基于Linux系统的错误位置图书定位系统

石挺星 孙道宗 郑灿塔 李泽鸿 林楚雅

摘  要 针对用户在还书时因归还位置不准确而导致后续借书的用户难以根据图书借阅系统提示的位置信息找到目标书籍的问题，利用CCD扫描仪实现对图书实时位置的精确识别和定位，搭建基于Linux内核的人机交互系统，引导图书管理员快速定位到存放位置存在偏差的书籍，解决因书籍实际位置和图书借阅系统提示位置不匹配而导致借阅效率低下问题。

关键词 图书定位系统;Linux系统;识别技术;图书定位

中图分类号：G250.71    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）04-0063-03

Abstract Based on Linux， the man-machine interface system is designed for the current problem of management and service in the public and private libraries that books are too many to be placed in the correct position by the readers， which leads to the later readers wrong book exploration instead of the correct one according to the traditional book lending system. CCD scanner used to get the book information， the real time positions of books and book information can be all accurately identified so that managers in the library can be better led to find the books in the wrong position， which is able to solve the problem of low efficiency， high cost caused by the tradi-tional management mode and the readers wrong exploration of booksthat could not be found according to the traditional book lending system.

Key words book positioning system; Linux system; recognition technology; book positioning

1 引言

國外对图书馆管理系统开展了大量研究，如Anita Gade和Yogesh Angal就图书馆管理机器人化，以便利用机械臂快速运输书籍，开展了图书馆管理机器人系统的研究[1]。我国也有许多学者对图书馆管理优化进行研究，如陈孝东[2]、

马巧梅[3]、彭美玲[4]等。其中，陈孝东提出的RFID管理系统，具有图书馆进出身份许可、优化图书借还程序以及查询图书位置等功能[2];马巧梅采用无线射频识别技术，结合微处理控制器的控制，实现自动借书还书的功能，以及安全门禁和图书管理的功能[3];彭美玲探讨了书库采取首书定位或强制定位方式给高校图书馆图书管理带来的效果，对图书倒架、搬迁后重新定位的方法及问题的解决给出建议和方法[4];还有学者基于RFID的高校图书馆管理系统的设计进行硬件和软件环境的构建[5]。他们都针对不同方面对图书馆管理和服务作了研究，加快了图书馆自动化、信息化、智能化的进程。

研究发现，在图书馆管理方面仍存在借阅者看后放回原位置时放错，而图书馆馆员不能及时了解错位图书的位置和数量，每次都需要花费大量时间和人力去逐一排查的问题，直接导致借阅者下次找书时不能准确找到图书。针对这一问题，提出基于Linux系统的错误位置图书定位系统，通过CCD扫描器快速扫描图书馆书架上的图书，管理员通过终端查看即可知道哪本书是出现错位的，可快速将图书还原。

2 硬件总体设计

系统硬件主要分为图书信息采集系统和上位机处理系统两个部分，结构如图1所示。上位机的主要功能是对数据进行处理保存，并进行人机交互，将难懂的数字信息以界面图形化的方式显示出来。系统以STM32为控制中心，上位机处理系统主要由NRF24L01、LED显示屏、电容触摸屏以及大容量DDR、Flash内存组成。上位机和图书信息采集系统之间采用NRF24L01无线方式进行连接，负责图书数据信息的传输。

3 软件系统设计

无线传输编码协议  协议的主要任务是要保证图书信息的准确、无漏以及高效传输，即节点设备定时向中心设备汇报自身的设备信息，协议的格式如表1、表2所示。起始码和结束码是为确定发送的帧数据是否有效（若无效则舍弃）;功能码0x0001表示上传图书数据以小端格式储存;帧数据字段的字节数，即帧长度字段与校验字段（不包括帧长度和校验）之间的数据的字节数按小端格式发送;帧数据即需要提取的图书有用信息;校验码保证图书数据的正确性。结果码0x0001表示数据被正确地接收和读取，0x0010表示接收校验错误。下位机系统接收到发送错误的图书信息时，应当重新发送数据;当下位机发送数据后，需收到正确完整的响应帧，才表示图书数据的传输完成。

