基于Zigbee與RFID技術(shù)的智能圖書館感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

吳穎+高佳+李晗

摘要：本文以智能建筑的角度出發(fā)，從Zigbee與 RFID技術(shù)入手，初步揭示感知系統(tǒng)與圖書館的建筑環(huán)境、技術(shù)設(shè)備、文獻(xiàn)資源以及讀者等主要構(gòu)成因素之間的層次關(guān)系，對(duì)智能圖書館感知系統(tǒng)進(jìn)行框架設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：智慧圖書館； Zigbee技術(shù)； RFID技術(shù)

1.基本概念

Zigbee技術(shù)是一種自組網(wǎng)的雙向無(wú)線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。其具有成本低、時(shí)延短、組網(wǎng)靈活、通信可靠、數(shù)據(jù)安全等特點(diǎn)。

RFID技術(shù)已在圖書館領(lǐng)域應(yīng)用多年，就技術(shù)本身來看，特別是高頻、超高頻的RFID，具有低成本、傳輸速度快、識(shí)別距離適中、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

2.智能感知系統(tǒng)需求分析

智能感知系統(tǒng)是智慧圖書館的基礎(chǔ)，涉及通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、識(shí)別技術(shù)及軟件開發(fā)技術(shù)。系統(tǒng)功能包括文獻(xiàn)資源管理、人員定位、環(huán)境感知、警報(bào)處理等。總體而言，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足需求如下：

2.1安全穩(wěn)定性

隨著圖書館信息化程度越來越高，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、發(fā)生問題時(shí)的容錯(cuò)能力以及系統(tǒng)運(yùn)行的安全性對(duì)圖書館管理質(zhì)量起著決定性的作用。因而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、容錯(cuò)性以及安全性必須優(yōu)先考慮。

2.2易擴(kuò)展與維護(hù)性。

圖書館硬件建設(shè)的逐步發(fā)展與完善過程中，對(duì)資源管理的要求也在不斷發(fā)生著變化。與之相應(yīng)的信息化建設(shè)必須適應(yīng)這一要求，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中必須為系統(tǒng)預(yù)留充足的可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，以便于后期的擴(kuò)容或修改。

2.3感知精準(zhǔn)性。

感知是整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)主要采用眾多感知傳感器，對(duì)各類館藏資源、人員、內(nèi)外環(huán)境等進(jìn)行感知，獲得感知數(shù)據(jù)，為各管理和服務(wù)平臺(tái)提供有效基礎(chǔ)依據(jù)。

3.智能感知系統(tǒng)的總體思路

對(duì)于圖書館的智能感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)注重對(duì)原有相對(duì)獨(dú)立的智能系統(tǒng)進(jìn)行改造，結(jié)合RFID與Zigbee技術(shù)的成功優(yōu)勢(shì)，對(duì)系統(tǒng)總體規(guī)劃為三個(gè)模塊，即環(huán)境感知模塊、數(shù)據(jù)感知模塊、人員感知模塊。

3.1環(huán)境感知模塊

該模塊主要用于感知館舍內(nèi)環(huán)境變化，采用市場(chǎng)常見溫濕度傳感器、光照傳感器、一氧化碳傳感器、煙霧等傳感器，其部署位置為樓內(nèi)布控。目前，隨信息化條件建設(shè)的不斷提升，圖書館各功能區(qū)劃日趨明確，環(huán)境感知模塊應(yīng)針對(duì)不同區(qū)域，增減傳感器數(shù)量。

3.2人員感知模塊

該模塊重點(diǎn)感知讀者位置變化，主要利用讀者隨身攜帶的各類型RFID電子標(biāo)簽，定位讀者館內(nèi)位置、進(jìn)出時(shí)段、行為軌跡等信息。其部署可分為以下幾個(gè)方面：首先，為增強(qiáng)該模塊感知的準(zhǔn)確性，應(yīng)結(jié)合原始建筑圖紙構(gòu)建全樓數(shù)字平面圖，并依據(jù)樓層與閱覽室位置進(jìn)行ID編號(hào)。其次，采用區(qū)域縱列坐標(biāo)劃分方法對(duì)每間閱覽室進(jìn)行數(shù)字化處理，確定各坐標(biāo)點(diǎn)位位置。再次，對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)位，在閱覽室頂棚部署傳感器，并構(gòu)建Zigbee人員感知觸發(fā)器網(wǎng)絡(luò)，隨部署完成便可形成全館讀者感知地圖。讀者在進(jìn)入觸發(fā)器感知范圍后，系統(tǒng)啟動(dòng)、識(shí)別并上傳讀者ID信息到數(shù)據(jù)管理中心，隨讀者位置發(fā)生不斷變化，不同傳感器接續(xù)完成啟動(dòng)、識(shí)別、上傳的操作，便可形成讀者運(yùn)行軌跡，直至讀者離館。

