基于RFID的图书管理系统.doc

* 实践教学*XX理工大学计算机与通信学院2013年秋季学期RFID应用技术课程设计题目：基于RFID的图书管理系统 专业班级： 物联网XX班 姓 名： XX 学 号： XXXXX 指导教师： XXX 成 绩： 目录摘要1前言2一.案例描述31.1 RFID智能图书馆应用优势31.2.RFID智能图书馆系统特色41.3.RFID超高频应用领域41.4.图书管理系统图例4二.需求分析62.1 实验箱模块的选择62.2 开发语言的选择92.3 数据交换方式102.4 存储系统设计102.5 应用程序的结构11三.整体设计思路143.1 系统构成部件143.1.1 硬件构成143.1.2 软件构成19四.整体描述和实现204.1 系统模块的连接204.2 系统模块的数据读写设计204.3 应用系统UI设计214.4 系统功能的具体实现25五.总结28致谢29参考文献30RFID技术课程设计摘要 在一个越来越追求成本与效率的时代，人们不断的寻找更好的技术和方法进行图书管理工作。本文拟对图书管理系统进行软硬件的升级，通过采用先进的RFID技术和设备，从而有效地提高图书管理的效率、降低图书管理人员的劳动强度。 建设RFID图书管理系统网络运行环境并部署相应的RFID硬件设备，用来识别、追踪和保护图书馆的所有资料，实现图书借还、查找、馆藏盘点等功能，目标是极大地提高图书馆资料的管理效率，从而有更多的精力和时间为读者提供更多更周到的人性化的服务。RFID技术在图书馆理信息系统中的使用，是图书馆的管理更趋于科学化，将图书从数字化推向智能化。整个系统操作简单、界面友好，完成了图书管理的全过程。本论文主要介绍了本课题的开发背景、所完成的功能和开发过程。 本次课设利用Visual Studio 2005、c+、Access数据库技术的强大力量，提高编程效率和可靠性。关键字：RFID；visual；studio；c+；图书管理系统前言 在一个越来越追求成本与效率的时代，人们不断地寻找更好的技术和方法进行图书管理工作。本文拟对图书管理系统进行软硬件的升级，通过采用先进的RFID技术和设备，从而有效地提高图书管理的效率、简化图书管理的流程、降低图书管理人员的劳动强度。 图书管理师RFID技术应用的一个重要方面，图书馆是图书管理需求最为集中地应用场所。目前的多数图书馆已经从纯手工管理方式过渡到了采用条形码识别、计算机网络、计算机软件技术的数字化管理模式。虽然采用了许多现代化技术，但还是有许多的问题困扰着图书馆的管理以及工作人员。建设RFID图书管理系统网络运行环境并部署相应的RFID硬件设备，用来识别、追踪和保护图书馆的所有资料，实现图书借还、查找、馆藏盘点等功能，目标是极大地提高图书馆资料处理的效率，从而有更多的精力和时间为读者提供更多更周到的人性化服务。根据图书馆的实际情况，为图书馆设计了采用RFID技术的图书自动管理系统，是图书馆管理现代化、智能化的有力体现，是学校教学手段的现代化的必然选择。通过系统的需求调研，RFID技术应用于图书管理过程中实现目标主要包括以下几个方面：1.实现图书自助借还引入先进的读写技术以实现智能化的图书借还流程，提高信息存储的安全性、信息读写的可靠性、借还书的高速快捷。2.实现图书的快速盘点和检索依靠人工的图书盘点工作，工作量大而且效率低。管理员要凭自身的记忆对图书进行分类放置和记录，费时劳神又很难达到目的。采用RFID技术，可以有效节省用户空间和成本的同时，通过建立完善的索引机制，以及系统自身提供的强大的图书检索引擎，来便捷图书管理员以及借阅者的图书调用，提高检索准确性，提升工作效率。3.实现可靠而安全的图书管理系统现有的图书馆磁条防盗系统的准确性较低，并且磁条的磁性很容易被削弱，所有引起误报和漏报的几率较大。通过电子标签的微小芯片和天线，可以方便地跟踪和记录图书在流动过程中所经过的每一个地点。一.案例描述1.1 RFID智能图书馆应用优势 电子标签(RFID)具有一个双重角色的作用：一方面是身份识别，用来对物品进行跟踪和清点；另一方面用于物品的安全保护。也就是说，RFID同时具备了身份识别和防盗的功能。RFID的这种特点大大地提高了资料处理能力，通过一个简单的单一操作就可快速、准确地完成资料流通过程。 （1）简化借还书流程，提高流通效率 现有的借还书流程仍然需要人工打开图书扉页并找到条码位置然后才能扫描条码。这样的操作流程仍然较为繁琐，借还书效率比较低。同时，条码容易破损，这样不仅会影响借还书的效率，同时也会影响读者对图书馆的满意程度。