RFID大作业参考格式.doc

成绩 学 生 研 究 报 告课 题 名 称 利用RFID实现对图书的管理院 部 名 称 龙蟠学院 专 业 M11电子信息工程 班 级 M11电子信息工程 学 生 姓 名 李梦茹 学 号 1121119031 任 课 教 师 姚 健 东 目 录摘要3第1章 课题背景及研究意义4 1.1 课题背景41.2 课题内容41.3 研究意义4第2章 系统方案设计62.1 RFID技术的定义及其组成62.2 RFID技术的原理62.2.1 射频识别的基本流程62.2.2 RFID的工作原理62.2.3 RFID工作的物理学原理72.3 RFID技术的特点8第3章 硬件设计93.1 登记103.2 入库103.3 借阅11第4章 软件设计13第5章 总结15利用RFID技术实现对图书的管理摘 要本系统实现对图书的管理。文章第一部分阐述了RFID技术的研究领域及其现状。第二部分详细介绍RFID技术及其原理，在此通过对它的定义和结构组成及其特点来介绍RFID技术，RFID技术的原理主要包括它的工作原理和工作的物理学原理。第三部分运用RFID技术依次来实现对图书的登记、入库、借阅等流程监控，构建基于RFID的图书管理系统，在这部分中详细介绍了如何利用RFID技术来实现图书的登记、入库、借阅等，并且与传统系统比较得之RFID技术的优越性。第四部分进行总结，RFID技术对图书的管理具有很强的便利性，很多国家的图书馆都采用该技术进行图书的管理，随着技术的发达，RFID技术在图书馆领域的应用会更广阔，将会给图书馆带来一场新的技术革命。关键字： RFID；自动识别技术；图书；登记；入库；借阅第1章 课题背景及研究意义1.1 课题背景随着网络技术的提升和信息服务的扩展，传统的图书馆软硬件已经渐渐的落后读者的需求 ，使得图书馆不能有效的发挥作为信息枢纽的功能。为此，一些高校图书馆开始研究和实施新型的图书馆服务模式，就是利用RFID技术来实现对图书的登记、入库、借阅等流程监控，构建基于RFID的图书管理系统。RFID以其独特的技术魅力被应用于社会生产各个领域已经有很长时间了。世界零售业巨头Wal-Mart和美国国防部（DOD）关于对RFID的试点应用唤醒了RFID这位技术睡人，搅乱了我们的技术生活。于是，人们对RFID表现出了从未有过的热诚，人们以巨大的努力和激情去研究RFID技术和应用。 RFID技术全名是无线射频识别技术，是一种非接触式，双向数据通信的自动识别技术。应用于图书管理工作中，即是采用非接触式射频卡代替传统的纸质条码式借书证，识别工作无需人工干预、具有快速、准确可靠的特点，是图书管理数字化进程的标志。1.2 课题内容文章首先介绍无线射频识别技术(RFID),以及其如何工作即工作原理；其次重点研究如何利用RFID技术实现对图书的登记、入库、借阅等流程的监控，构建基于RFID的图书管理系统。1.3 研究意义RFID技术可识别高速运动，物体并可同时识别多个标签，早期应用于军事，近期才开始慢慢向民用方向发展，主要用于物流管理、图书管理、门禁控制、电子门票等领域。RFID技术正日益受到各行业的重视，大有取代条形码的趋势。RFID 技术在国外应用比较广泛，目前主要是在经济发达国家应用, 仅在北美就超过100 家图书馆使用这一技术。除新加坡外, 美国、荷兰、澳大利亚、新西兰、印度和马来西亚等十余个国家的多家图书馆也于近年相继采用了该项技术。RFID 技术在图书管理系统主要有以下3 家公司进行研发推广: CHECKPOINT (保点公司, 美国) 、3M 公司(美国) 、TAGSYS (法国) 。目前已经有超过500 家图书馆正在使用该系统, 其中以新加坡和美国应用的最为广泛。在国内，2006年6 月9 日, 国家科技部在北京召开新闻发布会, 发表由科技部、国家发展和改革委员会、商务部、信息产业部等15 个部委共同编制的中国射频识别（RFID）技术政策白皮书。白皮书研究分析了国内、国际RFID 技术发展现状与趋势, 提出了中国的RFID 技术战略、中国RFID 技术发展及优先应用领域、推进产业化战略和宏观环境建设。 