郭玉娟 劉保杰 李秀華 姜磊磊

摘 要 結(jié)合RFID和WiFi技術(shù)，論文設(shè)計了一種基于ARM內(nèi)核和Linux操作系統(tǒng)的便攜式圖書管理系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的軟硬件架構(gòu)，各功能模塊的功能以及實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)減輕了圖書管理人員的勞動強度，提高了工作效率，為讀者的借還書操作提供了便利，為構(gòu)建數(shù)字化圖書館提供了技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞 無線射頻技術(shù)（RFID） WiFi ARM 圖書管理系統(tǒng) 檔案管理

分類號 G250.7

DOI 10.16810/j.cnki.1672-514X.2018.09.011

Abstract In this paper， combining with RFID and WiFi technology， a portable library management system based on ARM core and Linux operating system is designed， and the hardware and software system architecture， each functional module and key technologies are introduced. The application results show that the system can reduce the labor intensity of librarians， improve work efficiency and provide convenience for readers to borrow books， which provides technical support for the construction of digital library.

Keywords Radio frequency identification （RFID）. WiFi. ARM. Library management system. Archives management.

無線射頻技術(shù) （RFID） 是一種新式的非接觸的自動識別技術(shù)，具有存儲信息量大，讀寫速度快，感知距離遠等優(yōu)點，已被許多國內(nèi)外圖書館所采用。它在圖書館自助借還、圖書盤點、上架等方面實現(xiàn)了圖書信息處理的自動化管理，突破了傳統(tǒng)圖書借還的時空限制，提高了圖書館的工作效率，讀者評價的滿意率也較高。根據(jù)Checkilst的不完全統(tǒng)計，截至2016年底，全球已有7000多家圖書館采用了RFID技術(shù)，而我國目前也已有近千家圖書館引進了RFID技術(shù)用于圖書管理[1-3]。盡管如此，系統(tǒng)使用過程中還存在著一些問題[4]，諸如RFID系統(tǒng)自助借還后，由圖書管理員負責(zé)上架，所需要的人力仍較多；圖書的盤點和排架仍需要館員定期操作實現(xiàn)；在自助機上，讀者查詢到需要的書籍后需要記錄書籍所在的位置，不利于書籍的快速借閱；RFID自助還書機和推車式上架盤點設(shè)備價格昂貴，而且體積大，重量重。針對以上問題，本文設(shè)計了一種基于ARM的便攜式圖書管理系統(tǒng)，用以實現(xiàn)圖書的快速上架、借還、盤點、智能定位等操作，取得了良好的應(yīng)用效果。

1 便攜式圖書管理系統(tǒng)概況

便攜式圖書管理系統(tǒng)是以三星公司生產(chǎn)的S3C6410A微處理器為硬件平臺，系統(tǒng)的軟件平臺采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，使用C語言編程進行應(yīng)用軟件的開發(fā)（見圖1）。該系統(tǒng)利用RFID技術(shù)實現(xiàn)圖書信息讀取，并將讀取的信息通過WiFi網(wǎng)絡(luò)及時傳送至指定項目管理服務(wù)器，構(gòu)建圖書信息到數(shù)據(jù)庫的實時更新，讀者可以很方便地完成書籍的借還及上架操作，圖書管理員可以更加便捷的完成書籍的盤點，并且極大的節(jié)約了成本，提高了經(jīng)濟效益。同時，讀者也可以通過便攜式圖書管理系統(tǒng)或互聯(lián)網(wǎng)訪問服務(wù)器查詢個人借閱信息。

當(dāng)讀者進行還書操作時，只需進入便攜式圖書管理系統(tǒng)還書界面，將需要歸還的圖書放置到指定位置，系統(tǒng)會自動識別歸還的圖書，讀者只需確認即可，同時系統(tǒng)會將歸還圖書的位置顯示在屏幕上，讀者可以按照指示將歸還的圖書放置到指定位置；當(dāng)讀者進行借書操作時，讀者可以在系統(tǒng)上查詢書籍，選定相應(yīng)書籍后系統(tǒng)會自動顯示書籍所在的位置，讀者確定需要借閱的書籍后，將需要借閱的圖書放置到指定位置，系統(tǒng)會自動識別借閱的圖書，讀者只需確認即可；當(dāng)圖書管理員需要盤點書籍時，進入系統(tǒng)的盤點界面，系統(tǒng)自動對圖書進行盤點，將放置位置不正確的圖書標(biāo)紅并提示正確的位置。

