1、序号（学号）：040940235长春光华学院毕业设计（论文）RFID射频识别技术在图书馆中的应用姓名施阅文教学院电气信息学院专业通信工程班级0409402指导教师霍金明（讲师）2013年5月25日长春光华学院毕业设计（论文）专用纸RFID射频识别技术在图书馆中的应用摘要随着现代信息化技术的发展，图书馆在自动化、网络化和数字化方向的都得到很好发展。但馆藏文献，尤其是传统的纸质文献，仍然是图书馆基础的资源体系和提供服务的最主要方式和内容。当前图书馆的管理主要还停留在传统的条形码识别方式上，在管理过程中不但效率低下而且无法实现读者自助借还书等智能化程度较高的管理方式，制约了图书馆管理系统的发展。RF
2、ID技术支持多目标识别，具有使用寿命长、读取距离远、存储数据容量大且可以自如进行加密、更改等优点，是一个可以替代条形码和磁条的升级换代技术将RFID技术应用于图书馆管理，是比较理想的技术手段和新的研究与应用领域，可以使图书馆的管理更趋于科学化，解决图书馆传统管理方式的效率低，误报警率高、图书排架理困难等管理瓶颈，将图书馆从数字化推向了智能化。本文首先分析了基于RFID技术的图书馆信息管理系统研究的背景和意义，通过RFID技术与传统条形码技术的比较揭示了RFID技术的优势，提出了将RFID技术运用于图书馆信息管理系统的设计方案，接着详细介绍了RFID技术的工作原理与系统组成。最后提出基于RFID
3、的图书馆信息管理系统，并对系统的设计和实现进行了详细介绍。关键词射频识别技术图书馆管理系统RFID系统应用IApplicationofRadioFrequencyIdentificationinLibrariesAbstractlibraryautomation,networkinganddigitaldirectionhavebeenagooddevelopmentwiththedevelopmentofmoderninformationtechnology,However,librarycollectionsandservicesespeciallythetraditionalpaperd
5、entsystem.Asaupgradingtechnologyinsteadofbarcodeandmagneticstripe,RFIDtechnologysupportsmulti-targetrecognition,showingmanyadvantagesinlonglifeservice,distancereading,largecapacity,massdatastorage,updateandconfidentialitywithease,etc.ThetechniqueofRFIDusedinlibrarymanagementisanidealandnewresearchte
6、chniquesandapplications,Itproposedthemanagementofthelibrarymorescientific,andachieveanefficientandeffectivewayinbooksarrangementwithloweralarmrates.ItisnodoubtthatRFIDhaspromotingthedevelopmentofthelibrarymanagementsystemfromdigitaltointelligent.Firstly,thispaperdescribesthebackgroundandSignificance
7、oflibrarymanagementsystembasisonRFID.ThedesignoflibraryinformationmanagementsysteminvolvingtheRFIDisproposedthroughtheanalysisbetweentheRFIDandthetraditionalbarcodetechnology.Secondly,thesectionsprovidethedetailsoftheRFIDtechnologyworksandthesystemcomponents.Finally,Resultsofanexperimentalapplicatio