根据Venture Development Corporation(VDC)提供的资料表明，2002年全球RFID市场销售额为9.65亿美元，并保持着每年22.6%增长率。而IDC提供的统计资料则更加明确地细分了RFID市场，预计到2008年，RFID咨询市场销售将达到20亿美元。这些数据都明确表明，RFID正在成为继电子商务之后全球性的科技热潮。第2章 系统方案设计 2.1 RFID技术的定义及其组成RFID技术，全名是无线射频识别技术，是利用无线电波来进行通信的一种非接触自动识别技术。组成最基本的RFID 系统由三部分组成: 其一是标签(RFIDTAG, 即射频卡)。也被称为电子标签或智能标签, 由耦合元件及芯片组成, 标签含有内置天线, 用于和射频天线间进行通信, 芯片中存储有能够识别目标的信息。有些RFID标签支持读写功能, 目标物体的信息能随时被更新。其二是阅读器(也称解读器)。读取标签信息的设备,分为手持和固定两种, 由发送器、接收仪、控制模块和Transceiver 组成Transceiver 和控制计算机或PLC连接从而实现它的沟通功能。其三是天线。在标签和读取器间传递射频信号。天线是信号的采集器, 它会把采集的信息传给中央服务器, 由服务器来判断信息后再发送给天线。 2.2 RFID技术的原理 电子标签和读写器之间通过天线架起空间电磁波传输的通道。通过射频信号的耦合将电子标签上的数据传送给读写器。 2.2.1 射频识别的基本流程RFID 系统的基本工作流程是阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号, 当电子标签进入发射天线工作区域时产生感应电流, 电子标签获得能量被激活; 电子标签将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去; 系统接收天线接收到从电子标签发送来的载波信号, 经天线调节器传送到阅读器, 阅读器对接收的信号进行解调和解码后送到后台主系统进行相关处理; 主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性, 针对不同的设定做出相应的处理和控制, 发出指令信号控制执行机构动作。 2.2.2 RFID的工作原理 无线射频识别技术是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电磁耦合或电磁传播）传输特性，实现对被识别物体的自动识别。其中电感耦合即所谓的变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律，典型工作频率有：125KHz、225KHz、13.56MHz。电磁传播或者电磁反向散射耦合，即所谓的雷达原理模型，发射出去的电磁波碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律，典型工作频率有：433MHz、915MHz、2.45GHz和5.8GHz. 图2-1为RFID系统配置示意图。图2.1 RFID系统示意图RS232/485标签读头客户机（监控机）服务器 2.2.3 RFID工作的物理学原理 1. 天线场天线场分电抗近场区（无功近场区）、辐射近场区（菲涅尔区）和辐射远场区（弗朗荷费区）。辐射近场区与远场区的分界距离R为 R=式中，D为天线直径。为天线波长；D。2. 能量耦合和数据传输 （1） 耦合类型根据RFID系统作用距离，耦合可分三类：密耦合系统、遥耦合系统和远距离系统。根据RFID系统作用距离，数据交换方式分为：负载调制和反向散射调制。（2） 反向散射调制的能量传递 2.3 RFID技术的特点与传统的图书馆软硬件相比，RFID技术具有以下特点：（1） 快速扫描 条形码一次只能有一个条形码受到扫描；RFID读写器可同时辨识读取数个RFID标签。（2） 体积小型化、形状多样化 RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID标签更可向小型化与多样化形态发展，已应用于不同产品。