2 軟硬件平臺構(gòu)建

便攜式圖書管理系統(tǒng)主要應(yīng)用于書籍的借還、上架和盤點中。要求體積小、重量輕、存儲空間大、超長待機、系統(tǒng)開放設(shè)計，方便進行二次開發(fā)等[5]。

系統(tǒng)硬件設(shè)計框架如圖2所示，系統(tǒng)硬件的微處理器采用三星公司生產(chǎn)的S3C6410A，內(nèi)核是ARM1176JZF-S，主頻為667MHz；USB 2.0（480MBPS）接口連接計算機（PC），實現(xiàn)系統(tǒng)程序的調(diào)試和下載；存儲器方面，擴展了1GB Nandflash和1GB SDRAM，其中前者用于存儲根文件系統(tǒng)、Bootloader和Linux內(nèi)核要滿足掉電后數(shù)據(jù)不丟失的要求，后者用于系統(tǒng)啟動后程序運行； LCD觸摸屏通過LCD接口連接到S3C6410A，它采用分辨率1024*768的真彩屏，用于圖書管理系統(tǒng)的界面顯示；UART1與WiFi模塊連接，CAN與圖書智能定位系統(tǒng)的主控制器相連，用于控制主控制器的啟動與關(guān)閉；圖書信息的采集由RFID閱讀器實現(xiàn)，它與S3C6410A通過RS-232串口通信。

便攜式圖書管理系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺采用Linux嵌入式操作系統(tǒng)，圖形界面的開發(fā)設(shè)計使用Qt，程序開發(fā)使用C語言，數(shù)據(jù)采用SQLite3數(shù)據(jù)庫模式[6-7]。

3 功能模塊設(shè)計

便攜式圖書管理系統(tǒng)的程序設(shè)計采用模塊化設(shè)計思想，由主程序模塊（登陸界面模塊，還書模塊，借書模塊，盤點模塊，查詢模塊，數(shù)據(jù)庫管理模塊以及賬戶管理模塊） 和若干子程序模塊（按鍵掃描模塊，數(shù)據(jù)錄入模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)存儲模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊等） 組成，當(dāng)進行某一主程序操作時，只需點擊相應(yīng)圖標(biāo)，相應(yīng)的子程序模塊將被主程序調(diào)用，子程序依靠標(biāo)志位和判斷標(biāo)志位完成對相關(guān)事件的處理，驅(qū)動相應(yīng)的硬件模塊工作。系統(tǒng)程序構(gòu)架如圖3所示，（b）是（a）的B樹枝。為操縱方便，基于面向?qū)ο蟮脑瓌t，各功能模塊以圖標(biāo)顯示，系統(tǒng)啟動后，進入GUI主界面，點擊功能模塊圖標(biāo)將進入相應(yīng)的操作子界面，實現(xiàn)相應(yīng)功能[8]。

（1） 登陸界面模塊。本模塊主要用于圖書管理員和讀者登錄圖書管理系統(tǒng)，輸入用戶名稱和密碼后，系統(tǒng)將發(fā)送信息到后臺程序進行驗證，正確方可成功登錄，用戶根據(jù)自身的操作權(quán)限進行相關(guān)操作，讀者可以進行借、還書、查詢操作和賬戶管理中的修改密碼操作，圖書管理員可以進行主程序的所有操作，這樣避免了人為誤操作或惡意操作對數(shù)據(jù)的損壞。

