基于X-RFID的智能型圖書館管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

　　圖書館的日常服務(wù)涉及到人流、物流的管理， 需要進(jìn)行大量的讀者和書刊的識(shí)別、訪問控制、統(tǒng)計(jì)等工作。

　　目前， 圖書館基本上都采用條形碼技術(shù)作為識(shí)別方法來實(shí)現(xiàn)這些功能。然而， 條形碼雖然有價(jià)格便宜、制作方便等優(yōu)點(diǎn)， 但是也存在一些先天的難以克服的缺點(diǎn)， 如因?yàn)槿菀啄p， 必須貼在書內(nèi)等給使用帶來不便， 并不完全適合圖書館。將XPM 和RFID 結(jié)合的X-RFID新技術(shù)能有效克服條形碼的缺點(diǎn)， 具有大容量、高穩(wěn)定性和長(zhǎng)壽命的存儲(chǔ)性能， 能實(shí)現(xiàn)許多條形碼無法實(shí)現(xiàn)的新功能， 開發(fā)、利用這些新功能將給圖書館的傳統(tǒng)服務(wù)工作帶來革命性的改變。

　　1 X-RFID 的概念及特點(diǎn)

　　即射頻識(shí)別（ Radio Frequency IdentificatiON,RFID） 具有非接觸、工作距離長(zhǎng)、適于惡劣環(huán)境、可識(shí)別運(yùn)動(dòng)目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)， 識(shí)別工作無需人工干預(yù)， 可工作于各種惡劣環(huán)境。

　　超級(jí)永久性存儲(chǔ)器（ Super Permanent Memory ,XPM） 是一種新型不揮發(fā)存儲(chǔ)器（ Non-Volatile Memory, NVM） 技術(shù)。它采用100%的深亞微米標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝， 與制造邏輯電路（ CPU, DSP 等） 相同， 不需增加浮置柵工藝。經(jīng)實(shí)踐表明， XPM 產(chǎn)品具有高可靠性， 不易受溫度、電壓、輻照以及讀操作次數(shù)等因素的負(fù)面影響。

　　X-RFID 則是采用將XPM 技術(shù)， 應(yīng)用于RFID 芯片中， 用XPM 存儲(chǔ)器替代傳統(tǒng)的EEPROM 作為ID 碼存儲(chǔ)器件， 從而使XPM 存儲(chǔ)器的優(yōu)勢(shì)得到集中的體現(xiàn)?？蓮V泛運(yùn)用于物流業(yè)、零售業(yè)、制造業(yè)、公共交通、醫(yī)療衛(wèi)生、機(jī)場(chǎng)、鐵路、資產(chǎn)管理、身份識(shí)別、安全保衛(wèi)、產(chǎn)權(quán)保護(hù)和軍事等領(lǐng)域， 具有成本低、工藝兼容性高、保密性高、物理不可擦除等特點(diǎn)。

　　RFID 與X-RFID 芯片構(gòu)成比較如圖1 所示。

圖1 RFID 與X-RFID 芯片構(gòu)成比較

采用XPM 技術(shù)的RFID 系統(tǒng)與其他RFID 技術(shù)相比具有更多優(yōu)越性（ 見表1） 。

表1 X-RFID 與其他RFID 技術(shù)的比較

　　2 X-RFID 系統(tǒng)的組成及工作原理

　　X-RFID 應(yīng)用系統(tǒng)由標(biāo)簽、天線、讀寫器、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)4 部分組成， 如圖2 所示。

圖2 X-RFID 系統(tǒng)圖

　　X-RFID 標(biāo)簽是射頻識(shí)別系統(tǒng)的核心， 又稱為射頻標(biāo)簽， 其英文名為TA G, 也有稱為L(zhǎng)ABEL 的。電子標(biāo)簽是射頻識(shí)別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體。一般情況下， 射頻標(biāo)簽由耦合元件及芯片組成， 每個(gè)標(biāo)簽具有惟一的電子編碼， 附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象； 當(dāng)受無線電射頻信號(hào)照射時(shí)， 能反射回?cái)y帶有數(shù)字字母編碼信息的無線電射頻信號(hào)， 供閱讀器處理識(shí)別。依據(jù)射頻標(biāo)簽供電方式的不同， 可以分為有源（ Active Tag ） 和無源（ PassiveTag） , 有源標(biāo)簽內(nèi)裝有電池， 無源標(biāo)簽內(nèi)部沒有電池。

