圖書館自動(dòng)化分揀識(shí)別系統(tǒng)

　　摘要：為了進(jìn)一步提升書籍分類精準(zhǔn)度，文中采用RFID技術(shù)與ARM技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)書籍分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)合射頻標(biāo)簽和二維碼粘貼到書籍頁(yè)面上的方法完成標(biāo)識(shí)處理，經(jīng)過(guò)讀卡器讀取后傳送至后臺(tái)服務(wù)器，ARM主機(jī)據(jù)此做出相應(yīng)的分揀動(dòng)作。通過(guò)終端APP試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)圖書分揀系統(tǒng)各模塊功能，有效降低了圖書管理人員的工作量，進(jìn)一步提升了數(shù)據(jù)分類的精準(zhǔn)度。

　　關(guān)鍵詞：智能圖書分揀系統(tǒng);自動(dòng)分揀;RFID射頻技術(shù);ARM

　　快速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)在提高生活水平的同時(shí)也促使人們不得不緊跟時(shí)代節(jié)拍，終身學(xué)習(xí)的意識(shí)和能力逐漸被越來(lái)越多的人認(rèn)可，圖書館在日常學(xué)習(xí)中起到重要的支撐作用，其提供了大量供日常學(xué)習(xí)及科學(xué)研究使用的知識(shí)材料。如何充分使用現(xiàn)代信息技術(shù)建立信息化及智能化水平較高的圖書管理系統(tǒng)，進(jìn)而有效提高圖書館工作效率，同時(shí)為使用者提供高質(zhì)量的、便利的閱讀學(xué)習(xí)服務(wù)仍然是目前研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。

　　現(xiàn)階段高校圖書館管理圖書的方式大多采用“單一的條形碼+信息管理系統(tǒng)”，為確保分揀的準(zhǔn)確率，大多需人工提供不同程度的人力分揀完成圖書分揀。在圖書管理效率上，傳統(tǒng)依靠掃描圖書條形碼來(lái)辨析圖書信息的方式已經(jīng)難以滿足圖書館的信息化發(fā)展需求，文中主要完成了圖書自動(dòng)分揀識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以提高圖書管理效率及用戶體驗(yàn)。

　　圖書館評(píng)職知識(shí)： 圖書館研究期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文字?jǐn)?shù)

　　1需求分析

　　隨著圖書館規(guī)模及館藏量的不斷提高，在對(duì)海量圖書信息進(jìn)行處理方面，傳統(tǒng)圖書館對(duì)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的利用水平仍有待提高，部分中小型圖書館及學(xué)校圖書館信息化水平較低，日常圖書借還工作的效率普遍較低。目前，高校圖書館的書籍借閱方式仍然以使用借書機(jī)進(jìn)行自助掃描為主，書籍分揀歸類及整理上架環(huán)節(jié)則以人工方式為主。傳統(tǒng)圖書管理系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于便攜性較差，隨著智能手機(jī)等移動(dòng)終端及二維碼技術(shù)的普及應(yīng)用，借閱者對(duì)圖書借閱方式提出了更高的需求。分揀工作作為圖書館書籍整理過(guò)程中的主要工作之一，其自動(dòng)化水平是影響圖書館信息化管理水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需兼顧書籍歸架效率及借閱準(zhǔn)確性，基于移動(dòng)終端的圖書管理系統(tǒng)成為提高管理效率的有效方法。

　　遇到借閱、還書的高峰時(shí)期，如何將圖書及時(shí)準(zhǔn)確的自動(dòng)分揀上架，以有效避免借書機(jī)旁圖書堆放導(dǎo)致無(wú)法滿足借、還書需求問(wèn)題是文中研究的重點(diǎn)。文中設(shè)計(jì)了一種基于Android移動(dòng)終端的自動(dòng)圖書借還分揀系統(tǒng)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)基于電腦端圖書管理系統(tǒng)的不足，精簡(jiǎn)的操作界面可有效滿足借閱及管理書籍的需求，使自動(dòng)分揀書籍的速度和質(zhì)量得以有效提升[1-2]。