因此，需要引入先进的读写技术以实现自动化的图书借还流程，提高信息存储的安全，提高信息读写的可靠对，也提高借还书的速度。RFID 系统的自助借还书，支持一次借还10 本以上（可灵活设定限制）的图书，效率大为提高。 （2）大幅降低图书盘点和查找工作量 依靠人工的图书盘点工作，特别是书架图书的盘点工作量太大而且效率很低。图书管理员盘点书架图书要凭自身的记忆对图书进行分类放置和记录，费时劳神却又很难达到目的。引入先进的RFID 图书盘点工具和方法，可实现图书盘点的自动化或半自动化。RFID非接触、远距离、快速读取多个标签的特点，使盘点工作简单有效，RFID 使从不能盘点到可以盘点、轻松盘点；同样，可以轻松实现顺架等功能；上架时可以根据书库图形化路线（相当于电子地图）指示馆员按正确位置拜访馆藏。 （3）改变了图书馆的服务模式 1) 可以实现无人图书馆： RFID技术的应用，使无人图书馆成为可能，图书馆就可以实现真正意义上的24 小时的全开放。2) 图书馆业务流程的重组：RFID 解放了流通部门占有的大量人员，使图书馆的业务流程重组变得必要和可行；图书馆将从以馆藏为中心转向以读者为中心，提供给读者的服务将迈向多元化、高级化和人性化。3) 参考咨询性工作的重要性越发突出：图书馆的参考咨询工作是读者与信息资料之间的中介，从而使图书馆区别与一般的信息工具或者网络。图书馆流通工作淡化后，参考咨询工作会成为图书馆的主要工作。 4) 不满足于开展阵地服务、传统服务，充分利用各种设施和技术条件，为社会公众提供多样化、个性化服务，使图书馆的服务广度与深度都得到延伸，提高公共文化服务能力。1.2.RFID智能图书馆系统特色 （1）快速扫描 条形码一次只能有一个条形码受到扫描；RFI D 辨识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 标签更可往小型化与多样形态发展，以应用于不同产品。 （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抵抗性。此外，由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损； RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。 1.3.RFID超高频应用领域 超高频RFID主要应用有： 供应链的管理和应用 服装生产线和物流系统的管理和应用 生产线自动化的管理和应用 图书管理系统的应用 集装箱的管理和应用 铁路包裹的管理和应用 后勤管理系统的应用1.4.图书管理系统图例图1-1A. 智能监测系统：当入出图书馆经过该系统，图书被遗漏处理自动提醒：B. 馆员工作站：在线设备的实时监控管理；为读者提供更多更好的增值服务；辅助业务处理；C. 自助借书系统：可供读者自主借书操作；D. 自助还书系统：可供读者自主还书操作；E. RFID 馆藏标签：可记录书名、作者、出版社、索书号、 ISBN/ISSN 、等信息；F. 馆藏资料：书、磁带、光盘等；G. 便携式馆藏点检系统：馆藏资料盘点、寻找、顺架；H. 标签转换系统：对馆藏标签编写数据或分流；I. 图书馆应用系统：与各类图书馆应用系统无缝集成。二.需求分析2.1 实验箱模块的选择本设计中采用的OURSRFIDRP实验平台，其硬件结构如图2-1所示。图2-1LF 模块将由 ATMEL 的 UR2270 为核心组成；依托于Atmel官方提供的EVM板设计，实现读写操作，读卡器采用Atmel ATA2270实现，通过读卡器获取指令流，并对ID卡进行读写操作。增加了软件上的通讯握手机制（一次性的握手）。主要实现的功能是，通过串口实现对低频板读写动作的控制，可实现读写卡等基本操作。HF 读卡器由 TI 的 TRF7970A 芯片为核心组成；上电后，430先通过并口访问7970芯片，在没有读到卡时，程序运行在串口读写模式，并每隔0.5s向串口发送一个“D”，直到有写操作为止。当有卡读写时，针对相应的卡，程序进入不同的协议中，并且点亮相应的LED灯。UHF 读卡器由英频杰公司的 R2000 芯片+ATMEL 公司的 ARM7 芯片架构完成 读卡器向一个或一个以上的标签发送信息，发送方式是采用脉冲间隔编码 (PIE) 格式的双旁带振幅移位键控 (DSB-ASK)、单边带振幅移位键控(SSB-ASK)或反向振幅移位键控(PR-ASK) 调制射频载波信号。标签通过相同的调制射频载波接收功率。ACTIVE ZIGBEE电子标签模块使用 ZigBee 协议，利用 2530 平台，完成 1 对多的主动式 RFID 系统的设计。 