　　讀寫器是讀或讀/ 寫電子標(biāo)簽的電子裝置， 有時(shí)也被稱為閱讀器（ Reading Device） 、查詢器（ Interro gator） 、通信器或讀出裝置， 可設(shè)計(jì)為手持式或固定式。

　　讀寫器是信號(hào)產(chǎn)生、發(fā)射、接收的設(shè)備， 它產(chǎn)生的射頻信號(hào)， 經(jīng)功率放大器放大， 通過天線發(fā)射出去， 同時(shí)接收由標(biāo)簽反射回來的信號(hào)， 經(jīng)射頻接收器進(jìn)行收發(fā)分離， 然后進(jìn)行檢波、解調(diào)、通過前置放大器放大， 送至讀出計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)， 讀寫器通過天線向標(biāo)簽發(fā)一組固定頻率的電磁波， 標(biāo)簽內(nèi)有一個(gè)LC 串聯(lián)諧振電路， 其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同， 在電磁波的激勵(lì)下， LC 諧振電路產(chǎn)生共振， 從而使電容內(nèi)有了電荷， 在這個(gè)電容的另一端， 接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖茫瑢㈦娙輧?nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)儲(chǔ)存， 當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2 V 時(shí)， 此電容可作為電源為其他電路提供工作電壓， 將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接取讀寫器的數(shù)據(jù)， 還原標(biāo)簽中的物體信息， 從而達(dá)到識(shí)別物體的目的。讀寫器的天線可以內(nèi)置， 也可以外置。

　　X-RFID 的工作頻段， 對(duì)射頻識(shí)別系統(tǒng)來說， 最主要的頻率是0 ~ 135 kHz, 以及ISM 頻率6. 78 MHz,13. 56 MHz, 27. 125 MHz, 40. 68 MHz, 433. 92 MHz,869. 0 MHz, 915. 0 MHz （ 在歐洲不使用） , 2. 45 GHz,5. 8 GHz以及24. 125 GHz。

3 X-RFID 在圖書館中的應(yīng)用

　　采用RFID 技術(shù)進(jìn)行圖書館業(yè)務(wù)的自動(dòng)化， 就必須要求RFID 標(biāo)簽對(duì)數(shù)據(jù)保存的期限、成本的承受能力、數(shù)據(jù)的安全性等方面都有著極高的要求， 而按照目前最通用的基于EEPROM 技術(shù)的RFID 標(biāo)簽， 則存在著數(shù)據(jù)保存時(shí)較短、安全性不高、成本較高、數(shù)據(jù)容易丟失等缺陷。所以， 在各種RFID 技術(shù)中， 采用XPM 技術(shù)是最適合用于RFID 圖書館管理系統(tǒng)中的。這不僅有效地解決了數(shù)據(jù)保存時(shí)期和安全性， 也相對(duì)降低了RFID圖書館管理系統(tǒng)的運(yùn)行和實(shí)施成本， 同時(shí)也為RFID 在圖書館行業(yè)的廣泛應(yīng)用提供了充分條件。

　　X-RFID 技術(shù)在圖書館主要應(yīng)用于自助借書站、自助還書箱、柜臺(tái)工作站、館藏分檢系統(tǒng)、機(jī)檢服務(wù)站、電子安全門、書架管理系統(tǒng)等方面?；赬-RFID 的智能型圖書館管理系統(tǒng)， 如圖3 所示。