　　2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　2.1結(jié)構(gòu)組成

　　文中設(shè)計(jì)的圖書自動(dòng)分揀識(shí)別系統(tǒng)主要由負(fù)責(zé)輸送、識(shí)別及分揀的三大裝置模塊構(gòu)成，識(shí)別裝置與上位機(jī)通過(guò)CAN總線相連，系統(tǒng)由多個(gè)分揀裝置(各配置一個(gè)分揀箱)構(gòu)成，各分揀裝置對(duì)應(yīng)一個(gè)圖書分類，在輸送裝置(由滾筒傳送機(jī)構(gòu)成，將光電開關(guān)安裝于傳送機(jī)入口處以準(zhǔn)確檢測(cè)傳送機(jī)中是否有書籍)上放置需進(jìn)行分揀的書籍，當(dāng)書籍進(jìn)入由識(shí)別裝置(主要由RFID讀寫器構(gòu)成)控制的識(shí)別區(qū)域后，在交互磁場(chǎng)的作用下RFID讀寫器完成對(duì)貼有RFID標(biāo)簽的相關(guān)圖書信息的讀取，再通過(guò)上位機(jī)接收的讀取信息獲取該圖書的分類信息，在此基礎(chǔ)上做出判斷并向分揀裝置發(fā)送相關(guān)指令，構(gòu)成分揀裝置且要求同步進(jìn)電機(jī)相連的推板與傳送裝置間的運(yùn)動(dòng)方向垂直，步進(jìn)電機(jī)以接收到的上位機(jī)指令為依據(jù)完成相應(yīng)的圖書分揀動(dòng)作[3-4]。

　　圖書借還分揀系統(tǒng)主要由信息采集與查詢、數(shù)據(jù)處理、控制模塊幾部分構(gòu)成，主控芯片采用S3C2410(基于ARM)，使用RFID射頻讀卡器采集書籍信息。為滿足書籍借閱情況的快速查詢和借閱需求，該系統(tǒng)移動(dòng)端借書功能通過(guò)使用App掃描二維碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，移動(dòng)應(yīng)用端主要面向?qū)W生和圖書館管理員兩類用戶。

　　2.2工作流程

　　當(dāng)光電開關(guān)(位于傳送機(jī)入口)檢測(cè)到傳送帶上放有書籍時(shí)，傳送裝置通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)開啟正常運(yùn)行速度模式(為兼顧節(jié)能目標(biāo)即分揀速度，未檢測(cè)到書籍時(shí)傳送裝置保持低速運(yùn)行)。通過(guò)散發(fā)的磁場(chǎng)形成RFID讀寫器的識(shí)別區(qū)域(指定范圍)，先對(duì)識(shí)別區(qū)域入口處進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，判斷是否存在RFID標(biāo)簽，讀寫器會(huì)對(duì)進(jìn)入識(shí)別區(qū)的圖書進(jìn)行信息驗(yàn)證，然后讀取標(biāo)簽中的書籍類別信息。

　　上位機(jī)接收到讀取結(jié)果后判斷書籍類別是否在該分揀裝置的控制范圍，上位機(jī)將相應(yīng)指令發(fā)送給對(duì)應(yīng)推板，裝有步進(jìn)電機(jī)的推板據(jù)此將圖書推送到對(duì)應(yīng)分揀箱，若與當(dāng)前分揀裝置代表類別不同則傳送至下一分揀裝置，將RFID標(biāo)簽損壞的圖書放入傳送機(jī)終端的分揀箱中，由圖書管理員更新標(biāo)簽并將不同分揀箱的書籍?dāng)[放到對(duì)應(yīng)書架上。

