基于RFID智能卡的高校圖書館門禁系統(tǒng)詳細剖析

圖書館門禁系統(tǒng)是保障圖書資源安全，提高圖書館管理效率、管理水平的控制系統(tǒng)。在計算機技術、網絡技術、目標識別技術的支撐下，目前已有名目繁多的圖書館門禁系統(tǒng)上市，但這些門禁系統(tǒng)多是根據(jù)不同的圖書館信息化條件而定制研發(fā)的，由于原有的圖書館管理系統(tǒng)結構各不相同，造成門禁系統(tǒng)與圖書館其他管理系統(tǒng)之間的鏈接非常不便。并且，多數(shù)圖書館門禁系統(tǒng)的功能停留在安全管理、自動借還的層面上。為了實現(xiàn)門禁系統(tǒng)與各種數(shù)字圖書館之間的無縫鏈接，擴展門禁系統(tǒng)的功能，提高圖書館的自助服務水平，我們構建了一套基于RFID智能卡的高校圖書館自助式門禁系統(tǒng)。

1、RFID技術及在圖書館的應用簡介

1.1 RFID技術

RFID(射頻識別)技術，是一種利用射頻通信實現(xiàn)的非接觸式自動識別技術。其基本原理是利用射頻信號和空間耦合(電感或電磁耦合)傳輸特性，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。作為條形碼的無線版本，RFID技術具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、智能卡上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量更大、存儲信息更加自如等優(yōu)點，已經被世界公認為本世紀十大重要技術之一。一個最基本的RFID系統(tǒng)，一般包括以下幾個部份：一個載有目標物相關信息的智能卡即RFID智能卡、在讀寫器及RFID單元間傳輸RF信號的天線、一個接收從RFID智能卡返回的RF信號并將解碼的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C系統(tǒng)以供處理的RFID讀寫器。目前，RFID系統(tǒng)已在交通管理、倉儲管理、物流管理、生產線追蹤等領域大展身手。

1.2 RFID技術在圖書館的應用簡介

RFID技術憑其特有的特點已經引起國內外圖書館界的關注。新加坡國立圖書館在1998年后期開始使用RFID技術，成為世界上第一個應用此技術的圖書館。隨后，美國、澳大利亞、中國等也相繼采用了該技術。2006年，我國第一家RFID智能圖書館一一集美大學誠毅學院圖書館建成并投入使用。目前深圳圖書館新館、國家圖書館、上海市長寧區(qū)圖書館等多家圖書館也引用了這一技術。綜合上述使用RFID技術的圖書館，其實現(xiàn)的功能大致包括：

●自助借還書系統(tǒng)：為讀者提供自助借書、還書操作，無需圖書館管理人員干預；

●圖書整理：實現(xiàn)對館藏資料的自動盤點、排架、順架，從而達到通借通還的目的；

●RFID安全檢測：對未辦理完借出手續(xù)或禁止借出的圖書，在出門時安檢裝置會報警，提醒管理人員及時阻止。

通過RFID技術，圖書館在有效提高管理精度、改善服務形象、拓展延伸服務等方面為圖書館行業(yè)創(chuàng)造了巨大的社會效益并得到了廣大同仁的認可。

2、RFID智能卡

智能卡又稱集成電路卡即IC卡，它是將一個集成電路芯片鑲嵌于塑料基片中，封裝成卡的形式。1977年，Motorola與它的一個計算機客戶合作開發(fā)了世界上第一張智能卡，自此，智能卡就以其薄且小的體積、先進的集成電路芯片技術、無法被破譯和仿造的特點受到普遍歡迎，并在世界范圍內得到了空前的發(fā)展。目前，各種智能卡正越來越多地應用在國民經濟的各個領域并深入到居民的日常生活當中。

RFID智能卡是一種非接觸式的IC卡。具有體積小、容量大、壽命長、可重復使用等特點，可支持快速讀寫、非可視識別、移動識別、多目標識別、定位及長期跟蹤管理。

2.1 智能卡的基本結構

RFID智能卡主要由天線、射頻接口、微控制單元組成。各組成部分包括的模塊及其功能如下：

天線：用來接收RFID讀寫器發(fā)送的信號，并把數(shù)據(jù)信息回傳給RFID讀寫器。

射頻接口電路：主要包括有波形變換器、調制/解調器、整流器、電壓調節(jié)器、振蕩器等。波形變換器接收讀寫器上的無線電調制信號，一方面送調制/解調模塊，另一方面進行波形轉換，將正弦波轉換為方波，然后對其整流濾波，由電壓調節(jié)模塊對電壓進行進一步的處理，如穩(wěn)壓等，最終輸出供給卡片上的各工作電路。振蕩器產生用于調制/解調的高頻信號和微控制單元的時鐘信號。