8、nofRFIDanalysis,theprocedureaboutthesystemaregiventoillustratetheproposedtechnique.KeywordsRFIDLibrarysystemRFIDsystemApplication长春光华学院毕业设计（论文）专用纸目录第1章绪论11.1课题研究背景11.2研究意义与目的11.2.1研究意义11.2.2研究目的21.3国内外研究现状2第2章无线射频识别技术(RFID)42.1无线射频识别技术的概念及应用范围42.1.1RFID的概念42.1.2RFID的应用范围42.2RFID系统基本组成和工作原理
9、42.2.1RFID标签42.2.2RFID读写器52.2.3RFID系统工作原理62.3无线射频识别技术(RFID)的主要特点6第3章图书馆智能管理系统83.1系统工作原理83.1.1进馆工作原理83.1.2出馆工作原理93.2硬件组成93.3软件实现103.3.1阅读器模块中的控制程序113.3.2数据库管理程序113.4数据库设计113.4.1数据库设计概念113.4.2数据库逻辑结构设计143.5RFID防冲突技术原理163.5.1防冲突方法设计概要173.5.2防冲突方法分析及研究173.5.3二进制检索算法17第4章RFID技术在图书馆中的应用1
10、94.1RFID技术在国外图书馆的应用及启示194.1.1RFID技术在国外图书馆的应用194.1.2RFID技术在国外图书馆应用启示214.2RFID技术在国内图书馆的应用224.2.1大陆地区234.2.2港澳台地区244.3RFID在图书馆中的应用254.3.1自助借还书254.3.2自助分类254.3.3自助盘点264.3.4电子门禁264.3.5支持馆际互借274.4RFID在图书馆中应用的优缺点274.4.1RFDI在图书馆应用中的优势274.4.2RFDI在图书馆应用中的问题27第5章总结与展望295.1总结295.2展望29谢辞错误！未定义书签
11、。参考文献30#长春光华学院毕业设计（论文）专用纸第1章绪论1.1课题研究背景信息时代，随着电子技术和网络的发展，读者对图书馆的使用方式不再限于实体文献资源的利用，也包括通过网络途径对图书馆电子虚拟资源的利用。为适应读者的这种对信息多样化、即时化的需求，图书馆的服务也必须不断变化，管理上也要有新的创新，除了人力因素外，新技术的应用也是非常必要的。应用在物流与供应链领域的RFID技术就是其中的一种新技术，发达国家己经把这项技术应用到图书馆的流通管理、典藏管理、安全管理等万面。现在国内图书馆，对人流物流的管理，例如对读者和书刊的识别、访问控制、统计等工作，主要采用条码识别进行管理，然而，条码识别
12、存在容易磨损的特点，管理书刊时必须有专门的工作人员将其贴在书的内部，读者的借阅证也必须进行过塑等技术处理，浪费人力物力。RFID技术作为一种新型识别技术，不仅包含了条码的所有功能，而且还具备条码无法企及的一些新的功能，将这项技术应用于图书馆领域，可以让图书馆实现真正的智能化管理，不仅能提高工作人员的工作效率，节省人力，也可以为读者提供安全便捷的自助式服务给图书馆的传统服务工作带来革命性的改变。依照现在电子科技的发展趋势,RFID将凭借其无可比拟的独特优势，最终会取代目前广泛使用的条码识别技术。因此，本文试图将RFID的高级应用的功能进行分析，并借鉴国外在高级应用的扩展功能方面的经验，积极利用R
13、FID技术构建图书馆的新局面，创新图书馆服务方式，开创图书馆新的服务空间。1.2研究意义与目的1.2.1研究意义种种迹象表明，RFID技术正在加快商业化市场化进程。各大电子厂商，包括一些知名企业在内都对RFID技术及其广阔的应用领域表现出了极大的兴趣，投入了大量人力与物力进行RFID技术的研究和开发工作，相继推出了各自RFID技术在各个领域的解决方案。目前，我国RFID技术市场也趋于稳步发展阶段，本文主要介绍了在图书馆中通过RFID技术的应用，提高图书管理工作的信息化水平，提高借阅图书工作效率。其意义在于以下几个方面：一是目前中国的RFID技术的研究与应用还在起步阶段，并没有在各个领域广泛