　　應(yīng)用較為普遍的高頻(HF)和超高頻(UHF，具有跳頻特性)兩種RFID技術(shù)接口射頻信號(hào)的混合類型不同，超高頻RFID技術(shù)對(duì)電子標(biāo)簽讀取距離的控制能力較弱，該系統(tǒng)選用了高頻技術(shù)，系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)RFID讀卡器開始工作，RFID讀卡器會(huì)自動(dòng)讀取進(jìn)入識(shí)別區(qū)域內(nèi)的書籍，經(jīng)解碼后向ARM主機(jī)傳送，實(shí)現(xiàn)同周圍其他圖書的有效區(qū)分，進(jìn)而使系統(tǒng)自動(dòng)分類的準(zhǔn)確性得到明顯提高[5-6]。

　　3系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　3.1硬件設(shè)計(jì)方案

　　文中結(jié)合運(yùn)用ARM主機(jī)S3C2410和射頻識(shí)別模塊HF14443完成系統(tǒng)硬件的搭建，RFID讀寫器工 作流程如下：工作狀態(tài)中的讀寫器會(huì)形成識(shí)別區(qū)域(通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)射尋卡信號(hào))，RFID標(biāo)簽進(jìn)入識(shí)別區(qū)域后RFID芯片電容通過(guò)耦合產(chǎn)生感應(yīng)電壓完成充電過(guò)程，激活標(biāo)簽并同讀寫器建立握手通訊，讀寫器據(jù)此完成RFID標(biāo)簽芯片首地址信息的獲取，然后對(duì)指定地址的信息進(jìn)行讀取和解碼，再通過(guò)RS232通訊接口模塊(接口芯片采用MAX232芯片)向上位機(jī)傳送[7-8]。為避免誤讀鄰近識(shí)別裝置的信息，由讀寫器構(gòu)成的各識(shí)別裝置采用近距離讀寫(0.5m左右)模式。

　　3.2單片機(jī)控制系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)的串口通信功能通過(guò)使用AT89C52單片機(jī)來(lái)完成，單片機(jī)同上位機(jī)采用中斷的通信方式，成功讀取圖書信息的RFID讀寫器在向上位機(jī)界面?zhèn)魉托畔�時(shí)，由單片機(jī)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成通信通道的建立，并對(duì)各分揀口分揀裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行控制(以ARM主機(jī)的指令為依據(jù))。根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，單片機(jī)結(jié)合時(shí)鐘頻率通信波特率計(jì)算出UART寄存器的設(shè)置值，寄存器的中斷控制位通過(guò)設(shè)置UART來(lái)實(shí)現(xiàn)[9-10]。上位機(jī)和單片機(jī)保持相同的通信波特率，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

　　3.3ARM主機(jī)設(shè)計(jì)

　　文中采用支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的VB.net完成對(duì)上位機(jī)(ARM主機(jī))軟件的開發(fā)，VB.net支持結(jié)構(gòu)化的事件驅(qū)動(dòng)和無(wú)限擴(kuò)增控件的應(yīng)用，使用VB.net提供的通信控件即可高效地完成串口通信，當(dāng)應(yīng)用程序具備較強(qiáng)移植性時(shí)，可通過(guò)WINDOWSAPI函數(shù)(由Windows提供)的調(diào)用完成編寫過(guò)程;上位機(jī)則采用MSCOMM(一種通信控件)完成開發(fā)過(guò)程，以滿足系統(tǒng)對(duì)接收和發(fā)送串口數(shù)據(jù)的需求，可按需設(shè)置串口狀態(tài)及信息格式，PC機(jī)通過(guò)串口連接其他設(shè)備確保不同設(shè)備間能高效通信。使用Java網(wǎng)絡(luò)通訊對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行編程，形成的服務(wù)端程序系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性[11-12]。系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及TCP/IP協(xié)議完成與ARM主機(jī)的通信過(guò)程及移動(dòng)端的數(shù)據(jù)交互。

　　3.4系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊的實(shí)現(xiàn)

