郭玉娟 劉保杰 李秀華 姜磊磊

摘 要 結合RFID和WiFi技術，論文設計了一種基于ARM內核和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，各功能模塊的功能以及實現的關鍵技術。應用結果表明，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，為構建數字化圖書館提供了技術支持。

關鍵詞 無線射頻技術（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 （RFID） 是一種新式的非接觸的自動識別技術，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，而我國目前也已有近千家圖書館引進了RFID技術用于圖書管理[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；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備價格昂貴，而且體積大，重量重。針對以上問題，本文設計了一種基于ARM的便攜式圖書管理系統(tǒng)，用以實現圖書的快速上架、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語言編程進行應用軟件的開發(fā)（見圖1）。該系統(tǒng)利用RFID技術實現圖書信息讀取，并將讀取的信息通過WiFi網絡及時傳送至指定項目管理服務器，構建圖書信息到數據庫的實時更新，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)或互聯網訪問服務器查詢個人借閱信息。

當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紅并提示正確的位置。

2 軟硬件平臺構建

便攜式圖書管理系統(tǒng)主要應用于書籍的借還、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)開放設計，方便進行二次開發(fā)等[5]。

系統(tǒng)硬件設計框架如圖2所示，系統(tǒng)硬件的微處理器采用三星公司生產的S3C6410A，內核是ARM1176JZF-S，主頻為667MHz；USB 2.0（480MBPS）接口連接計算機（PC），實現系統(tǒng)程序的調試和下載；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內核要滿足掉電后數據不丟失的要求，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閉；圖書信息的采集由RFID閱讀器實現，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)設計使用Qt，程序開發(fā)使用C語言，數據采用SQLite3數據庫模式[6-7]。

3 功能模塊設計

便攜式圖書管理系統(tǒng)的程序設計采用模塊化設計思想，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，數據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，數據錄入模塊，數據處理模塊，數據存儲模塊，數據傳輸模塊等） 組成，當進行某一主程序操作時，只需點擊相應圖標，相應的子程序模塊將被主程序調用，子程序依靠標志位和判斷標志位完成對相關事件的處理，驅動相應的硬件模塊工作。系統(tǒng)程序構架如圖3所示，（b）是（a）的B樹枝。為操縱方便，基于面向對象的原則，各功能模塊以圖標顯示，系統(tǒng)啟動后，進入GUI主界面，點擊功能模塊圖標將進入相應的操作子界面，實現相應功能[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，用戶根據自身的操作權限進行相關操作，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據的損壞。

（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)的數據采集模塊將自動接收張貼于圖書上的RFID電子標簽信息，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)屏幕上借書圖標進入借書系統(tǒng)，系統(tǒng)將顯示當前已經借閱的圖書（包括借閱時間，歸還時間）以及當前能夠借閱的圖書數量，讀者只需將借閱的圖書放置至系統(tǒng)前，圖書管理系統(tǒng)的數據采集模塊將自動接收張貼于圖書上的RFID電子標簽信息，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，只需攜帶設備就可以快速找到圖書。

（5） 盤點模塊。當館員盤點圖書時，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，該方式顯示當前圖書館館藏圖書及圖書應存放的位置，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)，當點擊 “一鍵盤點”時，系統(tǒng)顯示當前圖書館錯架的館藏圖書，并顯示錯架圖書的當前位置，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確度之間的矛盾。

（6） 數據庫管理模塊。本模塊主要用于管理數據庫信息，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網絡與服務器通信，上傳讀者和圖書管理員在系統(tǒng)上更改的信息，同時下載服務器上最新信息，實現數據的實時傳輸。

（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、密碼設置、密碼修改、操作權限設置等。獲取設置的數據通過GET方法，獲取后保存設置數據通過SET方法。

4 關鍵技術實現

上述各功能模塊功能的實現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標簽信息感應出來， RFID信號采集器將感應的圖書信息（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模塊經由交換機發(fā)送至服務器，在服務器中，開發(fā)專用應用程序用于數據的接收和數據庫更新工作[9-10]。

主控制器主要完成射頻多路切換開關的控制、驅動RFID信號采集器采集天線組感應的圖書信息，處理圖書信息，驅動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、RFID信號采集器連接，根據設定的協(xié)議要求對射頻多路切換開關、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據，并通過WiFi上傳至服務器，實現圖書信息的實時傳輸，其工作流程如圖5所示。

4.2 應用接口軟件及數據庫設計

服務器端采用VC#開發(fā)專用的應用程序，實現數據的接收和數據庫的更新。在應用程序運行時，本機的端口和地址被程序自動設置，開啟服務監(jiān)聽，通過WiFi網絡，接收便攜式圖書管理系統(tǒng)和圖書智能定位系統(tǒng)發(fā)送的數據，然后進行數據的解析和校驗。如果不合格，不更新到數據庫，并發(fā)送錯誤應答；如果合格，更新到數據庫，并發(fā)送正確應答。服務器應用程序工作流程如圖6。圖書管理系統(tǒng)數據庫采用SQLSever，當服務器接收到上傳的數據后，系統(tǒng)將更新數據庫中相應圖書信息，此時應用sql語句來實現[11-12]。

5 結語

本文結合圖書館覆蓋的WiFi網絡的實際，針對RFID技術在圖書管理中存在的部分問題，設計了便攜式圖書管理系統(tǒng)，具有操作簡單，便于攜帶，經濟性好的特點。該系統(tǒng)在陸軍軍官學院圖書館進行了試用，結果表明圖書上架、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，現在只需3分鐘即可完成，為實現全面的無線聯網圖書管理系統(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用前景。

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郭玉娟 安徽廣播電視大學圖書館館員。安徽合肥，230022。

劉保杰 陸軍軍官學院博士研究生。安徽合肥，230022。

李秀華 安徽廣播電視大學圖書館副研究館員。安徽合肥，230022。

姜磊磊 安徽廣播電視大學講師。 安徽合肥，230022。

（收稿日期：2017-08-06 編校：劉 明，陳安琪）