上位机图书信息处理系统软件工作流程  系统采用基于自行开发的Linux操作系统内核。系统上电时，CPU自动加载部署在小容量的Flash中的uboot;uboot被加载后，初始化大容量的DDR内存和大容量Flash，Linux被存储在大容量的Flash中。uboot运行后会将存储在大容量Flash中的Linux读取到DDR中运行。Linux被成功运行后，将会执行Linuxrc程序，Linuxrc将会构建根文件系统;文件系统加载成功后会运行inittab脚本，脚本的任务是设置自定义程序运行的环境配置[6]。

上位机图书信息处理系统软件主要使用QT开发，主要通过读取图书信息采集系统传输过来的信息，将其中图书的条形码信息和图书所在信息提取出来，根据图书的条形码信息在数据库中查询并取到详细的图书信息和图书位置信息;将位置信息进行对比，相同就直接显示在图书界面，不同就更新数据库中的位置信息并将信息实时在图书界面显示，方便系统使用者实时获取结果，防止错漏。

4 测试与分析

方案设计  提前准备好320本样本书籍，其中98本偏旧图书;模拟图书馆放置四个双层书架，依次按文史、自科、社科和哲学四大类放置在书架上;各自插入非该列的类别的图书两本;一个学生负责准备书籍并确定时间，两个学生负责扫描图书，一个学生计时，一个学生记录并统计。主要测试系统准确率、扫描时间、扫描速度和无线通信距离以及对错误位置图书定位。具体操作：由人工手持顺序扫描各个书架的图书，通过无线通信传输数据到终端，扫描信息准确率以三类书籍的30本图书进行详细条形码数据一一比对来得出，扫描时间由人工秒表计时，采用整列总时间测试来求出平均单本掃描时间，得出扫描时间及扫描速度。用卷尺测量通信距离。在每一样本书架的某一位置放置一本错误位置的图书，进行顺序扫描之后，查看管理员终端是位置正确，进行图书错位模拟测试。

测试内容及数据  先进行准确率测试，以A、B、C架作为样本架，各样本数为10，测试结果如图2所示。图2中，红色记录为识别出位置错误的记录，通过标红形式提示图书管理员该书放置位置错误。进行扫描速度、识别准确率的各项相关值测试，测试结果如表3所示。进行CCD扫描终端和接收端的无线通信距离测试，测试结果如表4所示。

数据分析  由测试数据可得，单本书籍的平均扫描时间为1本/秒，系统每分钟可识别并定位60本书籍，识别准确率达到近100%;CCD扫描终端和接收端的无线通信距离室内达到50米，可覆盖约7800平方米的图书室。因此，一个图书馆室放置一台终端即可，极大节省人力、物力和财力。错误位置图书定位系统能够准确将错误位置的图书识别出来，并以标红的形式提示，达到实际应用价值。

5 结语

本文开发了图书信息采集和图书信息处理软件系统以及管理员终端软件系统，并进行整体的扫描信息准确率、扫描时间、扫描速度和无线通信距离等功能测试，结果表明：系统单本书籍的平均扫描时间为1本/秒，每分钟可识别并定位60本书籍，识别定位信息准确率达到近100%;CCD扫描终端和接收端的无线通信距离室内达到50米，可覆盖约7800平方米的图书室;解决了因书籍实际存放位置和图书借阅系统提示的位置不匹配而导致的借阅效率低下，图书管理员需花费大量时间排查位置不匹配的书籍信息问题。

参考文献

[1]Gade A， Angal Y. Development of Library Manage-ment Robotic System[M]//IEEE，2017.

[2]陈孝东.基于RFID的高校智能图书馆管理系统的设计[J].办公室业务，2018（11）：168.

[3]马巧梅.基于RFID的高校智能图书馆管理系统的设计[J] 电脑知识与技术，2017，13（36）：179-181.

[4]彭美玲.高校图书馆应用RFID系统图书定位方式的选择：以内蒙古大学图书馆为例[J].图书馆学刊，2018，40（1）：41-47.

[5]ZHANG J， WEN C. The University Library Management System Based on Radio Frequency Identification[M]//IEEE，2017.

[6]贺丹丹，刘峰，张帆.嵌入式Linux系统开发教程[M].北京：清华大学出版社，2010.