（3） 抗污染能力和耐久性 传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强的抵抗性。RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污染。（4） 可重复使用 现今的条形码印刷上去之后就无法更改，RFID标签则可以重复的增加、修改和删除。（5） 穿透性和无屏障阅读 在被覆盖的情况下，RFID能穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的物质，并能进行穿透性通信。（6） 数据的记忆容量大（7） 安全性第3章 硬件设计利用RFID技术来实现对图书的登记（上标）、入库（上架）、借阅等流程的监控，主要是借助于射频识别（RFID）标签来进行对图书的管理。图3-1是图书馆标签的流通图。还损坏/更换借上标流通上架图3.1 图书馆标签流通图 3.1 登记登记即上标，就是给书加上射频识别标签，（新书可在图书采购回后粘贴，旧图书在流通过程中加贴，值得注意的是电子标签必须符合标准）。当新书入库时，将相应的新书信息写入标签中，通过标签打印机打印出来贴在书上。供应商给每一本书加上一个射频识别（RFID）标签，该标签含有一个独一无二的产品电子代码（EPC），存储在标签的芯片内，标签带一个微型的射频天线。有了这些标签，管理员可以用全自动、成本效益高的方式，对货物进行识别、计数和跟踪。 3.2 入库 图书到达图书馆后，由于在卸书区有RFID阅读器，因此不需要开包检查里面的书，就可以直接进行验收入库。通过同相应的供应商核对无误后，这批书就可以很快地上货架存放。图书上架后借助RFID标签可以实现快速馆藏清点,几个小时完成原本需要几天的清点工作量;馆员可以根据RFID标签内存储的上架信息进行辅助寻架,协助读者快速查书也可以将错放位置的书顺利归架。同时, RFID标签也有利于数据采集。因此大容量、高读写速度的标签能够提高上述业务的效率。在入库过程中，验货、入库记录、书位分配操作一气呵成，大大减少了搬运工作量，节省了时间。 3.3 借阅在RFID系统的工作程序中，应用软件向读头发出读取命令，作为响应，读头和标签之间就会建立起特定的通信。读头触发标签，并对所触发的标签进行身份验证，然后标签开始传送所要求的数据。读头和标签之间的通信是通过能量来传送的，即阅读器发出微波查询（能量）信号，电子标签（无源）收到微波查询能量信号后，将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工作，另一部分微波能量信号被电子标签内保存的数据信息调制（ASK）后反社回阅读器。阅读器接收反射回的幅度调制信号，从中提取出电子标签中保存的标识性数据信息。例如:在借书时，馆员拿阅读器触发条形码（电子标签），对所触发标签进行身份验证时，阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号, 当电子标签进入发射天线工作区域时产生感应电流, 电子标签获得能量被激活; 电子标签将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去; 系统接收天线接收到从电子标签发送来的载波信号, 经天线调节器传送到阅读器, 阅读器对接收的信号进行解调和解码后送到后台主系统进行相关处理; 主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性, 针对不同的设定做出相应的处理和控制, 若情况属实，系统将发出指令信号控制执行机构动作。若所提供的数据错误，则显示提示信息。在借阅过程中，运用RFID系统，有以下优点：第一，标签则可以重复地新增、修改、删除其存储的信息, 即可以重复不断地使用。第二，快速扫描, 可同时读取数个资料。第三，储存信息的容量大。第四, 信息接收传播穿透性强, 方便资料辨读。第五, 抗污染能力和耐久性强。第六, 安全性。RFID 标签读取方面且有密码保护, 高度安全性的保护措施使之不易被伪造及更改。还书时也是如此，当阅读器读到出库的书籍时，书的详细信息如书名、出版社、主编等显示在桌面上，操作人员从系统读取详细信息，进行核对，如果无误就可以进行还书。