基于5G的RFID圖書管理系統

吳雙娥，白心愛，邸宏偉，朱夢宇，張燕芳

(呂梁學院 物理系，山西 離石 033001)

0 引言

圖書館擁有大量的圖書資源，是學生學習的圣地。傳統的圖書管理系統，通過條形碼來實現書籍的管理，無法實現對書籍的定位，學生無法快速找到自己所需的書籍。學生借書時必須由圖書管理員操作，且每次只能進行單本操作，學生排隊以及操作時間過長，造成了時間的浪費。并且條形碼抗損性差，容易損壞，受環境影響較大，有時可能出現識別靈敏度不高或識別出錯的情況。因此設計基于5G的RFID圖書管理系統。

RFID圖書管理系統與傳統的圖書管理系統相比，節約了人力資源，使圖書管理更加智能化，可快速判斷和反映環境因素，大大提高了安全系數[1]。李瑛的基于RFID的智能圖書管理系統[2]實現了圖書的自助借還，但借還圖書需分別通過自助借閱機借圖書、自助還書機還圖書；黃勝國的基于RFID技術的智能書架管理系統研究[3]，實現了每本圖書的精確定位，讀者可以在線查詢圖書的借閱信息，但未能實現隨時追蹤圖書借閱和歸還情況；電子科技大學申曉亮的碩士學位論文“RFID智能圖書館自助借還系統設計與實現”證實了RFID圖書管理系統99.7%的無漏識別率[4]。綜上所述，RFID圖書管理系統技術上在逐步成熟，并已在河北聯合大學圖書館運行[5]，本文在前人研究的基礎上進行了改進，提出了基于5G的RFID圖書管理系統，將RFID讀寫器與微信小程序相結合，實現每本圖書借閱信息的查詢及定位，學生可通過微信小程序一鍵操作借還圖書，并可通過5G網絡隨時隨地查詢圖書信息和借閱情況。本文對該系統與微信小程序結合的試運行界面做初步的介紹。

1 系統總體設計

圖1 系統結構框圖

本系統采用RFID讀寫器與微信小程序相結合的方式，通過日益普及的5G網絡，使學生借書還書更加智能化、簡單化，并且方便了圖書管理員對書籍的管理。本系統由RFID讀寫器進行數據采集，預留RS232及485接口對RFID讀寫器采集數據進行傳輸，通過系統數據采集模塊對數據進行匯總，并通過ESP8266模塊將數據透傳至公網，服務器端再將采集的數據提供給微信小程序進行數據庫更新。服務器端通過多線程接收公網IP通道內指定端口的數值，進行保存處理。微信小程序通過請求訪問加密后的https鏈接，逐條解密其數據內容，并更新云數據庫，在登錄接口時，通過微信小程序獲取獨有的數值，發送給服務器端，通過服務器端訪問微信平臺，取出此時設備的個人信息發送給微信小程序，本系統采用異步請求方式保存用戶個人信息。系統結構框圖如圖1所示。

2 硬件架構

該系統以RFID讀寫器為硬件核心，其工作原理是:RFID標簽達到RFID讀寫器的范圍之后，標簽反饋讀寫器的搜索信號，發送存儲在芯片的書籍信息信號；或者標簽主動發送特定頻率信號，讀寫器讀取信息并解碼，發送到中央信息系統進行數據處理[6]，本系統采用被動式(即前者)，RFID讀寫器具體安裝位置及電路原理圖如下所述：在傳統書架每層放置有4個RFID讀寫器，具體讀寫器的安裝數量依據傳統書架安裝的層數而定[7]。如果傳統書架有四層，每層需要安裝4個，共需要使用16個讀寫器，在傳統書架的外側安裝系統數據采集模塊。在每本書扉頁貼上RFID標簽，通過RFID讀寫器可以檢測出書籍的信息及位置并找出亂架的書籍。系統硬件基本構成框圖如圖2所示。

