基于RFID技术的智慧图书馆

杨皓骋　邵绪航

【摘 要】射频识别技术（RFID）是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。本文主要研究无线射频识别技术（ RFID） 在图书馆中的应用与实践。

【关键词】RFID；智慧图书馆；自助借还书机

1.研究背景

图书馆是图书管理需求最为集中的应用场所，据调研分析，目前全国共有1万多家图书馆，且大多数图书馆已经从纯手工管理方式过渡到了采用条形码识别、计算机网络、计算机软件技术的数字化管理模式。虽然采用了许多现代化技术，但还是有许多问题困扰着图书馆的管理及工作人员。例如，图书的自助借还、图书的快速盘点、查找、乱架图书的整理等问题还是没有很好地得到解决，阻碍了图书馆进一步提高管理和服务水平。

1.1 RFID技术介绍

射频识别技术（RFID）是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术，并而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。其常用的有低频（125k～134.2K）、高频（13.56Mhz）、超高频，无源等技术。RFID读写器也分移动式的和固定式的，目前RFID技术应用很广，如：图书馆，门禁系统，食品安全溯源等。

1.2 研究内容

1.2.1标签转换系统的应用

无线射频识别技术（RFID）与现有图书馆管理系统之间的一座桥梁，通过标签转换系统将RFID唯一识别号与图书唯一编码实施绑定，将RFID技术与现有图书馆管理系统的挂接，实现对图书、读者详细信息的访问，从而将RFID技术集成到现有图书馆馆系统当中。

1.2.2自助借还书机的应用

自助借还书机是一种可对粘贴有RFID标签的流通资料进行扫描，识别和借还处理的设备系统，用于读者自助进行流通资料的借还操作，方便读者和工作人员对流通资料进行借还处理。

1.3 智慧图书馆的优势

目前，RFID技术已经在很多领域得到了应用和普及，是一个完全成熟的技术，因此，其优势如下：

（1）无需接触识别，读写距离远。

（2）信息储存量大，读写速度快。

（3）抗干扰能力强，可以实现多个标签同时读取。

（4）标签大多为无源设计，并且可反复擦写。

（5）读写设备一次性投入，后期运营简单，维护成本低。

1.4 应用前景

目前，国内使用RFID技术来管理的图书馆并不多。但凭借着上述的五项优势，这种智慧型图书馆必然是未来图书馆的主流趋势。在当前的经济形势下，专业为图书馆开发RFID管理系统的公司屈指可数，并且由于其知识产权和专利的原因，其设备成本极高。因此，研究和普及基于RFID技术的智慧图书馆管理系统的应用前景非常广泛。

2.RFID技术分析

2.1 RFID技术的系统构成

RFID技术的系统通常由射频标签、读写器、天线已经计算机系统组成。

2.1.1射频标签

射频标签由标签芯片和标签天线组成，标签芯片用于存储物品所包含的信息。标签天线和阅读器进行无线通信，把标签芯片内的数据经阅读器天线传送给读写器处理。

2.1.2读写器

读写器可以通过其天线以非接触的方式快速地阅读射频标签内的信息，并可以对其进行改写并保存在芯片中，从而达到自动识别物体的目的。通常读写器与计算机系统进行连接。读写器通常还分为固定式读写器和移动式读写器。

2.1.3天线

天线是在射频标签和读写器之间发射电磁波，给射频标签提供微量能量，并负责接收来自射频标签发出的射频信号的设备。

2.2 RFID技术的工作原理

RFID技术的工作原理是：读写器通过天线在一定范围的磁场内发出特殊射频信号，若此时射频信号被无源射频标签接收到，射频标签就能凭借感应电流所获得的微量能量发送出存储在芯片中的信息，送至计算机系统中进行相关处理。

3.总体设计

3.1系统设计实施目标

通过系统的需求调研，RFID技术应用于图书馆图书管理过程中需要解决的主要问题包括以下几个方面：

（1）实现电子标签转换。

（2）实现图书自助借还。

（3）实现图书快速盘点。

（4）实现图书快速查找。

（5）实现错架图书快速整理。

（6）实现RFID安全门禁。

（7）实现与现有系统无缝链接。

UHF频段RFID技术的图书馆图书管理解决方案及相关的RFID设备较好地解决了以上基于应用需求提出的7个问题，在初步的应用中取得了良好的效果，为后续的推广应用打下了坚实的基础。