3.3數(shù)據(jù)感知模塊

該模塊重點(diǎn)感知館藏資源變化，主要是利用先前建立的Zigbee無(wú)線安全網(wǎng)絡(luò)，獲取各RFID智能設(shè)備運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)館藏資源目標(biāo)定位、自助借還、智能清點(diǎn)、安全管理。該模塊工作重點(diǎn)在于智能書架內(nèi)文獻(xiàn)坐標(biāo)設(shè)定和位置標(biāo)定位缺省信息的獲取。

其設(shè)計(jì)思路為利用全館已于前期部署身份感應(yīng)觸發(fā)器確認(rèn)讀者身份，審核通過人員可通過門禁系統(tǒng)入館舍。在讀者確認(rèn)檢索文獻(xiàn)信息后，系統(tǒng)反饋文獻(xiàn)坐標(biāo)位置，并同時(shí)將文獻(xiàn)信息與讀者ID綁定（每個(gè)ID號(hào)碼綁定文獻(xiàn)數(shù)量可由每個(gè)館自行設(shè)定），讀者可根據(jù)坐標(biāo)位置自行前往。當(dāng)讀者ID于文獻(xiàn)存儲(chǔ)書架2米范圍之內(nèi)觸發(fā)器激活，并通過網(wǎng)絡(luò)，將感應(yīng)的信息傳到數(shù)據(jù)處理中心，經(jīng)改造的RFID書架不同排、列上裝有的小型LED信號(hào)光開始閃爍，讀者位置與文獻(xiàn)位置越近燈光閃斷頻率越快，直至讀者到達(dá)文獻(xiàn)存貯位置取得文獻(xiàn)。

4.智能感知系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

4.1數(shù)據(jù)采集層

該層主要負(fù)責(zé)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集與采集，一般采用各類感應(yīng)探頭及相應(yīng)觸發(fā)器等硬件，可依據(jù)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，功能相對(duì)單一，但數(shù)量、種類比較繁多。

4.2數(shù)據(jù)傳輸層

該層主要采用協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)以及終端節(jié)點(diǎn)三段式設(shè)計(jì)。首先使用協(xié)調(diào)器創(chuàng)建一個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)，并為最初加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)分配地址，每個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)只需一個(gè)協(xié)調(diào)器；路由器節(jié)點(diǎn)也稱為 ZigBee 的全功能節(jié)點(diǎn)，可以作為路由來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，也可以作為數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)用來收發(fā)數(shù)據(jù)，還能管理網(wǎng)絡(luò)，為后加入的節(jié)點(diǎn)分配地址；終端節(jié)點(diǎn)用來采集數(shù)據(jù)，可與各種感應(yīng)器、閱讀器之間進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)終端的控制和管理。ZigBee 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)均可由 CC2530 芯片、電壓轉(zhuǎn)換器件、電源電路、串口、收發(fā)器以及天線等組成。

5.數(shù)據(jù)管理中心設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)管理中心由數(shù)據(jù)服務(wù)器和Web服務(wù)器組成，主要負(fù)責(zé)前端采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、用戶信息管理等。監(jiān)控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)管理模塊、信息服務(wù)模塊、系統(tǒng)管理模塊三部分組成。

數(shù)據(jù)管理模塊。數(shù)據(jù)管理模塊主要負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的接收、解析、存儲(chǔ)及處理等工作。通過ZigBee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)端口，將底層網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送來的數(shù)據(jù)按照預(yù)先定義的協(xié)議解析后存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并根據(jù)解析后的信息做出相應(yīng)的處理。信息服務(wù)模塊。該模塊主要完成采集信息的顯示、查詢、發(fā)送、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、控制指令發(fā)送等功能。為用戶提供信息查詢、記錄查詢、下載等服務(wù)。系統(tǒng)管理模塊。該部分主要完成用戶權(quán)限管理、系統(tǒng)維護(hù)、用戶費(fèi)用管理等功能。

6.小結(jié)

雖然智能感知系統(tǒng)具有相對(duì)較高成本、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等缺陷，但其先進(jìn)的技術(shù)在圖書館中的應(yīng)用能夠更好地為用戶提供個(gè)性化服務(wù)和提高圖書管理的工作效率。特別是關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘，RFID射頻識(shí)別技術(shù)、基于讀者位置的服務(wù)等信息技術(shù)的運(yùn)用必將進(jìn)一步推動(dòng)了圖書館的發(fā)展。

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