将RFID技术嵌入图书的自动输送系统中来完成归还图书的自动分拣，然后，可根据标签内的上架信息将分拣好的图书半自动上架。 利用RFID技术不仅可以实现对图书登记、入库、借阅流程的管理，而且还可以实现图书的整个配送过程。如下图： 接单配送需求出书进书订单处理进书验收卸载出书计划入库拣书库存管理 补书出书检验集书暂存采购装载上车良品退书检核配送退书需求退书 废品退书分类信息流实物流退书处理图3.2 配送中心主要作业示意图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、书架管理系统和RFID 标签等 。图书馆员可以利用该技术及相关设备及时掌握馆内各种书刊资源的位置、分布、流通及流向,使RFID 技术成为图书馆向智能化迈进的强大动力。实践证明,RFID 图书管理系统,对读者而言,可以自助借书还书,无需排队等候,还可异馆还书、就近还书,并且可以自行查看借书记录,利用柜台工作站自行完成续借、罚款等操作,使图书馆实现了真正意义上的“开架”;对图书馆员而言,不仅可以简化借还书处理过程、加快典藏速度,而且利用RFID 智能标签点检器极易寻找不在架上或乱架的书刊,可大大提高图书馆的工作效率。为顺应图书馆这种先进的技术潮流,许多出版社如荷兰著名的NBD| Biblion出版公司等为增强市场竞争力,在其售出的图书上贴上RFID 标签,以实现书刊在图书馆内的自动跟踪,更好地为用户服务。第4章 软件设计本章主要介绍嵌入式系统的软件设计过程，主要包括以下几部分应用程序的设计过程。针对一本书来说，其关键的信息一般包括以下内容：图书编号、图书号、图书书名、图书作者、图书出版社。以上图书信息再加上各项信息所占的字节数就构成了一个完整的通信数据包。表4-1是图书信息采集系统和PC机通信协议的格式，各项的数据格式均是十六进制。 下面对数据包的内容做一下说明。数据包里的总字节数n占用1个字节，这1个字节标示着这一包数据的总字节数，包括n所占的1个字节在内一共的字节数。比如n是50，则代表这1包图书信息一共是50个字节。 图书编号占4个字节，是标示图书在库中序号的，它在图书库中的编号是唯一，就是说每本图书都有一个唯一图书编号。图书ISBN号总字节数n1表示图书号所占的字节数，图书号即国际标准书号，简称ISBN，图书号和图书编号不同，在一个库里图书的图书号可以有相同的。以下图书书名、图书作者、图书出版社等的格式也都和图书号类似。当往标签里写图书信息的时候，图书PC管理软件负责把图书各项信息封装并按照上面的协议打包，再把数据格式转换为十六进制格式，然后通过异步通信串行口发送给图书信息采集系统，即STC11F32XE微处理器，微处理器通过中断 20 的方式从串口把接收到的数据放入到一个数据缓冲区中，由微处理器控制MFRC500把数据包从数据缓冲区中取出，再把数据包连续写入到电子标签的063块中。 当需要从标签里读图书信息的时候，图书PC管理软件把读命令发给微处理器，微处理器首先读出数据包中第一个字节，然后按照该字节内容的大小从电子标签063块中连续读出规定的字节数，并发给图书PC管理软件。图书信息采集系统是不负责数据的打包和封装的。 第5章 总结本文首先介绍了RFID技术，通过其结构和原理来阐述无线射频识别技术。其次，重点描述了利用RFID技术实现对图书的登记、入库、借阅等流程监控，构建基于RFID的图书管理系统。运用RFID图书管理系统，简化了借阅的环节，提高图书整架工作效率，加速盘点业务，提高图书管理员的工作效率，减少人力，方便了大家。目前，已经有澳大利亚、印度、荷兰和马来西亚等十余个国家的将近100家机构采用了这项技术，其中新加坡国家图书馆堪称其中的典范；读者自助借书、还书无须排队，可以用现金卡自动支付超期罚款等各种费用，以及自行查看借书记录几乎不需要图书管理员的协助与参与。这种无人值守开放式图书馆的理念已经深入人心。RFID技术在图书馆的应用，是未来现代化图书馆的发展趋势，是图书馆服务理念转变和文献管理科学化的重要技术手段，在图书馆领域的应用会更广阔，将会给图书馆带来一场新的技术革命。