《RFID射频识别技术》-项目07 图书管理系统(工单)

《RFID射频识别技术》 项目七图书管理系统项目七图书管理系统任务书一、任务描述与要求任务描述了解和掌握超高频数据的锁定设置，使用使用超高频RFID读写器软件，将书本与超高频RFID标签进行绑定，完成图书管理系统软件中书籍信息的采集录入。熟悉超高频标签的灭活功能使用超高频RFID读写器软件，对超高频RFID标签进行读写操作，通过对RFID标签的操作理解RFID标签存储结构。具体要求完成超高频标签存储区锁定，再独立完成智慧图书馆书籍的信息录入使用超高频标签销毁，再独立完成所借书籍的借书还书二、任务目标知识目标了解RFID在图书馆中的应用了解目前国内图书馆RFID的应用情况理解RFID技术和条码技术在图书馆中的应用特点理解高频与超高频在图书馆应用中的特点能力目标能根据所学知识熟练使用超高频读卡器和超高频卡和图书馆借阅软件三、知识储备1、电子标签轮询操作在EPCC1G2标准中，读写器利用三个基本操作管理标签，分别是选择、盘存、访问，而其中最主要的就是盘存操作，也叫轮询操作，轮询操作让超高频RFID阅读器得以同时对多个标签进行操作。1）轮询操作轮询是将所有符合选择（Select）条件的标签循环扫描一遍，标签将分别返回其EPC号。用户利用该操作可以首先将所有符合条件的标签的EPC号读出来。轮询操作中有许多参数，并且是一个循环扫描的过程，在一个轮询扫描中，会组合应用到几条不同的轮询命令，故一个轮询又被称为一个轮询周期或轮询周期。因为阅读器与标签之间对于轮询命令的数据交换的时间响应有严格的要求，故阅读器将一个轮询周期操作设计成一个轮询循环命令，提供给用户使用。而不需要用户自己去设计轮询算法及轮询步骤。一般阅读器会为各种不同的轮询需求设计几个优化的轮询算法命令，供用户使用。2）轮询步骤阅读器发出Select命令选择特定的标签群后，阅读器从中唯一确定一张标签并对该标签进行访问操作。具体流程如图7-2-1所示：阅读器首先发一个含有Q值的Query命令。参与标签在收到Query命令后，在(0，2Q-1)范围内挑选一个随机数值载入槽计数器。随机数等于零的标签换成应答状态并立即作出应答。随机数非零的标签不作出反应，继续等待阅读器发出的QueryAdjust或QueryRep命令；当标签进入应答状态后即返回RN16，阅读器以含有相同RN16的ACK命令确认该标签；之后，被确认的标签转换到确认状态，返回其PC、EPC和CRC16；阅读器发送含有与之前相同的RN16的Req_RN命令，标签返回一个新RN16作为应答；最后，阅读器以新的RN16作为访问句柄，对标签进行访问操作。图7-2-1标签轮询和访问步骤3）防冲突算法在RFID多电子标签识别环境中，标签间冲突是影响RFID系统标签阅读速度的一个重要因素。Gen2标准采用了基于概率/分槽防冲突算法。该防冲突算法的实现与标签ID内容无关。在阅读器开始进行一轮阅读操作时，其阅读标签命令里有一个参数Q(Q取值范围为1～15)，该参数控制标签往各自的分槽计算器内载入一个随机数(取值范围0～2Q-1)。当标签接收到阅读器相关命令时，分槽计算器值减1，仅当标签内分槽计数器值为0时，标签才对阅读器进行应答；当分槽计数器值不为0时，标签不对阅读器进行应答，而是根据阅读器的不同命令，执行分槽计数器值继续减1操作，或者根据新的Q参数值来再次载入另一随机数(该随机数取值范围必须同样在0～2Q-1)。已经阅读成功的标签，退出这轮标签阅读。当有二个或者多个标签的分槽计算器值同时为0时，这些标签会同时对阅读器进行应答，从而造成冲突。阅读器检测到冲突发生后，发出相关命令，让冲突标签的分槽计数器值从0变到0xFFFF(16位二进制最大值)，继续留在这轮阅读周期内，以后阅读器再通过设置新的Q参数来散列发生冲突的标签。这个阅读过程一直继续下去，直到完成这轮阅读周期。图7-2-2参数Q的选择算法在阅读器命令参数Q的选择上，Gen2推荐了图7-2-2的算法。图中Qfn是参数Q的浮点表示，阅读器对Qfn取整得到Q，标签用Q作参数，在(0-2Q-1)取值范围内，随机散列分槽计数器值，以实现标签的高效率读取。图中0.1<C<0.5，且Q较大时，C取较小值；而Q较小时，C取较大值。2、灭活机制G2协议设置了灭活机制。灭活标签机制的原理就是杀死RFID标签，使其丧失通讯功能，从而标签不会响应攻击者(非法RFID读写器)的扫描。例如，在超市购买完物品后，可以杀死购买商品上的RFID标签，以保护消费者的隐私。但是它有个缺点就是无法让消费者继续享受到以RFID标签为基础的物联网(食品供应链溯源系统)服务。G2协议中Kill命令是用32-bit的密码来控制，使用了有效的Kill命令后，标签将永远不会产生调制信号以激活射频场，从而永久失效。由于标签被kill后，原来标签中的数据还在标签中，若想读取它们并非完全不可能，可以考虑改善Kill命令的含义--附带擦除这些数据。果然如此的话，人们应该可以彻底放心了。