　　RFID讀卡器讀取的信息經(jīng)RS-232串口線向ARM主機(jī)傳送，ARM再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳給與數(shù)據(jù)庫(kù)相連的服務(wù)器進(jìn)行處理，ARM主機(jī)接收到書的類型消息后，結(jié)合服務(wù)器傳來(lái)的書籍類型對(duì)各分揀口分揀裝置進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)分類。ARM上的分揀應(yīng)用程序主要由射頻讀卡、連接服務(wù)器及分揀控制三大功能模塊構(gòu)成，射頻讀卡模塊通過(guò)串口的使用完成初始化操作過(guò)程，在標(biāo)簽數(shù)據(jù)緩沖區(qū)存放已讀取信息;連接服務(wù)器模塊負(fù)責(zé)完成同服務(wù)器間的數(shù)據(jù)傳輸和接收，終端通過(guò)使用套接口連接服務(wù)器;分揀控制模塊在底層運(yùn)行分揀裝置的驅(qū)動(dòng)程序，根據(jù)ARM主機(jī)發(fā)送的操控指令完成對(duì)相應(yīng)分揀動(dòng)作的控制，從而實(shí)現(xiàn)圖書自動(dòng)識(shí)別和分揀功能[13-14]。

　　4圖書自動(dòng)分揀識(shí)別系統(tǒng)測(cè)試

　　為檢測(cè)文中圖書自動(dòng)分揀識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)用性，PC端使用串口建立與ARM端的連接，由助手軟件完成對(duì)ARM數(shù)據(jù)處理過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在使用助手軟件前需采用minicom串口進(jìn)行調(diào)試。傳送裝置及ARM主機(jī)通過(guò)串口與RFID模塊相連，通過(guò)網(wǎng)口向服務(wù)器及ARM主機(jī)傳送所收集的信息。以太網(wǎng)端口接入網(wǎng)絡(luò)后，ARM主機(jī)及服務(wù)器開始運(yùn)行，串口運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了控制機(jī)的連接調(diào)試功能及同射頻模塊的連接功能，通過(guò)ARM主機(jī)執(zhí)行軟件可確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。

　　有效實(shí)現(xiàn)了RFID讀卡器讀取信息到ARM主機(jī)的傳輸及相關(guān)數(shù)據(jù)處理過(guò)程，不同種類的圖書可快速分揀到對(duì)應(yīng)的收集箱中，同時(shí)ARM主機(jī)實(shí)時(shí)更新書籍狀態(tài)如下：“已開啟服務(wù)器1Socket[addr=/172.17.21.22,port=36198,localport=5000]EE49EFAFE7此書未被借閱”ARM主機(jī)將接收到的書籍類型卡號(hào)作為書籍唯一標(biāo)識(shí)傳送至臺(tái)服務(wù)器，并由其比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的書籍信息，成功向分揀裝置返回書籍類型，分揀裝置以返回書籍類型為依據(jù)控制相應(yīng)擋板的開關(guān)，具體測(cè)試結(jié)果代碼如下(LS、CS及NO分別代表文學(xué)類、計(jì)算機(jī)類未被借閱類)，與實(shí)際分揀結(jié)果向吻合[15-16]。

　　5結(jié)束語(yǔ)

　　數(shù)量和種類不斷增長(zhǎng)的書籍對(duì)圖書館的管理要求不斷提高，為滿足圖書館的信息化發(fā)展需求，提高其借還效率，文中設(shè)計(jì)的圖書自動(dòng)識(shí)別分揀系統(tǒng)，結(jié)合ARM架構(gòu)處理器和RFID非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)了書籍的自動(dòng)分揀功能，同時(shí)借助移動(dòng)終端APP(二維碼掃描借書)滿足了便捷的借閱需求，無(wú)需人工掃描書籍條形碼，極大地降低了圖書管理人員的工作量，使圖書分揀的自動(dòng)化水平得到有效提高，該系統(tǒng)簡(jiǎn)化了圖書管理的分揀流程，有效實(shí)現(xiàn)了已借閱書籍的準(zhǔn)確檢測(cè)，能夠按照預(yù)先制定的分類標(biāo)準(zhǔn)完成有效的自動(dòng)分揀，使工作效率和分揀準(zhǔn)確性得到顯著提高，同時(shí)提升了借閱人員借還書籍的便利性。

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　　作者：趙峰濤

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