统根据需要向阅读器发出配置命令和其他指令；阅读器向应用系统返回其当前的配置状态和各种指令的执行结果。

5 系统可行性论证

5.1 图书馆借阅与防盗技术现状

目前图书馆门禁系统的主要职能是安全防范。为了给图书馆创造一个安全的安防环境，就需要有一个高标准、智能化的安防系统，现在大部分图书馆仍然采用的是图书磁条的技术，这种方式不安全因素也得不到很好的控制。而借阅系统则是更加落后的条形码技术，工作量大，并且手续繁琐。而通过在图书馆关键位置放置RFID 技术的仪器，不仅能很好的监控图书的位置，做到对图书的时刻监控，做到防盗，还能精简图书借阅系统。

5.2 RFID 技术实际应用

RFID 技术相比条形码技术优点可见。兴起于90 年代的这项技术，经过长时间的发展，已趋向成熟，而它展现的优良性能也为众多领域所认可。并且本文所论述的这套系统在西方图书馆中早已有所应用。新加坡图书馆凭借RFID 技术，借阅率增长了30 倍，每年节省了2800 万美元的开销和2000 名工作人员的人力成本。因此将该技术在图书馆借阅和防盗系统中应用的方案是可行的。

6 RFID 技术在系统中应用的问题

RFID 技术作为一种新兴的技术，在实际应用中仍然存在较多的问题。主要体现在前期投入成本高，需要购置相应的器材，购买电子标签来替代条形码和图书磁条。并且新系统需要对馆员操作培训，前期也要投入相应的教学力量。由于系统的自主性的提高，也使得读者与馆员的交流减少，读者与图书馆的互相了解的机会减少。这些问题都是系统需要改进的地方。

7 功能设计

RFID 技术在人员定位管理方面实现的基本功能包括：

1）图书数据有效的记录。我校的图书馆已经多年未进行有效的图书数据盘点，这其中最主要的原因就是受传统的管理模式、时间、人力、物力等硬件条件制约。在进行图书数据盘点时必须闭馆，并且需要馆员对馆内的所有图书逐一扫描清点并录入数据。这样的方法不仅工作量大，并且耗时、耗力、耗财。而利用RFID 技术，只要将手持的阅读器在书架上扫描一遍，就可以获知图书的信息。整个过程无须闭馆，随时可以进行。可轻易寻找及分辨在书架的上书籍，在不耽误正常工作的同时，就能顺利的完成图书信息的统计工作，也能大大的减少工作失误。在统计的过程中，收集的相关记录可传回数据库中，建立相关报表。此外，还支持多台设备同时扫描，并支持笔记本盘点。

2）图书相关信息快速查询。可查询书籍相关设定信息，馆藏书目数据、借阅数据及图书当前所在位置。提供书目转文件接口，可将书目数据转入本系统。通过对图书位置、分布、流通及流向管理，加强了图书的分类，定位和数据采集，有助于图书馆了解读者需求，提高工作效率，将馆员从传统的管理中，转向为读者服务或进行其它增值服务。3 图书流通的智能化管理

3）自主借书系统。相比条形码读写，RFID 电子标签的阅读器，无需可见光源，具有穿透性，可通过外部的遮挡物体直接读取信息，并且能处理多个标签。利用RFID 特殊的工作原理和RFID 电子标签都拥有着唯一的ID 可完成自主系统的设计。新的借书系统无须读者排队等候，也可不经过图书馆员的帮助，只需将自己的借书证件和需借阅的图书放在借阅设备的感应区上便可以借书.同时借阅设备将图书借阅信息传回系统后台，并解除电子标签的安全侦测位元，使图书能顺利通过检测门，完成自主的借书流程。

4）自主还书系统。与自主借书系统相似，具有简单操作，人性化服务。将自己的借书证件和归还的图书放在借阅还书设备的感应区上，借助识别和扫描处理，将图书归还信息传回系统后台。同时启动图书标签中的安全侦测位元，使图书经过安全门时能够触动报警装置。完成自主还书流程。

5）图书分类系统。利用电子标签能储存大量信息的特点，可以在图书电子标签中添加可显示图书所属架位、类别、馆藏地点等信息，从而减少分类时间，提高归架时间和效率，减少错架。馆员从而能更便捷的完成图书摆放。

6）图书防盗系统。在图书电子标签工作中，当标签进入射频识别场时，阅读器便能发射射频波激活标签电路，相互作用，获取图书位置信息。因此当馆内在必要的位置布置了阅读器和天线，就能做到图书防盗。正如杰弗逊图书馆的Philips所说，如果有人试图避开警报偷取图书或其它媒体资料。图书馆仍然可追踪图书，从而将其归放原处。