14、应用，与国外相比还仍然存在一定的差距。但是，相信今后中国会在更多的领域应用的射频识别技术。二是RFID技术突破了传统图书馆管理的局限性。就传统的条形码信息录入与磁条报警系统结合的图书管理系统，应用效果并不理想。而射频识别技术得发展可以改善目前的图书管理工作中的许多困境。同时，还可以有效地实现客户端自助借阅等方式。三是采用RFID技术，可以提高图书管理的经济效益，射频识别技术的价格较传统的条形码成本高，但是相信随着科学技术的发展，和企业的竞争力嘉庆，电子标签的价格肯定会大幅度降低，同时，电子标签的使用寿命要远远高于传统的条形码标签，因此从长期来看，电子标签可以降低图书馆管理成本，为图书管理工作带
15、来经济效益。1.2.2研究目的本文的研究范围是公共图书馆RFID的应用，将力求对公共图书馆RFID的应用进行全面论述，反映内外公共图书馆应用RFID的最新进展。最终，将达到如下目的：1、从应用的视角总结公共图书馆应用RFID的状况。当今知识经济时代的图书馆,RFID技术在图书馆的应用只是存在于一般应用，实现的是一些基本功能。RFID在图书馆最为一般的应用是图书借还管理，包括自助借还、自动归架、阅览室管理等。RFID的技术性能优势及极大的应用潜能空间并没有得到深入研究，本文主要是基于前人在基本应用的研究的基础上，将分析智能书车、智能阅览书桌、行为侦测、光盘RFID系统、RFID馆际互借等高级扩
16、展应用，从技术角度最大限度的论述RFID在公共图书馆应用的潜力。2、根据国外图书馆成功应用的案例，总结其在应用过程中的先进经验和启示，对比分析我国公共图书馆RFID的发展及应用，提供经验借鉴。3、全面各个图书馆应用RFID的案例，通过专家访谈法及问卷调研法，对工作原理、应用环境、应用功能、运用中所存在的问题以及读者的借阅习惯等内容进行充分调研，为实际应用做好理论研究工作推进国内公共图书馆对RFID的研究和应用。最终，理论结合实际案例，提出如何高效运用RHDft术潜能应用为Ig图书馆实施RFID管理层面提供些参考，优化公共图书馆的服务职能，转变服务理念，创新服务方式。1.3国内外研究现状RFI
17、D在历史上的首次应用可追溯到第二次世界大战期间，主要用于战斗机的敌我识别。目前，随着大规模集成电路技术的发展及射频识别产品的成本不断下降，RFID已广泛应用于零售业、物流管理、图书馆、工业生产、畜牧业、养殖记录跟踪、汽车安全控制、身份证、门禁控制/电子门禁、道路自动收费等领域。美国、德国、英国、日本、新加坡、等国家都拥有了较为成熟和先进的RFID系统。在图书馆应用RFID,可以对图书、期刊、CDDVD等多种馆藏资源进行识别，并极大的提高工作效率。北美最早提议使用RFID技术实现图书馆的读者借还工作。1999年洛克菲勒大学图书馆率先安装并实施了RFID图书管理系统。美国法明顿社区图书馆是第一个安
18、装RFID的公共图书馆。近年来，越来越多的国家、地区开始实施图书馆RFID系统，这些国家中，美国处于领先地位，其次是日本和英国。澳大利亚、新加坡、荷兰、墨西哥、台湾等也有很多应用的案例，如日本九州大学图书馆筑紫分馆、新加坡国立图书馆、韩国的汉城大学图书馆等。随着RFID技术的不断发展，RFID在图书馆的应用也逐渐呈现增多。2006年，中国射频识别（RFID）技术政策白皮书正式对外发表，在白皮书中，指出了国内外RFID技术发展的现状与趋势，以及我国RFID技术的发展战略和优先应用领域，将有效的推动RFID技术在我国的发展。2006年，上海图书馆馆长表示，将在5年内在上海实现RFID借阅。2006
19、年，集美大学诚毅学院图书馆启用“RFID智能馆藏管理系统”，成为国内第一家使用RFID系统的图书馆。2006年，深圳图书馆新馆引进法国技术和设备，建立了RFID系统。武汉图书馆是国内第三家、也是国内首家采用国产设备的RFID图书馆。该系统整合了图书编目系统、自助借还系统、柜台工作站、架位管理、智能门禁等，提高了图书馆的工作效率。第3页共31页长春光华学院毕业设计(论文)专用纸第2章无线射频识别技术（RFID）2.1无线射频识别技术的概念及应用范围2.1.1RFID的概念RFID（RadioFrequencyIdentification）,即无线射频识别技术。RFID兴起于20世纪90年代，
