基于RFID 技術(shù)的圖書(shū)館圖書(shū)借閱與防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決方案

楊春玲

（商丘市醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校圖書(shū)館，河南商丘，476100）

0 引言

眾所周知，現(xiàn)在大多數(shù)的圖書(shū)館圖書(shū)借閱和安防依賴于條形碼技術(shù)以及圖書(shū)磁條。然而兩種技術(shù)卻有不少的弊端，條形碼和磁條工作壽命有限，極易因?yàn)槭艿酵獠课廴径鴮?dǎo)致失效。工作效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，可靠性不高也是這兩種技術(shù)的通病。因此在建立新的數(shù)字化圖書(shū)館的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)尋求更好的借閱和安防技術(shù)來(lái)替代這些制約圖書(shū)館自動(dòng)化建設(shè)的因素。

RFID 是射頻識(shí)別的縮寫，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象，可快速地進(jìn)行物品追蹤和數(shù)據(jù)交換。識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID 技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。是傳統(tǒng)條碼技術(shù)的繼承者，又稱為“電子標(biāo)簽”。憑借RFID 出色的性能，目前技術(shù)應(yīng)用很廣，如：圖書(shū)館，門禁系統(tǒng)，食品安全溯源等。因此我提出了基于RFID 技術(shù)的圖書(shū)館圖書(shū)借閱與安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決方案。

1 RFID 系統(tǒng)組成

RFID 系統(tǒng)在具體的應(yīng)用過(guò)程中，根據(jù)不同的應(yīng)用目的和應(yīng)用環(huán)境，RFID 系統(tǒng)的組成會(huì)有所不同，但從RFID 系統(tǒng)的工作原理來(lái)看，系統(tǒng)一般都由信號(hào)發(fā)射機(jī)、信號(hào)接收機(jī)、發(fā)射接收天線幾部分組成。

信號(hào)發(fā)射機(jī)在RFID 系統(tǒng)中，信號(hào)發(fā)射機(jī)為了不同的應(yīng)用目的，會(huì)以不同的形式存在，典型的形式是標(biāo)簽（TAG）。標(biāo)簽相當(dāng)于條碼技術(shù)中的條碼符號(hào)，用來(lái)存儲(chǔ)需要識(shí)別傳輸?shù)男畔ⅲ硗猓c條碼不同的是，標(biāo)簽必須能夠自動(dòng)或在外力的作用下，把存儲(chǔ)的信息主動(dòng)發(fā)射出去。標(biāo)簽一般是帶有線圈、天線、存儲(chǔ)器與控制系統(tǒng)的低電集成電路。

信號(hào)接收機(jī)在RFID 系統(tǒng)中，信號(hào)接收機(jī)一般叫做閱讀器。根據(jù)支持的標(biāo)簽類型不同與完成的功能不同，閱讀器的復(fù)雜程度是顯著不同的。閱讀器基本的功能就是提供與標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩健Ａ硗猓喿x器還提供相當(dāng)復(fù)雜的信號(hào)狀態(tài)控制、奇偶錯(cuò)誤校驗(yàn)與更正功能等。標(biāo)簽中除了存儲(chǔ)需要傳輸?shù)男畔⑼猓€必須含有一定的附加信息，如錯(cuò)誤校驗(yàn)信息等。識(shí)別數(shù)據(jù)信息和附加信息按照一定的結(jié)構(gòu)編制在一起，并按照特定的順序向外發(fā)送。閱讀器通過(guò)接收到的附加信息來(lái)控制數(shù)據(jù)流的發(fā)送。一旦到達(dá)閱讀器的信息被正確的接收和譯解后，閱讀器通過(guò)特定的算法決定是否需要發(fā)射機(jī)對(duì)發(fā)送的信號(hào)重發(fā)一次，或者知道發(fā)射器停止發(fā)信號(hào)，這就是“命令響應(yīng)協(xié)議”。使用這種協(xié)議，即便在很短的時(shí)間、很小的空間閱讀多個(gè)標(biāo)簽，也可以有效地防止“欺騙問(wèn)題”的產(chǎn)生。

