基于RFID技術的圖書電子標簽系統的設計

喻皓 徐楊敏 張曾嶸

摘要：該項目設計出一種基于RFID技術的圖書電子標簽系統。該電子標簽系統可以為出版社、圖書發行商、書店、圖書館提供便利。對于學校圖書館來說，只要在每本書上貼上一個電子便簽，電子便簽便記錄了該本書的書名、作者、位置等信息。在圖書館的所有的走廊、書架、閱覽室等關鍵節點上設立電子標簽的讀取設備，當該本書通過某個節點，讀取設備則自動與管理信息庫中的數據進行核對。這樣有利于人們很快地找到在圖書書庫各處的、自己所需要的圖書。同時圖書管理人員也可利用該電子標簽系統，實現圖書快速上架、盤點。另外，它還有偷書報警等功能，提高了對圖書的管理。該項目擬利用P89CS1RA2BN和MFRC500分別作為MCU和RF芯片設計并實現了RFID系統中有源電子標簽的硬件部分，同時利用ALOHA防碰撞算法，解決多標簽可能同時存在造成的識別問題，對實際應用奠定了基礎。

關鍵詞：圖書電子標簽;RFID技術;圖書管理

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）19-0267-02

1 項目背景

現有的很多老圖書館出于經濟考慮一般是靠磁條來防盜，有很大的安全隱患，且不能記錄書籍的名字等數據信息，導致圖書的順架與排架困難，工作人員勞動強度高、圖書查找、館藏清點煩瑣并耗時，磁帶與光盤讀物難以流通，導致圖書管理自動化程度比較低，管理也缺乏人性，同時傳統磁條容易消磁，導致防盜效果比較差等問題一直困擾著圖書館的管理及工作人員。

傳統的磁條使用的材料通常是一種非晶體材料，這種材料價格便宜，經濟實用。由于這種材料是金屬高溫熔液在非常短的時間里從石英噴嘴高速噴出，形成固態條狀的產物，因為該材料從液態到凝固的時間非常短，故很容易形成非晶體狀態。當我們設計成分合理、制作工藝科學時，通常得到的非晶材料就具有很高的導磁率，我們就用它來制作傳統的圖書磁條。傳統的圖書監測儀就是利用這種材料制成的圖書標簽高導磁特性進行探測并報警。

傳統磁條按照基本材料一般可以分為鈷基磁條與鐵基磁條。鈷基磁條的成分為金屬鈷;鐵基磁條的成分為純鐵。我們根據在實際使用中能否對圖書磁條反復充消磁，可以進一步將圖書磁條劃分為復合型磁條與永久型磁條二種。因為在圖書館的圖書需要反復外借，所以我們一般使用復合磁條方便管理;在閱覽室的書籍因為很少外借，出于成本考慮我們可以使用永久磁條。

傳統圖書磁條如果遇水或在潮濕的環境中非常容易生銹，如果是鐵基磁條生銹，他的性能就會失效，并可能進一步對圖書造成損壞。另外，當圖書進入監測區，磁條被磁場被磁化時，圖書磁條很有可能會產生一種磁致伸縮的現象。這種現象通常會使磁條產生束縛應力，導致磁條的性能下降，嚴重時甚至會失效。

綜上所述，現有的圖書標簽管理體系是一種低效、低廉、功能低下的管理體系，應該被升級改造。

2 研究現狀

目前主流研究的圖書電子標簽系統主要是通過RFID與信息技術、數據庫技術結合起來，首先使用支持國際通用協議的圖書數據標簽，再接著利用第三方書架天線通過對圖書進行分層、分面掃描，就可以直接完成館藏圖書的清點、查詢、定位和錯架統計等實用功能。

3 意義及實施必要性

采用RFID技術的圖書電子標簽系統，有效幫助圖書管理員進一步改進圖書的管理方式、并進一步提高圖書管理員的工作效率、降低勞動強度，還可以通過第三方智能設備如書架天線、盤點儀、智能安全門等設備實現了圖書自動盤點、自助借還、區域定位、自動分揀等管理功能。

我們設計了一種利用RFID技術的圖書電子標簽系統。該系統可以存儲書籍的信息，包括書名、作者、位置等信息。在圖書館的所有的樓道、書架、大門等關鍵節點上設立電子標簽的讀取設備，當該本書通過某個節點，讀取設備則自動記錄，并與管理信息庫中的數據進行核對。不需要人工干預可以自行處理書籍出庫與入庫的信息。

擬設計系統結構如圖1所示。

讀寫器的硬件設備主要由MCU模塊、射頻讀與寫模塊、無線收發天線等構成。其中MCU模塊主要由CPU、通信電路、數據復位電路，電路供電電路，狀態顯示與報警器驅動放大電路等部分組成。CPU我們采用P89CS1RA2BN，因為他的指令集與MCS51系列CPU指令集兼容。而且經濟實惠，并且進一步提供系統可編程功能。

射頻芯片使用MFRC500。該芯片集成了在13.56MH下主要類型的被動接觸與非接觸式通信協議。

在RS-232通信電路中，硬件的采用，考慮到既要實現預定的通信功能，又要簡化電路的設計，節約成本。

讀寫無線收發天線的設計上，我們考慮到系統是低功能設計，我們在設計上要求電子圖書標簽與無線收發天線必須滿足系統要求。

4 系統實現的難點

（1）本系統是一種結構簡單但工作復雜的無線系統，從大體上只能分為詢問器與應答器。與互聯網有點相似，但與之不同的是，在互聯網中，每一臺電腦是一個應答器，其體型遠遠大于標簽的體型，設計與實現難度成倍增加。

（2）本系統最重要的特點是非接觸識別，它能適用于條形碼無法使用的環境，并且讀取速度很快。這項技術關鍵的一點在于標簽如何如何能在沒有外加電源的條件下，能夠通過天線發出的電磁波，產生足夠的能量將自身攜帶的信息發射出去。

（3）本系統工作環境十分復雜：信號發射器與標簽能夠接收到的信號的頻率是否匹配，只有匹配，才能穩定精確的傳遞信息。

（4）本系統編寫的軟件能否滿足需求，是難點之一。每一個好的系統，一定離好軟件。而一個好的軟件能夠極大地提升系統的性能。

5 總結

我們設計系統完成后，通過本系統可以記錄書籍的信息，包括書名、作者、位置等信息。在經過電子標簽的讀取設備時，自動讀取書籍信息并與后臺數據庫核對，自動完成書籍的出庫與入庫并記錄。本系統使用電子標簽記錄信息，具有體積小，重量輕，附著在書本和其他一些小巧的物品上，并且不會妨礙物品的使用，最重要的優點是非接觸識別，并且讀取速度很快。

本系統功能實現后，利用第三方智能天線使快速查找圖書的具體位置與順架成為可能。

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