CC2530 邮票孔模块把 RF 部分全部做到了模块内部，采用先进的 RF 设计理念，使 RF 做到了最优化3530嵌入式网关对RFID模块的控制的实现 。嵌入式网关使用一个TTL电平的UART和4个TTL电平的GPIO管脚来管理包括原理机在内的所有的RFID模块。系统整体布局结构如图2-2所示：图2-2 OURSRFIDRP系统整体布局图根据本次课程设计所做图书馆管理系统所要实现的各种功能，设计选用超高频模块：UHF模块：图2-3系统框图：图2-4支持协议：EPCglobal UHF class 1 Gen 2 /ISO 18000-6C支持区域：FCC、ETSI输出功率：最大30dBm(外部供电)，23dBm（USB供电）,功率可调，前向和反向功监测DRM滤波器：包含高性能外部DRM滤波器，适用于环境恶劣的情况天线：双天线配置（50 MMCX接口），可配置成一个隔离天线或者俩个一体天线通信接口：Mini-USB、UART，具有工程调试功能尺寸：88mm45mm（模块大小）开发包：硬件包括开发板、接口板、电源、相关的线缆以及PCB Gerber文件，软件包括Firmware、windows/wince下驱动、SDK以及示例程序，并且提供Indy Tool以及Indy Tracer工具便于操作和调试。物理层：读卡器向一个或一个以上的标签发送信息，发送方式是采用脉冲间隔编码 (PIE)格式的双旁带振幅移位键控 (DSB-ASK)、单边带振幅移位键控(SSB-ASK)或反向振幅移位键控(PR-ASK) 调制射频载波信号。标签通过相同的调制射频载波接收功率。读卡器通过发送未调制射频载波和倾听反向散射回答接收从标签发来的信息。标签通过反向散射调制射频载波的振幅和/或相位，传达信息。用于对读卡器命令作出响应的编码格式或是 FM0 或是 miller-modulate 的副载波。询问和标签之间的通信线路为半双工，也就是不应要求标签在反向散射的同时解调读卡器。标签不应利用全双工通信对强制命令或任选命令作出响应。ISO 18000-6C 标签识别层：通过命令读取标签存储空间的内容，并通过 PC 分析命令字段及标签存储器，见 ISO 18000-6C 协议第 6 部分标签识别标签存储器。读写器与标签通信见下面示意图： 图2-52.2 开发语言的选择目前常用的语言有汇编语言、C语言、C+、C#、JAVA等，以下为他们各自的优缺点，通过比较来确定本次设计应使用哪一种。C+语言是一种面向对象设计语言，它在C语言的基础上发展而来，以面向对象的语言而闻名，修补了C语言中的一些漏洞，提供更好的类型检查和编译时的分析。也使得程序员在C+环境下继续写C代码，也能得到直接的好处。C+以其独特的语言机制在计算机科学的各个领域中得到了广泛的应用。面向对象的设计思想是在原来结构化程序设计方法基础上的一个质的飞越，C+体现了面向对象的各种特性。C+就是要让C+既具有适合于系统程序设计的C语言所具有的可适应性和高效性，又能在其程序组织结构方面具有像面向对象程序设计风格那样的语言设施。在C+中可以使用多重继承，即一个类别可以同时从多于一个父类继承行为与特征的功能。与单一继承相对，单一继承指一个类别只可以继承自一个父类，C#和JAVA就一种单一继承方式的面向对象的程序设计语言。综上所述，根据本次课程设计所涉设计的图书管理系统，我们选择用C+语言作为开发语言更为合适，可以充分发挥C+语言的优点来完成图书管理系统的各个功能。2.3 数据交换方式1.标签转换系统 标签转换系统是无线射频识别技术（RFID）与现有图书馆管理系统之间的一座桥梁，通过标签转换系统将RFID 唯一识别号与图书唯一编码实施绑定，将RFID 技术与现有图书馆管理系统的挂接，实现对图书、读者详细信息的访问，从而将RFID 技术集成到现有图书馆馆系统当中。标签转换系统完成图书电子标签、架标标签以及借书证电子标签的转换工作标签转换系统由硬件和软件系统2部分。2.硬件组成 标签转换系统硬件包括：控制主机和标签转换装置。控制主机用于安装标签转换软件系统控制对图书标签、借书证标签进行数据转换，实现标签信息与条形码等其他信息的绑定。通过绑定能够实现对图书及读者详细信息的访问。2.4 存储系统设计在设计中，根据选用的语言，可以选用各种不同的存储系统做中间件，最简单的文本形式保存，再用程序访问文本，在管理员PC机端显示，也可以采用数据库，保存数据，再用接口访问数据库。以数据库保存数据，克服了以文本保存数据的缺点，对数据的安全有了可靠地保证，同时便于客户端的连接。