21、作原理RFID系统因应用不同，其组成也会有所不同，但最基本的RFID系统由三部分组成：标签：RFID的核心，由芯片与天线组成，芯片中存储有识别信息。标签附着在物体上以标识目标对象；读写器：读写标签中的信息，可设计为手持式或固定式；天线：在标签和读取器间传递射频信号。目前市场中提供一体化的读写器产品，可以将天线集成在读写器内部。RFID技术的基本工作原理为：标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签），或者主动发送某一频率的信号（有源标签）；读写器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。2.2.1RFID标签它由集成的专用
24、路工作，实现通信。其原理与使涡轮旋转发电的发电机相同。频率为：135KHz一下，13.56MH2通信距离为几十厘米。射频方式：是在读写器的天线和IC电子标签之间利用射频进行通信。频率为：UHF2.45GHz。通信距离为几米。2.2.2RFID读写器一般来说，阅读器的输出功率以及天线长度与通信距离成正比例关系。目前常用的读写器主要有以下几种：(1)基片、小型：小型读写器的天线尺寸较小，通信距离短是其主要特征。因此适合于在零售店不能设置较大电线的场所用于逐件读取商品标签。(2)手持型：是由操作人员手工读取RFID电子标签的信息的设备。手持型读写器可在内部文件系统中记录所读取的电子标签信息，并在读
25、取RFID电子标签信息的同时通过无线LAN等手段将其发送出去。手持读写器中装有用于发射视频信号的电池，为了延长电池使用寿命，此类设备的输出功率较低，通信距离也没有必要过长。(3)面板型：该类读写器的天线大于小型读写器，通信距离也较小型读写器长。(4)隧道型：一般情况下，当RFID电子标签与阅读器成90度时会出现读取困难。在隧道型读写器的内壁的不同方向设置了多个天线，从各个方向发射电波，因而能够正确读取通道内处于各个角度的RFID电子标签，适用于管理包装箱内物品的场合。(5)出入通道型和大型通道型：出入通道型读写器多用于考勤管理和防盗等用途。大型通道型读写器多用于自动读取贴有RFID电子标签的车
27、使扫描光源照射到条形码上，才能进行识别，准确率为95%,而RFID标签只要在无线电波之内便可传输信息，识别准确率非常高，可达到99%3）存储信息的容量大。一维条形码的存储容量为50字节，二维条形码的存储容量可达到3000字节，而RFID标签的最大容量可达到数兆字节。4）可重复使用性。条形码容易老化和受到污染，从而影响条码阅读器的识别，一般随着商品的寿命的结束而结束，而RFID标签可抗老化、抗污染，因为其本身存储的信息可更新性，因此它可以重复使用。5）可同时读取多个信息。条形码阅读器一次只能识别一个条形码的信息，而RFID读写器可以同时读写多个RFID标签的数据，速度非常快，同时还可以读取多个数
29、找到条形码，读取条形码资料在计算机上就可读取资料借书后处理需要消磁处理在计算机上自动写入以外借还书后处理需要上磁处理在计算机上自动写入以归还自助借书功能使用自助借还书机，读取条形码借书，完成后机器处理消磁（不能处理磁性媒体）使用自助借书机，读取射频卡内资料借书，并且在计算机中标注已借出（可处理所以馆藏）自助还书功能使用自助借还书机，读取条形码借书，完成后机器处理上磁（不能处理磁性媒体）已自动处理，不需要读者动手操作自动还书功能不能自动处理，需要读者自己动手操作使用在自动还书箱，读者直接将书放入箱内即完成还书，并且标明已归还（可处理所有馆藏）馆外还书/、口行可行而且方便盘点功能必须一本本地读取条
32、行处理；识别处理标签流程如图3.2所示。待人进入后，关闭闸门，并发指令给PC对此书的借阅标志进行更改，同时显示屏自动更新，并等待下一位入馆者。3、若有两个或两个以上的电子标签，即借阅人随身携带准备要还的书籍不止一本，进入发射天线工作区域，则阅读器和标签之间的传输通路的活动就具有较高的突发系数，数据包在读取时发生碰撞的几率很高。为了防止标签的数据包在阅读器的接收机中相碰撞影响读卡，系统采用动态ALOHAJ法，实现对所有标签的读取，并进行相应的处理。统电始系上初化闸开延关门打后时闭图3.2识别处理标签流程图别理整程识处标子生幕示动新屏显自四保存信息入园数库调校卡据闸开延关门打后时闭3.
