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(tǒng)的圖書管理系統(tǒng)，通過條形碼來實現(xiàn)書籍的管理，無法實現(xiàn)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(huán)境影響較大，有時可能出現(xiàn)識別靈敏度不高或識別出錯的情況。因此設(shè)計基于5G的RFID圖書管理系統(tǒng)。

RFID圖書管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)的圖書管理系統(tǒng)相比，節(jié)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(huán)境因素，大大提高了安全系數(shù)[1]。李瑛的基于RFID的智能圖書管理系統(tǒng)[2]實現(xiàn)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(shù)的智能書架管理系統(tǒng)研究[3]，實現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)”證實了RFID圖書管理系統(tǒng)99.7%的無漏識別率[4]。綜上所述，RFID圖書管理系統(tǒng)技術(shù)上在逐步成熟，并已在河北聯(lián)合大學圖書館運行[5]，本文在前人研究的基礎(chǔ)上進行了改進，提出了基于5G的RFID圖書管理系統(tǒng)，將RFID讀寫器與微信小程序相結(jié)合，實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)隨時隨地查詢圖書信息和借閱情況。本文對該系統(tǒng)與微信小程序結(jié)合的試運行界面做初步的介紹。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

本系統(tǒng)采用RFID讀寫器與微信小程序相結(jié)合的方式，通過日益普及的5G網(wǎng)絡(luò)，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(tǒng)由RFID讀寫器進行數(shù)據(jù)采集，預留RS232及485接口對RFID讀寫器采集數(shù)據(jù)進行傳輸，通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊對數(shù)據(jù)進行匯總，并通過ESP8266模塊將數(shù)據(jù)透傳至公網(wǎng)，服務(wù)器端再將采集的數(shù)據(jù)提供給微信小程序進行數(shù)據(jù)庫更新。服務(wù)器端通過多線程接收公網(wǎng)IP通道內(nèi)指定端口的數(shù)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(shù)據(jù)內(nèi)容，并更新云數(shù)據(jù)庫，在登錄接口時，通過微信小程序獲取獨有的數(shù)值，發(fā)送給服務(wù)器端，通過服務(wù)器端訪問微信平臺，取出此時設(shè)備的個人信息發(fā)送給微信小程序，本系統(tǒng)采用異步請求方式保存用戶個人信息。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 硬件架構(gòu)

該系統(tǒng)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(fā)送存儲在芯片的書籍信息信號；或者標簽主動發(fā)送特定頻率信號，讀寫器讀取信息并解碼，發(fā)送到中央信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理[6]，本系統(tǒng)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(tǒng)書架每層放置有4個RFID讀寫器，具體讀寫器的安裝數(shù)量依據(jù)傳統(tǒng)書架安裝的層數(shù)而定[7]。如果傳統(tǒng)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(tǒng)書架的外側(cè)安裝系統(tǒng)數(shù)據(jù)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(tǒng)硬件基本構(gòu)成框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件基本構(gòu)成框圖

此外，該系統(tǒng)還可以根據(jù)圖書的最新狀態(tài)，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(jié)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(fā)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(gòu)

軟件系統(tǒng)主要架構(gòu)包括微信小程序、服務(wù)器端和數(shù)據(jù)庫。軟件架構(gòu)圖如圖4所示。微信小程序：基于微信小程序平臺開發(fā)，使用springboot框架。服務(wù)器端：解析所有微信小程序發(fā)送來的請求。數(shù)據(jù)庫：使用微信云數(shù)據(jù)庫[9]。

圖4 軟件架構(gòu)圖

本系統(tǒng)中微信小程序的設(shè)計通過人臉識別技術(shù)識別學生的身份，并根據(jù)學生的喜好推送圖書。它與RFID讀寫器相關(guān)聯(lián)，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(xiàn)學生在圖書館的借還書籍的管理。其結(jié)構(gòu)圖如圖5所示、功能圖如圖6所示。

圖5 微信小程序結(jié)構(gòu)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(diào)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?？蛻舳双@取ID后，調(diào)用云函數(shù)，在云函數(shù)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(shù)端發(fā)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(nèi)容。當人臉識別API接口返回內(nèi)容之后，云函數(shù)原封不動的將數(shù)據(jù)發(fā)回給客戶端。然后客戶端解析數(shù)據(jù)，通過前端展示給客戶。

3.2 數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建

在數(shù)據(jù)庫中初始創(chuàng)建了三個永久表：Persion、Borrow、search。系統(tǒng)運行后，這三個表中所記錄的內(nèi)容都及時更新。

數(shù)據(jù)庫內(nèi)所有圖書的初始狀態(tài)均為“未借閱”狀態(tài)，當圖書被借閱時，其狀態(tài)更新為“已借閱”，當圖書歸還并置于書架上時，狀態(tài)則被更新為“未借閱”。以上狀態(tài)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(shè)定的時間間隔，定時讀取RFID標簽。讀取到的信息被存入數(shù)據(jù)庫的search表中。該查詢語句用于更新可外借圖書的狀態(tài)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(tài)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(tǒng)功能展示

“RFID智能圖書管理系統(tǒng)”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(tǒng)”；(2)點擊”書庫”界面，查詢所有圖書狀態(tài)，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(jié)論

該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的圖書管理系統(tǒng)相比校，更加的智能化、人性化。實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)，根據(jù)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。