基于高频RFID的移动端图书自助借还系统设计与实现

2022-04-12王倚天

沈阳化工大学学报 2022年5期

张伟, 王倚天

(1.沈阳化工大学图书馆, 辽宁沈阳 110142; 2.沈阳化工大学信息工程学院, 辽宁沈阳 110142)

无线射频识别(radio frequency identification,RFID)技术是一种非接触式的自动识别技术,在物联网领域得到普遍应用.货物的RFID标签,相当于货物的身份证,包含id编码、名称等重要信息,通过无线识别货物的RFID标签信息,进行数据读取、修改和交换[1].

随着RFID技术的发展和普及,RFID标签应用范围更加广泛,尤其在图书借还系统中优势明显.RFID标签较永久磁条包含的信息更多,互动式操作更加智能,可实现多本借还.图书识别的便捷性在馆藏盘点上具有绝对优势,一键式盘点解决馆藏统计问题.利用RFID技术实现自助借还图书,其功能更加高效和便捷.随着自助借还技术的日渐成熟,自助借还图书不仅节约了人力、提高了效率,而且还不受时间限制,实现全天候借还[2].

目前中国智能手机用户已经超过10亿,手机用户增长使得基于移动端的应用日益增多,用户使用手机时间占比日渐增长.在图书馆布置自助借还机不仅耗费资金和人力,而且还受地点空间限制.而以手机为操作工具,手机借还图书使得读者的手机相应变成了借还终端.随着手机功能和应用软件的不断完善,不久的将来移动端将完全替代自助借还机,实现图书馆智能化管理.

1 移动端识别高频RFID标签的原理

1.1 RFID的类型

RFID标签按工作频率分为低频、高频、超高频、微波.低频电子标签一般为无源标签,价格相对较贵,几乎不受环境变化的影响,应用范围比较广泛.高频电子标签通常也为无源标签,一般常做成卡片形状,与低频电子标签相比,高频电子标签可附加的数据量较多,并且满足多个电子标签同时读取,识别距离短.超高频或微波电子标签阅读器成本较高,标签内保存的数据量较大,阅读距离较远(可达几米至十几米).这4种RFID标签中高频电子标签技术比较成熟,应用范围广泛,生产数量最多.

1.2 NFC识别高频RFID标签

移动端针对高频RFID标签的识别是通过近距离无线通讯技术(near field communication,NFC)实现的,它是由高频RFID和互联网通讯技术发展演变而来.NFC在身份识别、门禁、物流、移动支付、安全登录、刷卡等领域都有着广泛应用[3],目前智能手机都附带NFC功能,可以直接与高频RFID标签通讯来传输和读取数据.

1.3 图书RFID标签工作原理及设计

RFID标签是由无线通讯天线和IC芯片构成.IC芯片包含控制器、存储器等信息单元.移动端通过读卡器与标签天线建立通讯连接,移动端将读取和写入命令传输到标签端,控制器对接收到的命令进行发送和执行,保证数据安全,存储器存储标签数据,完成数据操作后返回给移动端[4].

RFID标签信息包含登录号、应用类别、馆藏方位、图书状态、唯一标识码等.登录号是图书在图书馆的唯一馆藏标识,相当于图书索引;应用类别包括图书用途、资料类型等数据;馆藏方位标识图书在图书馆的排架位置,便于自助分拣系统分拣和上架,同时为读者查询书籍提供方便;图书状态标记图书是外借还是在馆;唯一标识码不同于登录号,是RFID标签制造商编写在电子标签中非改写存储区中的,是每个RFID标签的唯一标识符[5].图书RFID标签信息如图1所示.

图1 图书RFID标签信息

2 移动端自助借还系统

2.1 发展现状

目前图书自助借还系统主要有3种模式:条码磁条(barcode)、标签(RFID)、双标签(barcode+RFID).Barcode模式成本低廉,在图书馆行业普及率较高,但识别效率和数据容量上不及RFID模式.而barcode+RFID模式虽然功能强大,但成本较高,在国内“985”和“211”经济实力较强的高校图书馆中应用较多[6].RFID技术应用到图书馆中最早在欧美地区,美国大部分的高校图书馆和城市图书馆已经开展移动图书馆服务[7].国内目前基于移动端的图书自助借还系统成型产品主要是通过移动端借阅,但不能归还.借阅时通过微信端扫描图书条形码来识别图书,还书需通过自助还书机实现.针对完全实现移动端自助借还的研究如火如荼,研究的热点是移动端自助还书地点的选择,这也是实现的难点.有的只能在图书馆范围内通过使用自助借还软件来达到还书地点限制的要求,笔者认为还不够理想,需要进一步完善.