微控制單元：實現(xiàn)智能卡的識別和執(zhí)行讀寫器的指令。包括邏輯控制單元、請求應答單元、防碰撞單元、數(shù)據(jù)加密單元、存儲單元(包括E2PROM與ROM)等。

請求應答單元：當有RFID智能卡處在讀寫器天線的工作范圍之內時，讀寫器向RFID智能卡發(fā)出命令后，請求應答單元將被啟動，將智能卡的卡號傳送給讀寫器，建立智能卡與讀寫器的第一步通信聯(lián)絡。否則，讀寫器對智能卡的其他讀寫操作將不會進行。

防碰撞單元：當有多張RFID智能卡進入讀寫器操作范圍時，防碰撞單元會從其中選擇一張進行操作，未選中的則處于空閑模式等待下一次選卡，該過程會返回被選卡的序列號。

邏輯控制單元：用來譯碼RFID讀寫器送來的信號，并按要求回送數(shù)據(jù)給RFID讀寫器。

數(shù)據(jù)加密單元：完成對數(shù)據(jù)的加密處理及密碼保護。

存儲單元：包括E2PROM與ROM，主要用于存儲數(shù)據(jù)，用戶所要存儲的數(shù)據(jù)(讀者個人信息，如姓名、專業(yè)、愛好、借還書記錄等，還可以存儲個人賬戶)被存放在該單元中。E2PROM中的數(shù)據(jù)在智能卡失掉電源后、智能卡離開讀寫器天線的有效工作范圍時仍將被保持。

2.2?智能卡的讀寫原理

智能卡的讀寫原理是：RFID讀寫器向RFID智能卡發(fā)射一組固定頻率的電磁波，在電磁波的激勵下，RFID智能卡內的LC諧振電路產生共振，從而使電容內有了電荷，在這個電容的另一端，接有一個單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個電容內存儲，當所積累的電荷達到2V時，此電容可作為電源為其他電路提供工作電壓，將卡內的數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收RFID讀寫器的數(shù)據(jù)。

3、圖書館自助服務與高校讀者群

圖書館一切活動的目的都是為讀者提供優(yōu)質的服務，幫助讀者獲取信息、利用信息，從而產生知識。圖書館發(fā)展的歷史就是為不斷提升讀者服務質量而努力的過程。與傳統(tǒng)圖書館相比，數(shù)字圖書館在相關技術的支撐下，在服務內容、服務方式、服務手段等方面都具有了新的特點，而自助服務正是當前圖書館數(shù)字化轉型過程中出現(xiàn)的一種新的服務形式，它是在一定的硬件環(huán)境和系統(tǒng)平臺上，讀者根據(jù)自己的閱讀興趣、需要偏好、研究重點，自主地完成書目查詢、藏書借還、文獻復印等活動，從而實現(xiàn)閱讀和研究目的的一種自助服務方式。圖書館通過自助服務，讀者的一切信息利用活動和問題的解決都可在自助服務系統(tǒng)上自主自助地進行，使讀者在圖書館閱讀和研究中實現(xiàn)自我、方便自我、滿足自我。

高校圖書館是為教學和科研服務的學術性服務機構，它的讀者群主要是教師和學生。他們大多已具備一定的科研能力，其閱讀特點具有比較明確的專業(yè)性、目的性、時效性，閱讀范圍比較集中系統(tǒng)。高校讀者群的信息特點(使用習慣、偏好、背景、要求等)，使高校圖書館的自助服務在很大程度上具有了可預測性，決定了高校圖書館自助門禁系統(tǒng)的構建原則和功能內容的取舍。

4、高校圖書館自助式門禁系統(tǒng)

高校圖書館自助服務要求一切活動由讀者自己操作，所以圖書館本身必須有適合此項特性的技術與設施。只有完善技術配套，才能讓圖書館自助服務這一新的服務方式發(fā)揮出最大效益。

4.1 高校圖書館自助式門禁系統(tǒng)構建原則

根據(jù)高校讀者群的特點，結合高校數(shù)字圖書館服務的特征，高校圖書館自助式門禁系統(tǒng)的構建應遵循以下原則：

(1)學科性原則：要以學科設置和需求為基礎，以教學科研為目標；

(2)讀者主導性原則：要充分考慮讀者需求，注意收集存儲讀者反饋的信息；

(3)科學性原則：要以現(xiàn)代技術為支撐，確保系統(tǒng)科學、可靠、經濟、實用；

(4)集成性原則：要考慮與本館其他系統(tǒng)的集成，考慮與外部共享環(huán)境的鏈接；

4.2 基于RFID智能卡的高校圖書館自助式門禁系統(tǒng)

