基于X-RFID的智能型图书馆管理系统设计

引言

　　图书馆的日常服务涉及到人流、物流的管理， 需要进行大量的读者和书刊的识别、访问控制、统计等工作。

　　目前， 图书馆基本上都采用条形码技术作为识别方法来实现这些功能。然而， 条形码虽然有价格便宜、制作方便等优点， 但是也存在一些先天的难以克服的缺点， 如因为容易磨损， 必须贴在书内等给使用带来不便， 并不完全适合图书馆。将XPM 和RFID 结合的X-RFID新技术能有效克服条形码的缺点， 具有大容量、高稳定性和长寿命的存储性能， 能实现许多条形码无法实现的新功能， 开发、利用这些新功能将给图书馆的传统服务工作带来革命性的改变。

　　1  X-RFID 的概念及特点

　　即射频识别（ Radio Frequency IdentificatiON,RFID） 具有非接触、工作距离长、适于恶劣环境、可识别运动目标等优点。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据， 识别工作无需人工干预， 可工作于各种恶劣环境。

　　超级永久性存储器（ Super Permanent Memory ,XPM） 是一种新型不挥发存储器（ Non-Volatile Memory, NVM） 技术。它采用100%的深亚微米标准CMOS工艺， 与制造逻辑电路（ CPU, DSP 等） 相同， 不需增加浮置栅工艺。经实践表明， XPM 产品具有高可靠性， 不易受温度、电压、辐照以及读操作次数等因素的负面影响。

　　X-RFID 则是采用将XPM 技术， 应用于RFID 芯片中， 用XPM 存储器替代传统的EEPROM 作为ID 码存储器件， 从而使XPM 存储器的优势得到集中的体现。可广泛运用于物流业、零售业、制造业、公共交通、医疗卫生、机场、铁路、资产管理、身份识别、安全保卫、产权保护和军事等领域， 具有成本低、工艺兼容性高、保密性高、物理不可擦除等特点。

　　RFID 与X-RFID 芯片构成比较如图1 所示。

图1  RFID 与X-RFID 芯片构成比较

采用XPM 技术的RFID 系统与其他RFID 技术相比具有更多优越性（ 见表1） 。

表1  X-RFID 与其他RFID 技术的比较

　　2  X-RFID 系统的组成及工作原理

　　X-RFID 应用系统由标签、天线、读写器、数据管理系统4 部分组成， 如图2 所示。

图2 X-RFID 系统图

　　X-RFID 标签是射频识别系统的核心， 又称为射频标签， 其英文名为TA G, 也有称为LABEL 的。电子标签是射频识别系统真正的数据载体。一般情况下， 射频标签由耦合元件及芯片组成， 每个标签具有惟一的电子编码， 附着在物体上标识目标对象； 当受无线电射频信号照射时， 能反射回携带有数字字母编码信息的无线电射频信号， 供阅读器处理识别。依据射频标签供电方式的不同， 可以分为有源（ Active Tag ） 和无源（ PassiveTag） , 有源标签内装有电池， 无源标签内部没有电池。

　　读写器是读或读/ 写电子标签的电子装置， 有时也被称为阅读器（ Reading Device） 、查询器（ Interro gator） 、通信器或读出装置， 可设计为手持式或固定式。

　　读写器是信号产生、发射、接收的设备， 它产生的射频信号， 经功率放大器放大， 通过天线发射出去， 同时接收由标签反射回来的信号， 经射频接收器进行收发分离， 然后进行检波、解调、通过前置放大器放大， 送至读出计算机进行处理。当标签进入磁场时， 读写器通过天线向标签发一组固定频率的电磁波， 标签内有一个LC 串联谐振电路， 其频率与读写器发射的频率相同， 在电磁波的激励下， LC 谐振电路产生共振， 从而使电容内有了电荷， 在这个电容的另一端， 接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存， 当所积累的电荷达到2 V 时， 此电容可作为电源为其他电路提供工作电压， 将卡内数据发射出去或接取读写器的数据， 还原标签中的物体信息， 从而达到识别物体的目的。读写器的天线可以内置， 也可以外置。

　　X-RFID 的工作频段， 对射频识别系统来说， 最主要的频率是0 ~ 135 kHz, 以及ISM 频率6. 78 MHz,13. 56 MHz, 27. 125 MHz, 40. 68 MHz, 433. 92 MHz,869. 0 MHz, 915. 0 MHz （ 在欧洲不使用） , 2. 45 GHz,5. 8 GHz以及24. 125 GHz。