（2） 還書模塊。本模塊主要用于讀者歸還圖書和圖書的上架。當(dāng)讀者歸還圖書時，點擊便攜式圖書管理系統(tǒng)屏幕上還書圖標(biāo)進入還書系統(tǒng)，然后將歸還的圖書放置至系統(tǒng)前，圖書管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊將自動接收張貼于圖書上的RFID電子標(biāo)簽信息，然后存儲信息并生成還書清單，讀者核對無誤后點擊確認，則完成圖書歸還，之后系統(tǒng)會在屏幕上顯示歸還圖書應(yīng)該存放的位置，讀者按照指示將圖書上架，上架后的圖書通過圖書智能定位系統(tǒng)發(fā)送至服務(wù)器。如果讀者沒按要求將圖書上架，系統(tǒng)將進行記錄，無法進行借書操作，需要到圖書管理員處進行解鎖，使圖書歸還更加規(guī)范有序。

（3） 借書模塊。當(dāng)讀者借閱圖書時，點擊便攜式圖書管理系統(tǒng)屏幕上借書圖標(biāo)進入借書系統(tǒng)，系統(tǒng)將顯示當(dāng)前已經(jīng)借閱的圖書（包括借閱時間，歸還時間）以及當(dāng)前能夠借閱的圖書數(shù)量，讀者只需將借閱的圖書放置至系統(tǒng)前，圖書管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊將自動接收張貼于圖書上的RFID電子標(biāo)簽信息，然后存儲信息并生成借書清單，讀者核對無誤后點擊確認，則完成借書操作。

（4） 查詢模塊。當(dāng)讀者查詢某方面的圖書時，點擊便攜式圖書管理系統(tǒng)屏幕上查詢圖標(biāo)進入查詢界面，界面提供兩種檢索方式。一種為快速檢索，該檢索只提供書目檢索，讀者輸入所要查詢的詞語，系統(tǒng)會顯示圖書館中所有包含輸入詞語書目的圖書，并提供不同的排序方式，包括日期降序、日期升序、借閱量升序和借閱量降序。當(dāng)選中某本圖書時，點擊該圖書的書目可以看到圖書的詳細信息，包括圖書的簡介、目錄、作者、出版時間、出版單位、館藏數(shù)量和圖書位置。另一種為專業(yè)檢索，該檢索提供書目、作者、出版單位及出版時間檢索，可以對圖書精確檢索，同樣，點擊該圖書的書目可以看到圖書的詳細信息。當(dāng)讀者需要查看提取某本圖書時，可以按照智能定位指示，只需攜帶設(shè)備就可以快速找到圖書。

（5） 盤點模塊。當(dāng)館員盤點圖書時，點擊便攜式圖書管理系統(tǒng)屏幕上盤點圖標(biāo)進入圖書盤點界面，界面提供兩種盤點方式，一種是手動盤點，該方式顯示當(dāng)前圖書館館藏圖書及圖書應(yīng)存放的位置，圖書管理員按照架次逐一盤點和排架，工作量大，強度高；另一種是一鍵盤點，該方式依托于圖書智能定位系統(tǒng)，當(dāng)點擊 “一鍵盤點”時，系統(tǒng)顯示當(dāng)前圖書館錯架的館藏圖書，并顯示錯架圖書的當(dāng)前位置，圖書管理員只需將錯架的圖書進行盤點和排架即可，無需將館藏圖書進行全部清點，降低了圖書管理員的工作量，一定程度上解決了圖書管理員勞動強度與圖書架位信息準(zhǔn)確度之間的矛盾。

（6） 數(shù)據(jù)庫管理模塊。本模塊主要用于管理數(shù)據(jù)庫信息，包括圖書信息和用戶信息的更新。該模塊的后臺程序會定時通過WiFi網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器通信，上傳讀者和圖書管理員在系統(tǒng)上更改的信息，同時下載服務(wù)器上最新信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸。

（7） 賬號管理模塊。本模塊主要用于管理賬號信息。包括賬戶申請、密碼設(shè)置、密碼修改、操作權(quán)限設(shè)置等。獲取設(shè)置的數(shù)據(jù)通過GET方法，獲取后保存設(shè)置數(shù)據(jù)通過SET方法。