在数据库中有多种开发工具，如SQL server、Access等。Access是桌面型的小数据库应用，Access中的数据存储在文件系统内，不适应海量数据的存储，Access最大支持2GB，而SQL server可以更大。Access是中小型数据库，SQL server是大型数据库，当存储容量达到一定程度的时候，就会明显的感觉到他们的区别，主要是在存储速度上。Access可以单独的上传下载，本机必须要安装Access，而SQL server必须在本机安装SQL server才能在本机上操作数据库，当然也可以通过链接操作网络上的SQL数据库操作。Access是一种桌面数据库，只适应数据量少的操作在处理少量数据和单片机访问大数据库是很好，效率也很高，但是它的同时访问客户端不能多于4个。Access数据库有一定的权限，如果数据达到100M左右，很容易造成服务器死机，或者消耗掉服务器的内存导致服务器崩溃。SQL server是基于服务器的中型数据库，可以适合大容量的数据应用，在功能上管理也要比Access强。在处理海量数据的效率，后台开发的灵活性，可扩展性等方面强大。因为现在的数据库都使用标准的SQL语言对数据库进行管理。SQL server还有更多的扩展，可以用存储过程，数据库大小无极限限制。在图书管理系统中，对数据库中数据的要求不是很高，没有大量的数据保存，Access再设计过程中，设计比较简单，因此在此系统中选择Access数据库作为数据存储过程。2.5 应用程序的结构1.图书馆现状与问题分析 现有的借还书流程虽然引入了条码扫描系统，但仍然需要人工打开图书扉页并找到条码位置然后才能扫描条码。这样的操作流程较为繁琐，借还书效率低。同时，条码容易破损，经常回发生条码读不出来需要更换条码的现象，这样不仅会影响借还书的效率，同时也会影响读者对图书馆的满意程度。图书馆防盗系统现在还是孤立系统，图书归还和上架之前要经过上磁处理，借出时间进行消磁处理，工作量大，直接影响了图书流通以及管理的工作效率。在发现盗窃行为的同时无法记录盗窃图书的信息，对图书的日常盘点、补缺工作影响极大。2.一个理想的、现代化的图书馆 如果您是一个读者 走进图书馆干净整洁的大厅，您只需要来到自助借还设备前，在触摸屏上轻松地查询出自己需要的图书，根据提示你直接走到某一排的书架前拿走那本书，然后再自助借还设备前将你的借书证和书读取以下，就可以带着书离开了。您不需要和任何人接触，就可以完成整个借书的过程，方便、快捷。读者还书和借书就像在银行的24小时ATM机上存取钱一样方便、快捷。 如果您是图书管理员您再不用在盘点或者整理图书时忙的晕头转向，为找一本书而耽误很多的时间，便携式盘点设备可以帮助你轻松完成上架、盘点等繁琐的工作，在读者需要帮助的时候您可以轻而易举的找到任何一本书的位置，你不用担心会有人没有登记就带着图书离开，任何没有完成借书手续的图书通过智能安全门时都会告知您。3.系统需求分析系统以RFID技术为基础，以RFID中间件为媒介实现了先进的RFID技术和图书管理方法的有机结合，为图书馆的管理提供了十分有效的技术手段，将先进RFID技术同图书管理系统有机地结合起来，有效地提高了图书管理的效率、简化了图书管理的流程、降低了图说管理人员的劳动强度并在为读者提供更加便利快捷的图书借还书、查询等服务的同时做到对读者信息和借阅图书的双重记录。从而能有效地提高图书管理的效率、简化图书管理的流程、降低图书管理人员的劳动强度，实现真正意义上的“开架”。4.功能需求在设计一个系统时，要弄清它能够实现什么功能，再根据具体要实现的功能来分析需要哪些元素，知道这些内容后在进行相应的界面。通过以上的功能分析，该系统要完成以下的功能需求。本系统设计主要包括：图书管理、借阅图书、统计分析三大模块。.图书管理主要完成日常对图书的管理工作，主要包括：书籍管理、类别管理、出版社管理、读者管理、图书盘点等功能；.借阅管理为图书馆的日常操作功能，主要包括：出借管理、归还管理、续借管理、预借管理、借阅查询等功能；.统计分析主要为定期对图书馆图书情况、借阅情况进行统计，主要包括：借阅统计、图书类别统计、图书状态统计、借阅排行等。根据以上功能的需求，RFID技术队图书馆工作起到以下的作用：.资源得以合理配置自助服务将图书馆的工作由以藏书为中心、以馆员为中心转移到以读者为中心，同时自助服务又突破管理员的专业局限，让读者在最短时间里找到自己需要的资源。.资源得以高效利用自助服务把原来由管理员承担的工作放到了读者的手里，图书馆的人力支出相应地减少，成本随之降低。