根據(jù)高校讀者群的特點，以讀者為中心，我們構建的高校圖書館自助式門禁系統(tǒng)具有如下功能：身份識別功能、鍵盤輸入功能、即時顯示功能、非法報警功能、信息存儲功能、與主機通信的功能等。它是以微處理器為中央控制模塊、以非接觸式RFID讀寫器為核心的多模塊讀寫控制系統(tǒng)，包括的模塊及實現(xiàn)的功能如下：

RFID讀寫器模塊：是本系統(tǒng)最為關鍵的模塊，主要用于完成RFID智能卡的讀、寫一一自動讀取RFID智能卡的相關信息(如識別入庫讀者的身份)：配合鍵盤輸入模塊向RFID智能卡寫入或修改具有修改權限的個人信息；配合主機對RFID智能卡內的個人賬戶實現(xiàn)管理。如果圖書館內的圖書全部內嵌了電子標簽，還可以通過讀取電子標簽自動完成圖書的借還，極大地改善了借還口學生排隊等候的現(xiàn)象。

鍵盤輸入模塊、聲光報警模塊：與主機的顯示器共同構成人機交互模塊。通過人機交互模塊，用戶可根據(jù)具體使用要求對系統(tǒng)進行初始化操作；寫入或修改具有修改權限的個人信息；寫入個人需求的信息，完成圖書預約，并可及時獲得信息的反饋；當修改權限外的信息、非法用戶入庫、未辦理借出手續(xù)或禁止借出的圖書出庫時，能自動實現(xiàn)聲光報警。人機交互模塊的引入體現(xiàn)了該系統(tǒng)的高效性和互操作性。

主機顯示器：在RFID讀寫器讀取到RFID智能卡的信息時，主機顯示器就會即時顯示智能卡內部的讀者個人信息；顯示讀者通過鍵盤寫入或修改的信息；顯示讀者預約圖書的狀態(tài)；顯示圖書館提供的各種推送服務內容(如根據(jù)讀者的專業(yè)特點、研究方向、興趣愛好等對讀者進行新書推薦)。

在主機讀者管理系統(tǒng)中嵌入讀者偏好分析模塊，通過對讀者借閱圖書歷史記錄的分析，將圖書關鍵詞進行聚類，產生讀者偏好頻繁項集，從而定義讀者興趣模型，由主機顯示器顯示讀者需求圖書所在的書架編號，并通過超鏈接進入智能架位導航系統(tǒng)，進入目標圖書價位的三維分布圖，明確提示目標架位所在的位置，并給出最佳路線導引，以方便讀者迅速獲得目標文獻。

打印模塊：可由微處理器和主機分時控制。當需要打印借還書信息或圖書館推送的信息時，由微處理器控制免費打??；當需要打印館藏數(shù)字資源或網上數(shù)字資源時，由主機控制打印，費用通過RFID讀寫器對讀者的RFID智能卡進行扣款和費用結算。

微處理器模塊：是圖書館自助式門禁系統(tǒng)的中樞，接收并處理RFID讀寫器采集到的RFID智能卡的信息；隨時向RFID智能卡寫入圖書館推送的信息；控制聲光報警模塊對非法讀者或讀者的非法操作及時報警；接收、處理、存儲鍵盤輸入模塊輸入的信息；控制打印模塊實現(xiàn)打印功能；控制串行通信模塊與主機的實時數(shù)據(jù)傳輸。

我們采用IBMRFID中間件作為本自助式門禁系統(tǒng)與圖書館管理系統(tǒng)的紐帶，可以方便地將本系統(tǒng)與圖書館管理系統(tǒng)有機地結合起來。IBMRFID中間件具有對下屏蔽RFID設備的硬件差異，對上屏蔽操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫的差異的功能，有效地驅動了后端圖書館管理應用系統(tǒng)，形成了統(tǒng)一、協(xié)調的運作過程；并且在本系統(tǒng)與現(xiàn)有的數(shù)字圖書管理系統(tǒng)得以完好融合的同時，還能夠保證兩者的獨立性和健全性。

5、結語

本文構建的基于RFID智能卡的高校圖書館門禁系統(tǒng)使讀者在入庫時就能享受到全新的服務流程，用戶的一切信息活動和問題的解決都可在該系統(tǒng)上自主自助地進行。實現(xiàn)了便利、快捷、人性化的服務；系統(tǒng)因利用微處理器為控制中心，可以通過擴展I/O口來增加圖書館自助門禁系統(tǒng)的其它功能；系統(tǒng)利用RFID中間件，可以實現(xiàn)與圖書館原有管理系統(tǒng)的無縫鏈接；系統(tǒng)的RFID智能卡，還可以擴展成校園一卡通?？梢哉f，本系統(tǒng)的構建具有很高的實用意義和推廣價值。