3  X-RFID 在图书馆中的应用

　　采用RFID 技术进行图书馆业务的自动化， 就必须要求RFID 标签对数据保存的期限、成本的承受能力、数据的安全性等方面都有着极高的要求， 而按照目前最通用的基于EEPROM 技术的RFID 标签， 则存在着数据保存时较短、安全性不高、成本较高、数据容易丢失等缺陷。所以， 在各种RFID 技术中， 采用XPM 技术是最适合用于RFID 图书馆管理系统中的。这不仅有效地解决了数据保存时期和安全性， 也相对降低了RFID图书馆管理系统的运行和实施成本， 同时也为RFID 在图书馆行业的广泛应用提供了充分条件。

　　X-RFID 技术在图书馆主要应用于自助借书站、自助还书箱、柜台工作站、馆藏分检系统、机检服务站、电子安全门、书架管理系统等方面。基于X-RFID 的智能型图书馆管理系统， 如图3 所示。

图3 X-RFID 图书管理系统组成图

　　X-RFID 标签可提供便捷的资料管理， 又具有防窃保护功能； 天线主要提供出入口的保安工作， 它能准确地识别出触发警报的每一本书的书名， 真正做到无误报警； 柜台工作站是供管理员在办理借还书手续时读取书本的RFID 码， 方便图书馆管理员随时携带手持读码器来捕捉书上的智能标签的信息， 快速搜索图书， 将书架上放乱的书管理归类； 自助借还书机能让读者自己办理借阅手续， 它由借书卡读写器、RFID 读写器、触控式荧幕以及一台收据打印机所组成； 自动分拣系统， 运用读写器识别标签， 达到自动分拣的目的； 应用软件以SIP2的界面， 通过以太网络的接口与LAS 以及其他的部件连接， 将智能图书馆管理系统与图书馆的流通自动化系统连接起来， 给读者和图书馆管理员带来便利。

　　4  使用X-RFID系统的优点

　　4. 1  流程简化， 提高了效率

　　目前的借还书流程普遍采用条码扫描系统， 条码数据的采集是通过固定的或手持的条形码扫描器完成的，条码容易破损且只适用于近距离、静态、小数据采集， 加之扫描操作需要人工翻开图书并找到条码位置才能扫描， 操作流程较为繁琐， 借还书效率低。引入X-RFID技术可以实现动态、快速、大数据量、智能化的图书借还流程， 提高信息存储的安全性、信息读写的可靠性、借还书的高速快捷性。

　　4. 2  系统改进， 提高了安全性

　　利用X-RFID 技术改进现有的管理系统， 将防盗系统与图书流通管理系统联系起来， 记录每本图书的进出库历史记录， 从而可以与借还书的历史记录进行匹配。

　　可以有效提高防盗系统的准确性， 确保图书安全。

　　4. 3  降低工作量， 提高了工作满意度

　　图书馆工作人员由于积年累月的重复性劳动， 工作本身很繁重， 如依靠人工图书盘点工作量大， 很容易对工作产生一定的消极思想； 加上读者也对图书馆表示不满， 导致图书馆工作满意度有所下降。通过X-RFID 技术改造， 可以把工作人员从图书馆日常繁重的重复劳动中解放出来， 同时提高读者对图书馆工作的满意程度。

　　4. 4  电子标签数据保持力强， 码寿命长

　　由于采用物理上不可擦写的方法， 相比采用高压电盒来进行储存数据， 采用EEPROM 技术的RFID 数据则最多保存10 年， 而X-RFID 的数据保持力可达100 年以上。由于采用了非接触式的读取方式， 加上具有防水、防磁、耐高温的特性， RFID 电子标签的寿命比条形码长得多。每个电子标签最少能被读取十万次以上。这样， 电子标签一旦贴上后就可以长期使用。

　　5  结语

　　由于目前我国图书馆的发展现状， X-RFID 在中国图书馆领域的推广和应用受到各种因素的制约， 实现还需要较长时间的努力。但是， X-RFID 可以让图书馆实现真正的智能化管理， 通过X-RFID 技术可以为读者提供简捷迅速的自助式服务， 提高图书管理员的工作效率， 为图书馆节省人力， 为读者提供安全的环境。X-RFID所具备的独特优势是其他识别技术无法比拟的， X-RFID 系统是图书馆管理系统的发展趋势， 它将最终取代和淘汰目前广泛使用的条形码识别技术， X-RFID 技术的应用将推动我国数字图书馆的建设与发展。