图书馆管理人员则利用节省出来的时间和人力资源用于延长图书馆的开放时间、用于更深层次的参考咨询工作和个性化服务等，从而提高图书馆的利用率。.读者的主人感意识增强由于感到自己是图书馆的主人，无形当中增强了对图书馆的亲和力，使自己的行为更加自觉的受到图书馆的规章制度的约束。.读者真正拥有安全感自助服务无需管理员的介入，具有较高的安全保密性，不会产生因管理员操作而使读者信息泄露，更加符合读者的心理。.突破时空限制24小时自助服务不受图书馆开、闭的影响，最大限度地方便了读者，使得图书馆的服务向更加人性化的方向发展。5.应用需求分析本系统采用的射频识别技术与条形码技术不同，他们有不同的适用范围。两者之间最大的区别是条形码是“可视技术”，扫描仪在人的指导下工作，只能接受它视野范围内的条形码。相比之下，射频识别不要求看到目标。射频标签只要在接收器的作用范围之内就可以被读取。条形码本身还有其他缺点，如果标签被划破，污染或者脱落，扫描仪就无法辨认目标。RFID由于其全向飞接触、非扫描的资料读取方式，读者不需将图书摆到一定的角度位置，或多本图书叠在一起，RFID便可一次正确读取，这大幅增加了借还书系统的可用性与简便性，只要附上简易操作说明，大部分初次使用者都会使用。三.整体设计思路信息技术是现代图书馆的最主要的技术支撑，馆藏图书文献是图书馆最基本的资源实体，文献提供是图书馆最主要的服务内容。目前在国内图书管理系统中普遍采用“安全磁条条形码”的技术手段，以安全磁条作为图书的安全保证，以条形码作为图书的身份证，解决了图书管理中的一些问题，但是在图书高速盘点、图书借还、图书区域定位等问题还是不能很好地得到解决，而利用无线射频识别技术RFID使上述问题的解决变得相对容易起来，快速借还、高速盘点、快速查找、定位、顺架、导架、上架、整架、分拣等功能均可实现。对图书馆图书和文献服务的排架提出全新的定位和排架理念，采取文献、书库书架的一体化RFID标识，从而构架起计算机信息和馆藏文献、工作人员服务之间的更为方便、高效、便捷的津梁。图3-1系统定位模式对比图3.1 系统构成部件3.1.1 硬件构成（1）RFID的定义 无线射频识别即RFID（Radio Frequency IDentification ）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种非接触的自动识别技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。它基本由三部分组成：标签(Tag)、阅读器(Reader) 和天线(Antenna)。.RFID电子标签(Tag ，或称射频标签)：由芯片及内置天线组成。芯片内保存有一定格式的电子数据，作为待识别物品的标识性信息，是射频识别系统真正的数据载体。内置天线用于和射频天线间进行通信。 . 阅读器：读取或读/ 写电子标签信息的设备，主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息连带标签上其它相关信息传输到主机以供处理。 . 天线：标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。 RFID射频识别是英文Radio Freqency Identification 的缩写，它是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个识别卡， 操作快捷方便。RFID射频识别是一种世界上较为领先的技术：第一，可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体；第二，其采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；第三，可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读。此外，储存的信息量也非常大。（2）RFID的发展历史 RFID的出现可追溯至上世纪30 年代，当然其基本技术无线电射频技术还可以追溯至1897年Guglielmo Marconi 发明无线电的时候。RFID 采用与无线电广播相同的物理原理来发射和接收数据。RFID的基本前端系统一般由3 个部分组成： 标签（tag）或者雷达收发器（transponder)；接收器（receiver）或者阅读器（reader ） 天线。而这些部件则有许多变体，基于不同的功率、发射范围和距离、天线设计、工作频率、数据容量、管理和操作软件、数据编码格式、空中接口和通信协议等等。