4 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

上述各功能模塊功能的實現(xiàn)離不開圖書的智能定位和系統(tǒng)信息的實時傳輸，下面重點對這兩方面進行介紹。

4.1 圖書智能定位系統(tǒng)

它主要由主控制器、天線組、RFID信號采集器、射頻多路切換開關(guān)和WiFi模塊組成。圖4給出了圖書智能定位系統(tǒng)原理圖。天線組是RFID信號采集器的延伸，它將貼于圖書上的RFID標(biāo)簽信息感應(yīng)出來， RFID信號采集器將感應(yīng)的圖書信息（書名、位置、狀態(tài)等） 進行識讀，并將識讀的圖書信息傳送給主控制器，圖書信息在主控制器中進行處理、打包，然后，通過WiFi模塊經(jīng)由交換機發(fā)送至服務(wù)器，在服務(wù)器中，開發(fā)專用應(yīng)用程序用于數(shù)據(jù)的接收和數(shù)據(jù)庫更新工作[9-10]。

主控制器主要完成射頻多路切換開關(guān)的控制、驅(qū)動RFID信號采集器采集天線組感應(yīng)的圖書信息，處理圖書信息，驅(qū)動WiFi模塊及傳輸圖書信息。主控制器選用C8051f410單片機，通過I/O口與射頻多路切換開關(guān)、RFID信號采集器連接，根據(jù)設(shè)定的協(xié)議要求對射頻多路切換開關(guān)、RFID信號采集器（SPI總線）控制，對特定層架圖書信息進行采集；WiFi模塊通過UART端口與單片機連接，向模塊串口發(fā)送按照一定格式編碼的數(shù)據(jù)，并通過WiFi上傳至服務(wù)器，實現(xiàn)圖書信息的實時傳輸，其工作流程如圖5所示。

4.2 應(yīng)用接口軟件及數(shù)據(jù)庫設(shè)計

服務(wù)器端采用VC#開發(fā)專用的應(yīng)用程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和數(shù)據(jù)庫的更新。在應(yīng)用程序運行時，本機的端口和地址被程序自動設(shè)置，開啟服務(wù)監(jiān)聽，通過WiFi網(wǎng)絡(luò)，接收便攜式圖書管理系統(tǒng)和圖書智能定位系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后進行數(shù)據(jù)的解析和校驗。如果不合格，不更新到數(shù)據(jù)庫，并發(fā)送錯誤應(yīng)答；如果合格，更新到數(shù)據(jù)庫，并發(fā)送正確應(yīng)答。服務(wù)器應(yīng)用程序工作流程如圖6。圖書管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用SQLSever，當(dāng)服務(wù)器接收到上傳的數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)將更新數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)圖書信息，此時應(yīng)用sql語句來實現(xiàn)[11-12]。

5 結(jié)語

本文結(jié)合圖書館覆蓋的WiFi網(wǎng)絡(luò)的實際，針對RFID技術(shù)在圖書管理中存在的部分問題，設(shè)計了便攜式圖書管理系統(tǒng)，具有操作簡單，便于攜帶，經(jīng)濟性好的特點。該系統(tǒng)在陸軍軍官學(xué)院圖書館進行了試用，結(jié)果表明圖書上架、盤點、借還和查詢的效率大大提高，不僅效率提高了近一倍，而且方便了讀者，平時需要約7分鐘查找所需圖書，現(xiàn)在只需3分鐘即可完成，為實現(xiàn)全面的無線聯(lián)網(wǎng)圖書管理系統(tǒng)創(chuàng)造了條件?？傮w上，該套系統(tǒng)具有很好的實用價值和推廣應(yīng)用前景。

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郭玉娟 安徽廣播電視大學(xué)圖書館館員。安徽合肥，230022。

劉保杰 陸軍軍官學(xué)院博士研究生。安徽合肥，230022。

李秀華 安徽廣播電視大學(xué)圖書館副研究館員。安徽合肥，230022。

姜磊磊 安徽廣播電視大學(xué)講師。 安徽合肥，230022。

（收稿日期：2017-08-06 編校：劉 明，陳安琪）