圖3 X-RFID 圖書管理系統(tǒng)組成圖

　　X-RFID 標(biāo)簽可提供便捷的資料管理， 又具有防竊保護(hù)功能； 天線主要提供出入口的保安工作， 它能準(zhǔn)確地識(shí)別出觸發(fā)警報(bào)的每一本書的書名， 真正做到無誤報(bào)警； 柜臺(tái)工作站是供管理員在辦理借還書手續(xù)時(shí)讀取書本的RFID 碼， 方便圖書館管理員隨時(shí)攜帶手持讀碼器來捕捉書上的智能標(biāo)簽的信息， 快速搜索圖書， 將書架上放亂的書管理歸類； 自助借還書機(jī)能讓讀者自己辦理借閱手續(xù)， 它由借書卡讀寫器、RFID 讀寫器、觸控式熒幕以及一臺(tái)收據(jù)打印機(jī)所組成； 自動(dòng)分揀系統(tǒng)， 運(yùn)用讀寫器識(shí)別標(biāo)簽， 達(dá)到自動(dòng)分揀的目的； 應(yīng)用軟件以SIP2的界面， 通過以太網(wǎng)絡(luò)的接口與LAS 以及其他的部件連接， 將智能圖書館管理系統(tǒng)與圖書館的流通自動(dòng)化系統(tǒng)連接起來， 給讀者和圖書館管理員帶來便利。

　　4 使用X-RFID系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

　　4. 1 流程簡(jiǎn)化， 提高了效率

　　目前的借還書流程普遍采用條碼掃描系統(tǒng)， 條碼數(shù)據(jù)的采集是通過固定的或手持的條形碼掃描器完成的，條碼容易破損且只適用于近距離、靜態(tài)、小數(shù)據(jù)采集， 加之掃描操作需要人工翻開圖書并找到條碼位置才能掃描， 操作流程較為繁瑣， 借還書效率低。引入X-RFID技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、快速、大數(shù)據(jù)量、智能化的圖書借還流程， 提高信息存儲(chǔ)的安全性、信息讀寫的可靠性、借還書的高速快捷性。

　　4. 2 系統(tǒng)改進(jìn)， 提高了安全性

　　利用X-RFID 技術(shù)改進(jìn)現(xiàn)有的管理系統(tǒng)， 將防盜系統(tǒng)與圖書流通管理系統(tǒng)聯(lián)系起來， 記錄每本圖書的進(jìn)出庫歷史記錄， 從而可以與借還書的歷史記錄進(jìn)行匹配。

　　可以有效提高防盜系統(tǒng)的準(zhǔn)確性， 確保圖書安全。

　　4. 3 降低工作量， 提高了工作滿意度

　　圖書館工作人員由于積年累月的重復(fù)性勞動(dòng)， 工作本身很繁重， 如依靠人工圖書盤點(diǎn)工作量大， 很容易對(duì)工作產(chǎn)生一定的消極思想； 加上讀者也對(duì)圖書館表示不滿， 導(dǎo)致圖書館工作滿意度有所下降。通過X-RFID 技術(shù)改造， 可以把工作人員從圖書館日常繁重的重復(fù)勞動(dòng)中解放出來， 同時(shí)提高讀者對(duì)圖書館工作的滿意程度。

　　4. 4 電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)保持力強(qiáng)， 碼壽命長(zhǎng)

　　由于采用物理上不可擦寫的方法， 相比采用高壓電盒來進(jìn)行儲(chǔ)存數(shù)據(jù)， 采用EEPROM 技術(shù)的RFID 數(shù)據(jù)則最多保存10 年， 而X-RFID 的數(shù)據(jù)保持力可達(dá)100 年以上。由于采用了非接觸式的讀取方式， 加上具有防水、防磁、耐高溫的特性， RFID 電子標(biāo)簽的壽命比條形碼長(zhǎng)得多。每個(gè)電子標(biāo)簽最少能被讀取十萬次以上。這樣， 電子標(biāo)簽一旦貼上后就可以長(zhǎng)期使用。

　　5 結(jié)語

　　由于目前我國(guó)圖書館的發(fā)展現(xiàn)狀， X-RFID 在中國(guó)圖書館領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用受到各種因素的制約， 實(shí)現(xiàn)還需要較長(zhǎng)時(shí)間的努力。但是， X-RFID 可以讓圖書館實(shí)現(xiàn)真正的智能化管理， 通過