3.2总体设计

运用RFID技术设计系统模块包括：读者自助借阅系统馆员、工作站读取器、便携式馆藏点检器、智能流通标签转换连接工作站、读者自助还书系统、智能安全监测系统、应用服务器及校园借阅信息提示器。

整个图书馆RFID智能馆藏系统应用软件包括：标签转换系统、自助办证系统、RFID馆员工作站系统设备、自助借还书系统、24小时自助归还书机系统设备、馆藏清点系统设备、安全门系统设备、智能导航检索系统等。

4.自助借还书机系统介绍

4.1射频标签

射频标签即电子标签，用来存储用户信息，并在可识别的范围内将信息通过天线发射给读写器以便识别。无源电子标签，利用波束供电技术将射频场中的射频能量转化为直流电源为卡内电路供电。

电子标签由耦合元件及芯片组成，存储着需要被识别物品的相关信息，通常被放置在需要识别的物品的表面，它所存储的信息通常可被射频读写器通过非接触读/写获取， 每个标签具有全球唯一的识别号（ID），无法修改、无法仿造，这样提供了安全性。

电子标签不一定要在读头的光学可视范围之内，标签的载码体具有穿透大多数非金属材料的能力（假设频率合适的话）。因此，电子标签可以嵌入载体、容器乃至生产工具或劳保用品中，而且，这些容器和产品可以密封在外包装中，密封和包装不会对数据采集结果产生不利影响。

从逻辑上来说，一个电子标签被分为四个存贮体，每个存储体可以由一个或一个以上的存储器字（2 个字节）组成。

4.2射频读写器

射频读写器的基本任务是启动电子标签与其进行数据交换来实现非接触的无线通信，也就是识别出每一张在其识别范围之内的标签，并把数据经过调制送到处理器进行处理。

射频读写器是可以利用射频技术读/写射频识别标签信息的设备。读取（或写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的。通常阅读器与计算机相连，所读取的标签信息被传送到计算机上，进行下一步处理。

4.3网络系统

在射频系统中，计算机网络由基于ARM的开发板和WIFI模块与便携式路由器，PC间进行通信传输。

4.4天线

天线是在射频标签和读写器之间发射电磁波，给射频标签提供微量能量，并负责接收来自射频标签发出的射频信号的设备。

5.自助借还书机系统实现

经过对上述RFID子系统的开发及整合以及自助借还书机的外壳设计、制作，最后将RFID设备整合入自助借还书机外壳及调试，自助借还书机系统基本完成。

6.总结

尽管RFID技术已经渐渐开始普及，并且已经应用在例如智能交通，智能电网，门禁系统，车辆的自动识别和防盗，生产自动化和过程控制等各个领域。但是，RFID技术在应用过程中还存在很多问题，例如：标准不统一、有一定概率的误读、技术瓶颈以及工人失业等问题，但是这些问题在国际标准组织、各国政府、制造商等的努力下，正逐步得到解决。可以说基于RFID的智慧型图书馆必然是将来图书馆的发展趋势。在小组成员的共同努力下基于RFID自助借还书机系统已初现雏形。而小组当前的任务则是继续开发及完善自助借还书机的相关配套软件。

【参考文献】

[1]王颖.对RFID在图书馆应用的思考[J].图书馆工作与研究，2009，（02）.

[2]石蕾，陈敏雅. RFID系统中阅读器的设计与实现[J].电脑开发与应用，2008，（07）.

[3]陈冲，徐志，何明华.一种新的RFID防碰撞算法的研究[J].福州大学学报（自然科学版），2009，（03）.

[4]周永明.一种改进的查询树射频识别防冲突新算法[J].广东轻工职业技术学院学报，2006，（02）.

[5]刘筱霞，陈春霞.现代电子标签及其印刷技术[J].包装工程，2008，（05）.

[6]钱莹，凌云.RFID中间件设计研究[J].电脑与信息技术，2008，（05）.