2.2 系统设计

系统利用手机的NFC功能识别图书,而不是通过扫描条形码或者二维码来识别图书,避免了条形码或者二维码磨损损坏带来的借还问题,同时也不需借助微信等第三方应用软件借还图书.在图书归还方面将WiFi定位技术引入其中,每一个WiFi热点都有一个独一无二的Mac地址,智能手机开启WiFi后会自动扫描附件热点并上传其位置信息,位置服务器根据每个信号的强弱程度计算手机的地理位置并返回结果.

利用手机移动端实现图书借还需要移动端APP和图书借还接口.移动端APP是面向读者的操作界面,包括对读者身份的识别和限定、借书条件的判断、NFC功能的开启等,属于软件系统的应用层和表示层;图书借还接口是移动端APP调用底层图书馆文献数据库的中间程序模块,通过该接口完成读者库的调用、图书馆藏数据库的调用、借还库和读者库的数据修改,该接口和底层数据库属于软件系统的数据层;在底层数据库修改的同时更改RFID标签状态位:“借出”或“在馆”,即“0”或者“1”,这样操作后读者携带图书出馆经过安全门时,安全门检测图书中RFID标签状态位,如果是“1”,则报警,反之,正常通行.

以沈阳化工大学图书馆为例,移动端APP通过校园无线WiFi连接校园网,图书借还接口部署在图书馆内网服务器上,与图书馆文献数据库的通信在内网完成,确保网络安全.通过移动端APP调用图书借还接口,图书借还接口再调用图书馆文献数据库,逐级调用,结构安全性更高.

2.2.1 移动端自助借阅

图书自助借阅流程如图2所示.

图2 图书自助借阅流程

图书自助借阅需要身份限定,各大学图书馆一般不允许校外读者来本校图书馆借阅图书,所以,必须限定身份.沈阳化工大学图书馆的读者为本校教职工及学生,本馆读者使用用户名和密码登录自助借还系统APP,用户名通常情况下是借书证号,密码是读者自己设定的.登录后身份认定是借书的先决条件,但如果有超期图书未还或者欠款未交等情况,则禁止借书,满足借书条件方可借书.借阅时利用手机的NFC功能识别图书,RFID标签具有多个电子标签同时处理的优势,一次识别10本书是基本标准数量,最多一次可借阅16本书,借阅册数上限可在系统里设定.多本借阅避免了读者的重复登录,一次完成借阅操作,节约了大量时间.借阅操作包含两部分:修改图书标签的状态位;修改数据库中的相关数据.图书标签状态位信息是离馆检测的关键数据,在图书识别过程中还需要增加多书检测机制,即不能把一本书识别成多本书,也不能将多本书识别成一本书[8].

2.2.2 移动端自助还书

图书自助归还流程如图3所示.

图3 图书自助归还流程

自助还书没有身份限定,因为图书借出时已完成身份认证,直接还书即可.图书作为图书馆的固定资产,资产安全必须得到保障,所以必须到馆归还图书.通过手机移动端的定位技术来识别读者是否到达图书馆,以便判定是否可以还书.图书归还的难点是图书归还地点的选择,将WiFi定位技术引入到移动端图书自助借还系统中,增加定位判定,如果满足还书条件,那么开启NFC服务归还图书.还书操作与借阅操作一样,包含修改图书RFID标签的状态位和修改数据库中的相关数据.还书时如果图书超期则会累积超期时间,给出超期罚款提示,下一次借书之前需要交完超期罚款才能继续借书,但图书超期不影响图书归还.

2.2.3 查询图书

手机替代了图书查询机、图书借还机.查询馆藏图书书目信息需要移动端APP和图书OPAC接口.图书OPAC即图书馆馆藏联机书目.读者查询馆藏书目需要在移动端APP查询图书模块输入查询关键词,然后系统利用图书OPAC接口调用OPAC网站,完成具体检索词搜索,最后给出查询结果.查询图书不需要身份认证.查询到的图书信息包含索书号、馆藏方位、是否在架等,方便读者现场找书、借书.

3 移动端APP界面设计

移动端APP包含首页、借书、还书、续借和我,共计5部分功能,实现图书查询、借还、续借、身份认证等,具体如图4所示.

图4 自助借还书APP主界面

首页中可以查询图书,查到所需图书后点击“借书”进行借书操作;已借图书归还点击“还书”;图书到期但未看完点击“续借”.为了保证数据的持续正确性,对页面中各个功能的每一次操作都伴随着访问服务器,以确保数据的始终一致性.“我”功能实现读者身份认证和登录,在未登录时,APP有些功能不能使用,登录后相当长的一段时间内是免登录的[9].自助借还书APP借书界面、还书界面如图5和图6所示.