天線是標(biāo)簽與閱讀器之間傳輸數(shù)據(jù)的發(fā)射、接收裝置。在實(shí)際應(yīng)用中，除了系統(tǒng)功率，天線的形狀和相對(duì)位置也會(huì)影響數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收。

2 系統(tǒng)在館內(nèi)的組成部分

標(biāo)簽（Tag）：由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在圖書(shū)上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象；

閱讀器（Reader）：讀取（有時(shí)還可以寫入）圖書(shū)上的標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式；

天線（Antenna）：分布在館內(nèi)，在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。

3 工作原理

RFID 技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)的無(wú)接觸式信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到自動(dòng)識(shí)別的技術(shù)。工作原理：當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，如果接收到閱讀器發(fā)出的特殊射頻信號(hào)，就能憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)，在閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作過(guò)程

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到圖書(shū)館內(nèi)的人員可能經(jīng)過(guò)的房間中有多樣性和復(fù)雜性，所以需安裝若干個(gè)閱讀器，并且將它們通過(guò)通信線路與監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同時(shí)在圖書(shū)館的每一本圖書(shū)中安置一個(gè)電子標(biāo)簽來(lái)取代條形碼以及磁條，對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控和定位。具體的從圖1 可以看出，在RFID 系統(tǒng)的工作過(guò)程中，始終以能量為基礎(chǔ)，通過(guò)一定的時(shí)序方式來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。閱讀器向電子標(biāo)簽提供工作能量。當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入射頻識(shí)別場(chǎng)時(shí)，閱讀器發(fā)射出的射頻波激活標(biāo)簽電路，相互作用，完成數(shù)據(jù)的交換。對(duì)于多標(biāo)簽同時(shí)識(shí)讀來(lái)講，可以采用閱讀器先發(fā)的形式，也可以是標(biāo)簽先發(fā)的形式。為了實(shí)現(xiàn)多標(biāo)簽無(wú)沖突同時(shí)識(shí)讀，閱讀器先對(duì)一批標(biāo)簽發(fā)出隔離命令，使得閱讀器識(shí)讀范圍內(nèi)的多個(gè)電子標(biāo)簽被隔離，最后只保留一個(gè)標(biāo)簽處于活動(dòng)狀態(tài)與閱讀器建立無(wú)沖突的通信聯(lián)系。對(duì)于任何一只電子標(biāo)簽來(lái)講，都具有唯一的ID 號(hào)，在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，是通過(guò)運(yùn)用后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)支持標(biāo)簽的數(shù)據(jù)屬性的。閱讀器與應(yīng)用系統(tǒng)之間的接口由開(kāi)發(fā)工具調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)來(lái)表示。功能大致包含以下方面：應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)需要向閱讀器發(fā)出配置命令和其他指令；閱讀器向應(yīng)用系統(tǒng)返回其當(dāng)前的配置狀態(tài)和各種指令的執(zhí)行結(jié)果。

5 系統(tǒng)可行性論證

5.1 圖書(shū)館借閱與防盜技術(shù)現(xiàn)狀

目前圖書(shū)館門禁系統(tǒng)的主要職能是安全防范。為了給圖書(shū)館創(chuàng)造一個(gè)安全的安防環(huán)境，就需要有一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)、智能化的安防系統(tǒng)，現(xiàn)在大部分圖書(shū)館仍然采用的是圖書(shū)磁條的技術(shù)，這種方式不安全因素也得不到很好的控制。而借閱系統(tǒng)則是更加落后的條形碼技術(shù)，工作量大，并且手續(xù)繁瑣。而通過(guò)在圖書(shū)館關(guān)鍵位置放置RFID 技術(shù)的儀器，不僅能很好的監(jiān)控圖書(shū)的位置，做到對(duì)圖書(shū)的時(shí)刻監(jiān)控，做到防盜，還能精簡(jiǎn)圖書(shū)借閱系統(tǒng)。