这样，便出现了许多不同类型的系统，具有不同的特点和针对的应用范畴。（3）RFID系统的组成一个RFID系统通常有两个组件组成：收发器（transponder ）或者标签（Tag）：位于或者通过某种物理手段附加于被识别的对象之上； 讯问器（interrogator ）或者阅读器（reader ）：取决于设计和所采用的技术，可以是阅读或者读写设备。图3-2阅读器通常包含一个射频模块 ( 发射器和接收器)，一个控制单元和一个与收发器的耦合单元。另外，某些阅读器还包含其他数据接口系统 (RS 232, RS 485,TCP/IP 等)，以便将数据转发到其他系统。标签：表示 RFID系统的实际数据载体，通常有一个耦合单元和一个电子芯片组成。标签通常不具备自身电源供应，当它不在质询器的质询范围时，整体呈被动状态。它只有在质询器的质询范围之内才被激活。激活雷达收发器的电力通过耦合单元传输给收发器，所需的数据和时钟脉冲也是如此。图3-3（4）RFID技术的基本工作原理 RFID 技术的基本工作原理：电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换。当标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号，标签凭借感应电流所获得的能量为自身供电并发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），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。图3-4RFID 标签和读写器之间采用无线通信方式传递信息。其基本的通信方式有两种，第一种基于电磁耦合或者电感耦合，第二种基于电磁波的反向散射耦合。.电感耦合：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。.电磁反向散射耦合：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。电感耦合方式一般适合于高、中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有：125kHz 、225kHz 和1356MHz 。识别作用距离小于 1m，典型作用距离为1020cm。电磁反向散射耦合方式一般适合于超高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有：433MHz，915MHz，2 45GHz ，5 8GHz。RFID 标签与读写器之间的耦合通过天线完成，天线通常可以理解为电波传播的天线，也指电感耦合的天线。数据在读写器和标签之间用无线方式传递，噪声、干扰以及失真与数据本身一样传递。与其他通信系统相似，技术上必须保证数据被正确传递和恢复。数据传递有同步和异步之分，在RFID 系统中，码流结构也要适应信道特性的要求，码流结构化过程称为信道编码。对于RFID 系统，信道编码必须对用户透明，现在有各种不同的信道编码方法，其特点也不尽相同。（5）.RFID的电子标签及应用一、RFID标签分为被动，半被动（也称作半主动），主动三类。 1)被动式:被动式标签没有内部供电电源。其内部集成电路通过接收到的电磁波进行驱动，这些电磁波是由RFID读取器发出的。当标签接收到足够强度的讯号时，可以向读取器发出数据。这些数据不仅包括ID 号（全球唯一标示ID），还可以包括预先存在于标签内EEPROM中的数据。由于被动式标签具有价格低廉，体积小巧，无需电源的优点。2)半主动式:一般而言，被动式标签的天线有两个任务，第一：接收读取器所发出的电磁波，藉以驱动标签IC；第二：标签回传信号时，需要靠天线的阻抗作切换，才能产生0与1的变化。问题是，想要有最好的回传效率的话，天线阻抗必须设计在“开路与短路”，这样又会使信号完全反射，无法被标签IC接收，半主动式标签就是为了解决这样的问题。半主动式类似于被动式，不过它多了一个小型电池，电力恰好可以驱动标签IC，使得IC处于工作的状态。这样的好处在于，天线可以不用管接收电磁波的任务，充分作为回传信号之用。比起被动式，半主动式有更快的反应速度，更好的效率。 3）主动式：与被动式和半被动式不同的是，主动式标签本身具有内部电源供应器，用以供应内部IC 所需电源以产生对外的讯号。以下按有源式和无源式两种情况叙述RFID工作过程：a.有源RFID识别卡：内有电池提供电源，其作用距离较远，且识别动目标能力强。