基于RFID的智慧图书馆借阅系统的设计

石红姣

(商洛学院，图书馆,商洛 726000)

0 引言

随着当前物联网的不断发展，加强人与人、人与物等之间的信息沟通和交流，成为当前信息时代的一个重要标志，也使得当前社会朝着智能化、信息化的方向迈出了一大步。对此，在物联网逐步兴起的同时，智能图书馆开始逐步走入到了人们的视野，并成为物联网技术应用领域思考的重点，特别是RFID通信技术(又称为无线射频识别技术)，其作为物联网技术的一个重要组成部分，更是可对特定目标进行识别而被广泛的应用在门禁、食品安全等方面。结合传统图书馆借阅存在的问题，如何借助RFID技术提高图书馆借阅工作的效率，是智能化时代图书馆改革的一个重点。对此，席秀娟[1]、胡泰然[2]、张鹏勇[3]等结合自身实际工作，分别就智能图书馆建设的必要性，以及具体的实现方式等进行了分析和研究，为本文的研究提供了参考和借鉴。对此，在上述研究的基础上，本文则主要针对图书馆中的借阅环节，提出一种更加智能化和人性化的管理系统，并对其进行了详细的实现。

1 图书馆管理工作主要业务分析

结合图书馆的工作，在图书馆的管理过程中，主要包括以下的工作和流程，如图1所示。

在图1的具体业务中，读者主要对图书进行借阅，图书馆则主要负责对图书进行管理，并及时对图书进行采购和编目。而图1所示的部分业务中，是对这个图书工作的一个简单归纳，除上述的业务以外，还包括图书馆空间共享、图书自助服务等等业务。而构建一个智能化的图书馆管理系统，其主要的方式则是借助RFID等技术，更好的方便读者图书借阅，并提高图书馆管理的工作效率。同时借助部分智能推荐算法，为广大的读者推荐喜欢的书籍。

2 系统设计

2.1 系统整体设计思路与架构

结合上述的具体业务，同时依据图书馆管理的实际，本文将该智慧管理系统的设计分为两个部分：硬件和软件部分。其中，硬件部分主要包括对图书的扫描，以及上机位的设计；软件部分主要是为用户提供图书的智能推荐，同时完成与STM32主机的通信。由此，通过硬件和软件部分设计，完成对整个系统的搭建。为实现智慧图书馆管理系统，在对软件端整体架构的搭建上采用B/S模式。该模式主要通过浏览器作为用户交互的界面，然后通过与服务器之间的交互，进而完成其主要功能。与传统的C/S架构相比，B/S模式更具备优势，其特点在于可以省略客户端下载的苦恼，并且可适用于不同的终端人群。同时B/S模式还可以极大的减少开发者的开发成本，具体架构，如图2所示。

图1 图书馆借阅具体业务及流程

图2 B/S架构

通过图2看出，B/S模式将系统的大部分功能放在了服务器端，而客户端只需要点击浏览器即可完成与系统的交互。同时该模式更容易升级和维护。在当前软件升级速度加快的情况下，避免不了在一定时间内要求客户对客户端进行升级，而通过这种模式搭建的软件，只需要服务器端升级即可，进而大大节约了用户升级的时间。

2.2 系统硬件部分设计

1)整体架构方案

对智慧图书馆来讲，硬件部分是实现物与人信息交换的一个重要内容。通过硬件部分的搭建，完成基础书柜中书籍信息的采集。对此，在本文的设计中，硬件部分主要是由STM32主控芯片和主控程序构成。其中，硬件电路主要为书柜实时扫描，其主要的目的是通过扫描对书柜中的书进行及时统计。具体结构，如图3所示。

图3 硬件部分整体结构

2)系统硬件选型

在图2的硬件部分设计中，最为重要的是STM32主控芯片。本文则选择 STM32F103ZET6型号。该型号的工作频率可达到72MHz，同时在该芯片的最小系统单元中，包含着比较齐全的功能模块，如微控制器、复位电路、晶振电路等。如通过复位电路，可以让微控制器从工作状态恢复到程序上电之初的状态，而晶振电路主要提供脉冲时钟。STM32具体引脚图，如图4所示。

图4 STM32引脚图

3 系统实现

要完成上述的设计，实现具体的智慧图书馆管理功能，在该部分主要从硬件具体部署和软件驱动部门对系统进行实现。

3.1 硬件具体部署

根据图4的设计，将其具体的实物部署，为如图5所示。

3.2 硬件驱动实现

结合图3和图5，在实现部分中，主要完成以下几个工作：一是通过RFID完成对基础书本数据的采集，进而实时获取不同书柜数据的动态，包括书籍数量、具体位置等等；二是在借助RFID对数据采集或，通过HMI显示屏将信息显示，而主机则负责将信息进行整合，并把数据上传到后台数据库。因此，对该部分的实现过程中，主要包括从机STM32驱动程序、主机STM32驱动程序、后台程序3个部分。