5.2 RFID 技術(shù)實(shí)際應(yīng)用

RFID 技術(shù)相比條形碼技術(shù)優(yōu)點(diǎn)可見(jiàn)。興起于90 年代的這項(xiàng)技術(shù)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，已趨向成熟，而它展現(xiàn)的優(yōu)良性能也為眾多領(lǐng)域所認(rèn)可。并且本文所論述的這套系統(tǒng)在西方圖書(shū)館中早已有所應(yīng)用。新加坡圖書(shū)館憑借RFID 技術(shù)，借閱率增長(zhǎng)了30 倍，每年節(jié)省了2800 萬(wàn)美元的開(kāi)銷和2000 名工作人員的人力成本。因此將該技術(shù)在圖書(shū)館借閱和防盜系統(tǒng)中應(yīng)用的方案是可行的。

6 RFID 技術(shù)在系統(tǒng)中應(yīng)用的問(wèn)題

RFID 技術(shù)作為一種新興的技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在較多的問(wèn)題。主要體現(xiàn)在前期投入成本高，需要購(gòu)置相應(yīng)的器材，購(gòu)買電子標(biāo)簽來(lái)替代條形碼和圖書(shū)磁條。并且新系統(tǒng)需要對(duì)館員操作培訓(xùn)，前期也要投入相應(yīng)的教學(xué)力量。由于系統(tǒng)的自主性的提高，也使得讀者與館員的交流減少，讀者與圖書(shū)館的互相了解的機(jī)會(huì)減少。這些問(wèn)題都是系統(tǒng)需要改進(jìn)的地方。

7 功能設(shè)計(jì)

RFID 技術(shù)在人員定位管理方面實(shí)現(xiàn)的基本功能包括：

1）圖書(shū)數(shù)據(jù)有效的記錄。我校的圖書(shū)館已經(jīng)多年未進(jìn)行有效的圖書(shū)數(shù)據(jù)盤點(diǎn)，這其中最主要的原因就是受傳統(tǒng)的管理模式、時(shí)間、人力、物力等硬件條件制約。在進(jìn)行圖書(shū)數(shù)據(jù)盤點(diǎn)時(shí)必須閉館，并且需要館員對(duì)館內(nèi)的所有圖書(shū)逐一掃描清點(diǎn)并錄入數(shù)據(jù)。這樣的方法不僅工作量大，并且耗時(shí)、耗力、耗財(cái)。而利用RFID 技術(shù)，只要將手持的閱讀器在書(shū)架上掃描一遍，就可以獲知圖書(shū)的信息。整個(gè)過(guò)程無(wú)須閉館，隨時(shí)可以進(jìn)行。可輕易尋找及分辨在書(shū)架的上書(shū)籍，在不耽誤正常工作的同時(shí)，就能順利的完成圖書(shū)信息的統(tǒng)計(jì)工作，也能大大的減少工作失誤。在統(tǒng)計(jì)的過(guò)程中，收集的相關(guān)記錄可傳回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，建立相關(guān)報(bào)表。此外，還支持多臺(tái)設(shè)備同時(shí)掃描，并支持筆記本盤點(diǎn)。

2）圖書(shū)相關(guān)信息快速查詢。可查詢書(shū)籍相關(guān)設(shè)定信息，館藏書(shū)目數(shù)據(jù)、借閱數(shù)據(jù)及圖書(shū)當(dāng)前所在位置。提供書(shū)目轉(zhuǎn)文件接口，可將書(shū)目數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入本系統(tǒng) 。通過(guò)對(duì)圖書(shū)位置、分布、流通及流向管理，加強(qiáng)了圖書(shū)的分類，定位和數(shù)據(jù)采集，有助于圖書(shū)館了解讀者需求，提高工作效率，將館員從傳統(tǒng)的管理中，轉(zhuǎn)向?yàn)樽x者服務(wù)或進(jìn)行其它增值服務(wù)。3 圖書(shū)流通的智能化管理