b. 无源RFID识别卡：无源RFID识别卡，本身不带电池，依靠读卡器发送的电磁能量工作。当识别卡进入读写器天线磁场后，接收到读写器发出的射频信号，便获得感生电流，这时识别卡把存储在芯片中的产品信息发送出去。二、按照工作频率的不同，RFID标签可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波等不同种类。不同频段的RFID工作原理不同，LF和HF频段RFID电子标签一般采用电磁耦合原理，而UHF及微波频段的RFID一般采用电磁发射原理。每一种频率都有它的特点，被用在不同的领域，因此要正确使用就要先选择合适的频率。低频段射频标签，简称为低频标签，其工作频率范围为30kHz300kHz。典型工作频率有125KHz和133KHz。低频标签一般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。低频标签与阅读器之间传送数据时，低频标签需位于阅读器天线辐射的近场区内。低频标签的典型应用有：动物识别、容器识别、电子闭锁防盗等。中高频段射频标签的工作频率一般为3MHz30MHz。典型工作频率为13.56MHz。该频段的射频标签，因其工作原理与低频标签完全相同，即采用电感耦合方式工作，所以宜将其归为低频标签类中。鉴于该频段的射频标签可能是实际应用中最大量的一种射频标签，因而我们只要将高、低理解成为一个相对的概念，即不会造成理解上的混乱。中频标签一般也采用无源设主，其工作能量同低频标签一样，也是通过电感（磁）耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。标签与阅读器进行数据交换时，标签必须位于阅读器天线辐射的近场区内。中频标签的阅读距离一般情况下也小于1米。中频标签广泛应用于电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗、小区物业管理、大厦门禁系统等。超高频与微波频段的射频标签简称为微波射频标签，其典型工作频率有433.92MHz、862(902)MHz928MHz、2.45GHz、5.8GHz。工作时，射频标签位于阅读器天线辐射场的远区场内，标签与阅读器之间的耦合方式为电磁耦合方式。阅读器天线辐射场为无源标签提供射频能量，将有源标签唤醒。阅读器天线一般均为定向天线，只有在阅读器天线定向波束范围内的射频标签可被读/写。由于阅读距离的增加，应用中有可能在阅读区域中同时出现多个射频标签的情况，从而提出了多标签同时读取的需求。超高频标签主要用于铁路车辆自动识别、集装箱识别，还可用于公路车辆识别与自动收费系统中。3.1.2 软件构成 软件包括系统软件和定制研发软件两个部分，系统软件包括数据库管理系统、应用中间件。标签转换和制作完成RFID标签的制作，借还系统实现图书的流通和借阅管理等，文献查询方便为读者或工作人员查询书籍，馆藏清单提供智能化的盘库，图书目录管理系统是针对本图书馆管理全国的图书目录用。 四.整体描述和实现4.1 系统模块的连接通过透传线连接，PC机的串口线与试验箱网关（debug串口在调试网关时使用，在此不使用）给试验箱上电。图4-1 硬件连接图4.2 系统模块的数据读写设计RFID超高频模块的主要作用：把指令包按照功能作用，提供相关实验验证平台，执行指令直观的告诉使用者指令里面不同地方的指令内容的作用。使用者可以直观、形象地感觉RFID标准指令执行的情况，掌握这些指令的作用和使用方法。通过往设备发送实验内容中所需指令，并获取相关回馈信息然后解析显示在界面中。RFID超高频系统模块操作界面：图4-2 超高频系统模块操作界面RFID标签和读写器之间采用无线通信方式传递信息读写器可以锁定、永久锁定、不锁定或永久不锁定存储器，以便阻止或更改。4.3 应用系统UI设计1.登陆界面的设计在用户名框中输入用户名称；在密码框中输入相应的用户密码；若用户名与密码输入有误则点击取消，并重新进行输入；确定用户名与密码输入无误之后，点击确定进入图书管理系统界面。2.图书编目系统设计在完成对图书原有的编目工作的同时进行图书 RFID 标签的数据写入和RFID 系统数据库更新；在编目工作站上配置一台RFID读写器，后台运行FTZN 编目程序，可通过在原系统界面工具栏上增加的一个专门按钮调出在后台运行的FTZN 编目程序。FTZN 后台服务程序自动启动RFID 智能图书编目子系统程序进对RFID 标签的读写操作、更新RFID 系统数据库和贴RFID标签。3.软件模块结构设计.系统方案经确定。