34、如图3.3所示的图书馆门禁构造图情形下设计的。在图书馆入口处设置出口闸门和入口闸门，实现出入图书馆人群的分流。图3.3门禁构造图硬件部分主要由电子标签、天线模块、阅读器和PC组成，系统采用的频段是13.56MHz并按照ISO15693标准进行设计。整个系统硬件连接的功能框图如图3.4所示。系统采用模块化的设计方法，阅读器1放在入口处，阅读器2放在出口处，阅读器3放在管理员值班室内。在这里，这3个阅读器的电路设计是一样的。在实际应用时，应该根据不同的控制功能而稍加区别。天线相收块射按摸衽入式微控制差的标整串口扩震卡PC射接模拯收块-显示控格电茴报警控制电潞门间控制目.购人员过闽检测-电路-尚
35、华小磁盘用铁器1阅读器2第21页共31页图3.4系统硬件连接功能框图3.3软件实现密吗校冽否T正碰，报萋提示数樨、申口、阅谀客瘁接物始化用户查询魏计杳词用户云理控制台律加唱时用户图3.5系统软件流程图程序设计主要包括阅读器模块中的控制程序和数据库管理程序，软件流程如图3.5所示。3.3.1阅读器模块中的控制程序控制程序主要由通信握手、数据发送、数据接收、终端服务、译码纠错、RS-232通信、读数据以及控制外围设备（如报警器、闸门等）子程序组成。3.3.2数据库管理程序数据库管理程序主要完成数据库的建立和对数据库中数据的查询、设置，同时要负责接收从阅读器传来的数据并进行相应的处理操作。数据
40、表男性，2代表女性；是否为管理员属性中0代表不是管理员，1代表是管理员。操作员信息实体的E-R图如图3.11所示。图3.11操作员信息实体E-R图各实体间的E-R图如图3.12所示图3.12全局E-R图3.4.2数据库逻辑结构设计将上面的数据库概念结构转化为SQLServer2000数据库系统所支持的实际数据模型。一个实体转化为一张数据库表，总共6张表。表3.1图书信息表列名数据类型长度允许空注释ISBNvarchar13图书ISBNtypeIDint4图书类别Booknamevarchar40书名writervarcharvar21作者translatorvarchar30是译者publ
44、技术原理由于电子标签中录有唯一可辨识的信息，倘若只有一个标签在阅读器的可读范围内，则无需其他的命令便直接读取。但若存在多个电子标签在阅读器可读取得范围内，多个电子标签的数据信息将全部送入一个阅读器中，信息就可能要产生信道争用，而各数据信号之间的互相干扰，可能会是数据碰撞，并且发生阅读器和标签之间的读取数据失败。为了防止这些冲突，系统中还要编写相应的命令，控制和解决冲突问题，而这些控制命令就是常说的“防冲突命令或算法”3.5.1防冲突方法设计概要本文防冲突技术主要目的是为了解决采用RFID技术一次阅读实现对多个标签的辨识的问题。假设有n个电子标签同时进入阅读器读取区域，防冲突设计要求如下：（1
47、法有几个关键要素：一是需要选用适当的基带编码，方便辨识冲突；二是每个电子标签必须要有唯一的序列号；三是在一定范围内，标签要同时传送序列号，以确保准确监测冲突位。同时，还需要引入4个命令，以便于表述算法：1）Request（UID）:请求序列号命令。可以发送UID参数命令给区域内标签。标签把自己的序列号与接收的序列号进行比较，若小于或等于此序列号，则将电子标签送回阅读器，反之，则屏蔽状态，直到本轮检索完毕后，再解除屏蔽。2）Select（UID）:选择序列号命令。用确定的UID作为参数发送给阅读器。具有相同UID的标签将以此作为执行其它命令的开关，即选择这个标签；而其它序列号的电子标签只做R