3）自主借書(shū)系統(tǒng)。相比條形碼讀寫，RFID 電子標(biāo)簽的閱讀器，無(wú)需可見(jiàn)光源，具有穿透性，可通過(guò)外部的遮擋物體直接讀取信息，并且能處理多個(gè)標(biāo)簽。利用RFID 特殊的工作原理和RFID 電子標(biāo)簽都擁有著唯一的ID 可完成自主系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。新的借書(shū)系統(tǒng)無(wú)須讀者排隊(duì)等候，也可不經(jīng)過(guò)圖書(shū)館員的幫助，只需將自己的借書(shū)證件和需借閱的圖書(shū)放在借閱設(shè)備的感應(yīng)區(qū)上便可以借書(shū).同時(shí)借閱設(shè)備將圖書(shū)借閱信息傳回系統(tǒng)后臺(tái)，并解除電子標(biāo)簽的安全偵測(cè)位元，使圖書(shū)能順利通過(guò)檢測(cè)門，完成自主的借書(shū)流程。

4）自主還書(shū)系統(tǒng)。與自主借書(shū)系統(tǒng)相似，具有簡(jiǎn)單操作，人性化服務(wù)。將自己的借書(shū)證件和歸還的圖書(shū)放在借閱還書(shū)設(shè)備的感應(yīng)區(qū)上，借助識(shí)別和掃描處理，將圖書(shū)歸還信息傳回系統(tǒng)后臺(tái)。同時(shí)啟動(dòng)圖書(shū)標(biāo)簽中的安全偵測(cè)位元，使圖書(shū)經(jīng)過(guò)安全門時(shí)能夠觸動(dòng)報(bào)警裝置。完成自主還書(shū)流程。

5）圖書(shū)分類系統(tǒng)。利用電子標(biāo)簽?zāi)軆?chǔ)存大量信息的特點(diǎn)，可以在圖書(shū)電子標(biāo)簽中添加可顯示圖書(shū)所屬架位、類別、館藏地點(diǎn)等信息，從而減少分類時(shí)間，提高歸架時(shí)間和效率，減少錯(cuò)架。館員從而能更便捷的完成圖書(shū)擺放。

6）圖書(shū)防盜系統(tǒng)。在圖書(shū)電子標(biāo)簽工作中，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入射頻識(shí)別場(chǎng)時(shí)，閱讀器便能發(fā)射射頻波激活標(biāo)簽電路，相互作用，獲取圖書(shū)位置信息。因此當(dāng)館內(nèi)在必要的位置布置了閱讀器和天線，就能做到圖書(shū)防盜。正如杰弗遜圖書(shū)館的Philips所說(shuō)，如果有人試圖避開(kāi)警報(bào)偷取圖書(shū)或其它媒體資料。圖書(shū)館仍然可追蹤圖書(shū)，從而將其歸放原處。

8 結(jié)論

雖然RFID 技術(shù)在圖書(shū)館應(yīng)用很少，而且還存在一定問(wèn)題。但是RFID 技術(shù)獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)，都會(huì)使圖書(shū)館自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化程度得到極大的提高。因此我相信RFID 技術(shù)前途是極為廣闊的，而基于RFID 技術(shù)所提出的本套系統(tǒng)也將會(huì)獲得成功。

圖1

[1] 百度百科:http://baike.baidu.com/view/383945.htm

[2]互動(dòng)百科：http://www.baike.com/wiki/RFID%E7%B3%BB%E7%BB%9F

[3]百度百科http://wenku.baidu.com/link?url=YVA PmoZlrCyKv1gj53mTWFZnUBwmdFkBxHSnjFzKZ EXh DAxCoIHHqENHcFDtE2BoKAW5Aq2Qg4r_EDCVA3SgMlUxz1gX1XCMCRK_5VLmhK

[4] Klaus Finken Zeller.射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)——無(wú)線電感應(yīng)的應(yīng)答器和非接觸IC 卡原理與應(yīng)用（第二版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.

[5] 施巧蓮，RFID 電子標(biāo)簽與條形碼之比較[J].大學(xué)圖書(shū)情報(bào)學(xué)刊 2009.1：69—70

[6] 潘梅蓉，福建省圖書(shū)館學(xué)會(huì)2009 年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集 2009

[7] 雷歆，RFID 技術(shù)在圖書(shū)館管理系統(tǒng)中的應(yīng)用.電腦知識(shí)與技術(shù) 2011.127:8778—8780