通过调研和分析，系统主要应完成的功能包括：图书信息管理、读者信息管理、借阅管理、还书管理、图书盘点。.软件结构设计。图书管理系统包含图书采编、读者管理、查询等功能。该系统执行时，先输入数据，然后根据输入数据选择执行路径。并可执行借、还以及查询功能。4.借还书子系统的设计图4-3借还流程书的上的标签，系统自动根据标签匹配相应的书架的具体位置，然后书架的相应位置会发光。 需要图书借阅的相关人员，利用OPAC或者图书目录信息查询到图书的书号等信息，办理相关借阅手续，针对工作人员将具备多种的借/还操作模式。通过工作人员工作台借还操作，采用了RFID系统的借还操作将可以实现多本借还操作。图4-45.入库子系统的设计现有的排架分布是按照索取号来设置的，采用模糊定位的原则，100号以内的书籍的摆放是可以忽略的。工作人员在进行书籍上架时，先对书籍分大类，然后再对某一类的书籍进行排序，最后才是推着书车去上书。对贴有RFID标签的书籍在进行上架时，可以同样的先分好大类然后再详细排序。入库流程：图4-56.盘点子系统的设计本系统中的馆藏清点设备由手持式RFID阅读器和智能书车组成。通过手持式RFID阅读器或者是书车，可快速非接触式的识别书架上的图书馆藏资源的RFID标签，笔记本电脑用于运行馆藏清点软件、架位采集软件和存储文献清点结果、架位信息采集数据。工作人员借助清点设备，通过对书架及粘贴有RFID标签的流通资料的扫描，可以对流通库文献进行架位信息采集、文献地址信息的采集工作，帮助排架、查找和统计特定的流通资料等。采集的书架架位信息在与图书馆书库架位分布具体位置图融合后，可以建立出详细的书架分布地址数据模型图。7.数据库逻辑设计数据库在一个信息管理系统中占有非常重要的位置，数据库结构设计的好坏将直接对应用系统的效果产生影响。合理的数据库设计可以提高数据库存储效率，保证数据的完整和一致，同时合理的数据结构也将有利于程序的实现。Access是关系数据库开发工具，数据库能汇集各种信息以供查询、存储和检索。Access的优点在于它能使用数据表示图或者自定义窗体收集信息。数据表示提供了一种更类似于Excel的电子表格可以使数据库一目了然。另外，Access允许创建自定义报表用于打印或输出数据库中的信息。Access也提供了数据存储库，可以使用桌面数据库文件把数据库文件置于网络文件服务器，与其他网络用户共享数据库。Access是一种关系数据库工具，关系数据库是已开发的通用的数据库之一。如上所述，Access作为关系数据库开发具备了许多优点，可以在一个数据包中同时拥有桌面数据库的便利和关系数据库的强大功能。.创建数据库文件如果操作系统中安装了ACCESS的话，可以在开始菜单的程序菜单中找到。打开ACCESS之后，会开启一个窗口，可选择是打开以前的数据库文件还是新建一个空的数据库文件，如果选择空ACCESS数据库，然后点击确定按钮，这些就新建了一个数据库文件。最后一步是要选择一个保存数据库文件的名字和位置，点击创建就完成。.创建数据表在按以上步骤打开的对话框中选择“使用设计器创建表”，点击设计，就可以开始设计数据表了。现在则创建出本次设计中所需要的数据表，读者信息表、图书信息表、借阅信息表等。图4-68.软件模块结构设计.系统方案经确定。通过调研和分析，系统主要应完成的功能包括：图书信息管理、读者信息管理、借阅管理、还书管理、图书盘点。.软件结构设计。图书管理系统包含图书采编、读者管理、查询等功能。该系统执行时，先输入数据，然后根据输入数据选择执行路径。并可执行借、还以及查询功能。9.概念结构设计在系统的数据库设计中，先要对数据字典中存储的数据进行分析，找出个数据之间的关系，得出系统的关系模式。4.4 系统功能的具体实现实验步骤：1. 打开LiaryTest.exe图书管理系统登陆界面：图4-72.登陆之后：图4-8图书管理参照图在右下角区域1 填入串口号、选择连接模式，点击连接按钮如有需要，先设置读写器所使用的天线。.入库：b.把图书（标签）放入天线范围内，点击盘点按钮 c.在中部区域2 会显示找到的图书（标签）信息 d.单击选定待入库的图书，点击右侧的入库按钮 e.在弹出框中输入相应图书的信息，完成后点击确定，即完成图书的入库。 .借书： a.把图书和借书卡（标签）放入天线范围内，点击盘点按钮 b.在中部区域2 和3 会显示图书信息和借书人的信息 c.单击选定待借的图书，点击右侧的借书按钮，则会有弹出框提示借书结果信息。.还书：a.把图书和借书卡（标签）放入天线范围内，点击盘点按钮 b.在中部区域2 和3 会显示图书信息和借书人的信息 c