48、EQUES怖令应答。3）RW-Data:阅读数据。阅读器对选中的标签进行读写数据操作。4）Unselect:去选择。取消一个事先选中的电子标签，该电子标签进入“无声”状态，该标签完全是非激活的，对Request命令不作应答。需要再次激活标签，必须暂时离开阅读器的作用范围后，再实行复位。下图3.14表示了二进制检索算法的基本原理流程。汁始丽定虚演需什川范闹内标笈而“R馁叮胞第i次发送请求序列号一如：.:口酒玉厅7Tspmirrrm号避灯比轴八1:要求的标徭同在Hi步发送门己的力:列”选定标维，端写数据而完成和据的标精上选择结束图3.14二进制检索算法流程图第4章RFID技术在图书馆中的应用图
49、书馆在国内外作为知识传递的窗口和平台，很注重公共图书馆的管理和服务环境。努力让自身不断的去适应信息化社会的发展，积极利用RFID技术，达到改善公共图书馆管理的管理方式和提升图书馆服务环境，以使图书馆适应智能化、信息化、国际化发展的潮流。随着RFID技术及产品的发展不断走向成熟，其在图书馆应用的功能和价值也在不断的扩大。4.1RFID技术在国外图书馆的应用及启示国外图书馆积极引进新技术，较早的将RFID应用到图书馆界，尤其是在美国、新加坡、欧美、澳大利亚、韩国、新西兰等经济发达国家，美国居于世界领先地位，随后是英国与日本，近几年印度的多家图书馆也相继采用了该项技术，实现了智能化管理。在全球范围
50、内，世界大型图书馆应用RFID技术的速度正以每年30%勺速率增长。4.1.1RFID技术在国外图书馆的应用1、美国美国始终在RFID技术的应用方面位居全球第一。RFID技术己被美国的很多城市图书馆所采用RFID技术，极其有效的帮助这些图书馆改善服务和进行管理。下面将对美国几家应用相对较为成功的图书馆的RFID应用情况进行分别概述。圣安东尼奥市的图书馆圣安东尼奥城市的公共图书馆系统由一个中央图书馆和23个分馆组成，他们选用了3M公司的图书馆RFID产品。3M的阁书馆RFID产品中有一个自助服务系统，可以让读者自己完成大部分借书、还书、续借手续，同时包括罚款和付费手续。其它图书馆RFID产品则可
51、以使图书馆资料更快更方便流通，使库存管理更加有效。新技术可以大大提高职工的作业效率，因为新的图书馆系统不但扩大服务范围，而且服务的方式和流程都发生变化。在这个图书馆RFID系统内，每一件图书馆物品都要加贴RFID标签，标签内有微型天线和记忆芯片，储存的信息可以用于对物品进行准确识别和跟踪。掌上型扫描读取器用于读取标签，可以让图书馆职工方便地确定物品的位置、确定库存数量、完成借出和归还手续。与条形码系统不同无线识别无须目视物品，所以对物品的跟踪和识别更加方便快捷。美国科罗拉多州道格拉斯县图书馆美国科罗拉多州道格拉斯县图书馆，就在其LoneTree公共图书馆里安装了ITG公司长春光华学院毕业设计(
53、ukitBatok社区图书馆使用高频RFID。因此，其RFID技术及市场比较成熟。早在1998年，新加坡国家图书馆便已初步将RFID技术运用在在图书馆的流通、分拣与物流系统中。2002年，新加坡发布了世界上首个全面部署RFID的图书管理系统并自此正式建立了一个RFID创新与研究发展单位。新加坡国家图书馆的RFID系统主要包括以下几个功能模块：读者借还书系统；图书馆分拣及物流系统；图书盘点，财产管理及图书数据，书库管理模块。新加坡图书馆管理中对RFID技术的应用具体体现在以下几个方面：实现自助借还书借书时，只需把借书卡、身份证或驾驶证插进读卡器里，再把要借的书在放在扫描器上一下便完成了整个借书过