图5 具体硬件布置

3.2.1 主程序设计

用户通过客户端登录，并通过数据库的判断，直接进入到不同的功能权限界面，具体流程,见图6所示。

图6 系统登录流程

3.2.2 STM32主机程序

根据图3的设计看出，主机程序不仅负责上传信息，同时还需要搜集从机STM32的信息。因此，将其主要程序设计,如图7所示。

图7 主机程序设计

通过上述的程序看出，在该部分程序中主要执行书籍查询，如某作者在借阅图书后，该书架书籍数量变更。由此通过主机程序完成对不同书架书籍数量变化情况的搜集。具体程序,如图8所示。

图8 书籍查询程序实现

3.3 从机STM32程序设计

对从机STM32程序来讲，主要完成对单个书柜信息的采集。因此，根据图2的整体架构，本文将其主程序设计,如图9所示。

图9 从机STM32程序设计

3.4 新书推荐模块

在本系统中，要体现其“智慧”，本文还借助遗传算法，构建一个新书推荐算法。具体实现流程为:首先在图书馆的新书集合中随机生成一个初始种群，即新书子集，然后以“读者兴趣”作为适应度，构建适应度函数，利用遗传算法中的交叉和变异操作，最终找到最优的个体，实现读者兴趣的推荐。具体实现流程如图10所示。

图10 新书推荐流程

3.5 开发环境部署及关键技术

对后台网页的开发中，本文采用 Java开发语言，开发工具则使用Eclipse3.7.2版本，数据库则依据图书馆使用情况，采用MySQL开源数据库。

3.5.1 Java语言

Java是有美国甲骨文公司开发的，是一种通用的跨平台语言。该开发语言的特点在于可一次编译多个不同的系统，并且不需要支付任何的费用，从而极大的节约本系统开发的成本。

3.5.2 Eclipse

该开发工具是一款语言编译器，也是Java开发中最为常见的开发集成工具。该工具的最大特点在于其可通过插件来实现编译器的功能，从而大大提高了对系统开发的效率。

3.5.3 My SQL

该数据库是常见的一款轻量级的数据块，是由瑞典的AB公司开发。在该数据库中拥有标准的sql语言，进而通过sql语句的方式，即可完成对数据的查询，具有速度快、体积小的特点。

4 系统实现界面

通过上述的设计，可以得到如图11和图12所示的图书界面。

图11 图书信息查询界面

图12 图书借阅信息界面

5 总结

通过上述的开发，实现了一款通过RFID标签采集的图书智能管理系统，而通过该系统，让广大的读者通过页面科技查询不同图书在书柜中的具体位置和借阅信息，以此更好的方便自己对不同图书的借阅，实现了图书馆管理的智能化，为当前计算机技术与图书馆管理工作的结合提供了新的参考。但是，在研究中，本文还需要对智能算法进行深入的研究，通过智能算法的引入，为广大的用户和读者提供更多个性化的图书推荐，这才能进一步的丰富本文的研究，提高其“智慧”。

参考文献

[1] 席秀娟. 智慧图书馆的构建之道——试论高校图书馆RFID技术应用新思路[J]. 四川省干部函授学院学报,2017(2):78-79+85.

[2] 胡泰然,曹鹏彬,陈绪兵. 基于RFID与XBEE的CIRCLE智慧图书馆的设计与开发[J]. 微型机与应用,2017,36(14):98-101.

[3] 张鹏勇. 面向RFID技术的智慧图书馆管理系统分析[J]. 天津商务职业学院学报,2017,5(4):82-85.

[4] 杨德胜. 融合KKS与RFID机房整体运维关键技术研究[J]. 微型电脑应用,2017,33(5):63-64.

[5] 张光南,刘鹏辉. 一种河流微型综合监测系统设计与实现[J]. 微型电脑应用,2016,32(8):27-29.

[6] 王志勃,史梦安,刁志刚. B/S模式下监控系统设计与实现[J]. 软件,2014,35(8):46-49.

[7] 姜日凡. 基于STM32单片机和GSM技术的门禁控制系统[J]. 大连工业大学学报,2015,34(2):141-143.

[8] 李万莉,项著廷. 基于B/S结构远程监测系统软件设计[J]. 计算机技术与发展,2015,25(3):15-18+22.

[9] 李大朋,曹国华,陈佶言. 基于STM32单片机驱动面阵CCD实时图像显示的研究[J]. 长春理工大学学报(自然科学版),2014,37(1):37-40.

[10] 王辉,王敬华,徐丙垠,等. 基于B/S架构的分布式电源并网监控系统设计[J]. 电力系统保护与控制,2016,44(14):160-165.

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[12] 李艳红,李自成,孙仕琪. 基于STM32单片机的金属物体探测定位器系统的设计与实现[J]. 仪表技术与传感器,2016(4):63-66.