圖2 系統硬件基本構成框圖

此外，該系統還可以根據圖書的最新狀態，顯示哪些在架、哪些已外借等詳細信息。如果該本書的RFID標簽(定期檢測)無法被讀取，則認為該本書已被拿走，并結合上次讀取的信息，可以確認該本書何時被借走，何時又回到原來的位置[8]。

RFID讀寫器主要作用為發射搜索信號并接收RFID標簽反饋的書籍信息信號。其電路原理圖如圖3所示。

圖3 RFID讀寫器電路原理圖

3 軟件架構

軟件系統主要架構包括微信小程序、服務器端和數據庫。軟件架構圖如圖4所示。微信小程序：基于微信小程序平臺開發，使用springboot框架。服務器端：解析所有微信小程序發送來的請求。數據庫：使用微信云數據庫[9]。

圖4 軟件架構圖

本系統中微信小程序的設計通過人臉識別技術識別學生的身份，并根據學生的喜好推送圖書。它與RFID讀寫器相關聯，實時反饋書架上書籍位置以及借閱情況。主要功能是隨時追蹤圖書借閱和歸還情況，以及信息查詢，實現學生在圖書館的借還書籍的管理。其結構圖如圖5所示、功能圖如圖6所示。

圖5 微信小程序結構圖

圖6 微信小程序功能圖

3.1 人臉識別

用戶在客戶端選擇要上傳的圖片，然后會調用云存儲中的API接口，把要上傳的圖片傳到云存儲，之后返回一個ID到客戶端。客戶端獲取ID后，調用云函數，在云函數端讀取云存儲中ID相對應的文件，從而解析出真實的URL地址。將獲取到的地址在云函數端發送到騰訊云人臉識別的API接口，等待人臉識別的對應接口返回相應的內容。當人臉識別API接口返回內容之后，云函數原封不動的將數據發回給客戶端。然后客戶端解析數據，通過前端展示給客戶。

3.2 數據庫創建

在數據庫中初始創建了三個永久表：Persion、Borrow、search。系統運行后，這三個表中所記錄的內容都及時更新。

數據庫內所有圖書的初始狀態均為“未借閱”狀態，當圖書被借閱時，其狀態更新為“已借閱”，當圖書歸還并置于書架上時，狀態則被更新為“未借閱”。以上狀態的更新均通過讀寫器讀取標簽自動完成[7]。

3.3 圖書查找

當微信小程序啟動圖書查找后，RFID讀寫器按照設定的時間間隔，定時讀取RFID標簽。讀取到的信息被存入數據庫的search表中。該查詢語句用于更新可外借圖書的狀態為“在架”，當讀寫器讀取到圖書信息并且該信息存在于Borrow表中，該書的狀態即被更新為“在架”(search表中的圖書信息與Borrow表中的信息一致)。

4 RFID智能圖書管理系統功能展示

“RFID智能圖書管理系統”微信小程序運行的操作流程如下：(1)用戶掃描二維碼或直接搜索進入“RFID智能圖書管理系統”；(2)點擊”書庫”界面，查詢所有圖書狀態，如圖7所示；(3)點擊個人中心界面：查詢個人信息及借閱記錄，如圖8和圖9所示；(4)圖書歸還界面：一鍵自動指定還書位置，如圖10所示。

5 結論

該系統與傳統的圖書管理系統相比校，更加的智能化、人性化。實現了操作的便捷性，在線查閱圖書借還信息不受時間、空間的限制；學生通過人臉識別驗證身份后方可進入圖書館，增加了圖書的安全性；利用5G

圖7 書庫界面

圖8 個人中心界面

圖9 借書記錄

圖10 圖書歸還

網絡和互聯網，根據微信小程序推送的圖書位置信息，能夠快速精準地找到自己需要的圖書，實時追蹤圖書并更新借還圖書信息，最終確認信息通過后臺返回到用戶端顯示。