此外在一定时期内，由于G2标签使用的成本或其他原因，会考虑到兼顾标签能回收重复使用的情况（如用户要周转使用带标签的托盘、箱子，内容物更换后相应的EPC号码、User区内容要改写；更换或重新贴装标签所费不菲、不方便；等等），需要即使被永久锁定了的标签内容也能被改写的命令，因为不同锁定状态的影响，仅用Write或BlockWrite，BlockErase命令，不一定能改写EPC号码、User内容或者Password（如标签的EPC号码被锁定从而不能被改写，或未被锁定但忘了这个标签的AccessPassword而不能去改写EPC号码）。这样就产生了一个需求，需要一个简单明了的Erase命令--除了TID区及其Lock状态位（标签出厂后TID不能被改写），其他EPC号码、Reserved区、User区的内容和其它的Lock状态位，即使是永久锁定了的，也将全部被擦除以备重写。

比较起来，改善的Kill命令和增加的Erase命令功能基本相同（包括应该都使用KillPassword），区别仅在于前者Kill命令使不产生调制信号，这样也可以统一归到由Kill命令所带参数RFU的不同值来考虑。动一动，使用“超高频RFID读写器配套软件”修改1个超高频RFID标签的EPC号，要求将EPC号的第2字至第8字的内容，全部改成“1”，由于标签的EPC区被锁定，所以要修改EPC号，必须先解锁该EPC区。3、超高频RFID电子标签种类超高频电子标签的种类很多，如何挑选适合的RFID电子标签，显得尤为重要。因为RFID电子标签的种类繁多，不同的材质，不同的尺寸，不同的性能，都会对实际的运用影响很大。这里先说明一下超高频RFID电子标签的构成要素。首先是核心的IC芯片以及把芯片、天线和胶片合为一体的镶嵌片。现场使用的标签有时要把镶嵌片封装在纸张、塑料、陶瓷上，以便印刷文字，并把这种标签用不干胶或其他方法粘贴或固定在物品或包装箱上。IC芯片是半导体生产商制造的，带有天线的胶片或瓷片要由天线专业厂商设计制造。这些材料的最终组合就是超高频RFID电子标签。1）不干胶类型直接将芯片与天线绑定在一起，成本低，材质薄。而其中不干胶即为：在镶嵌片表面封装一层纸。纸质不干胶标签样图2）卡片类型将镶嵌片封装到不同尺寸的PVC材质里，形成一种便于携带的卡片。白卡样图3）抗金属电子标签类型能够贴到金属或带有液体的瓶子上，保证不影响读取效果。抗金属rfid标签样图4）动物电子标签类型专门用于对动物管理的电子标签，一般材质也为PET或PVC动物耳标样图5）挂牌电子标签类型适用于服装行业的标签，封装材质可为厚纸或者PVC材质。挂牌电子标签6）轮胎电子标签类型专用于轮胎管理的标签，封装形式类似一张补轮胎贴。轮胎电子标签样图7）异形电子标签类型在尺寸，封装材质上略有不同、应用于一些特殊应用场景。异性rfid电子标签以上多种标签中，只有不干胶式的电子标签适合用于图书管理系统中，根据图书馆书籍的平时应用情况，我们需要的RFID标签必须满足以下几种特点信号感应效果好，即天线要大RFID标签的柔嫩性好，可弯曲价格便宜综上分析只有不干胶标签比较符合我们的需求。4、超高频RFID技术现状RFID（俗称电子标签），是物联网产业链感知层的重要环节。RFID产业发展的快与慢，会直接影响物联网发展的速度。在RFID应用中分为低频、高频、超高频。而RFID超高频电子标签以其标签体积小、读写距离远、读写时间快、价格便宜等诸多优点，正在得到越来越广泛地应用，也被认为是最具发展前途的物联网典型应用。然而，我国超高频RFID市场目前还处于发展的初期阶段，最近，通过对业界的广泛调研，大家一致认为：目前制约中国无源超高频市场发展主要有三点核心要素：技术不完善，制约应用发展目前，在无源超高频电子标签技术上还存在着系统集成稳定性差、超高频标签性能本身有一些物理缺陷等许多技术方面不完善的问题。在系统集成方面，现阶段中国十分缺乏专业、高水平的超高频系统集成公司，整体而言无源超高频电子标签应用解决方案还不够成熟。这种现状便造成应用系统的稳定性不高，常会出现“大毛病没有，小毛病不断”的现象，进而影响了终端用户采用超高频应用方案的信心。从超高频标签产品本身而言，存在着标签读写性能稳定性不高、在复杂环境下漏读或读取准确率低等诸多问题。标准不统一，制约产业发展目前，无源超高频电子标签在国内尚无形成统一的标准，国际上制定的ISO18000-6C/EPCClass1Gen2协议，由于涉及多项专利，所以很难把它作为国家标准来颁布和实施，国内超高频市场上相关的标准及检测体系实际上是处于缺位状态。在没有统一标准的环境下，十分制约产业和应用的发展。超高频成本瓶颈，制约市场发展

尽管近两年来，无源超高频电子标签价格下降很快，但是从RFID芯片以及包含读写器、电子标签、中间件、系统维护等整体成本而言，超高频RFID系统价格依然偏高，而项目成本是应用超高频RFID系统最终用户权衡项目投资收益的重要指标。所以，超高频系统的成本瓶颈，也是制约中国超高频市场发展的重要因素。总之，目前中国无源超高频市场还处于发展的初期，核心技术急需突破，商业模式有待创新和完善，产业链需要进一步发展和壮大，只有核心问题得到有效解决，才能够真正迎来RFID无源超高频市场发展的春天。操作指南一、制定计划序号作业项目序号作业项目15263748计划审核审核意见：二、实施方案1.完成智慧图书馆书籍的信息录入1、任务环境准备该任务需要用到超高频RFID读写器和超高频RFID标签，将超高频RFID读写器的usb口连接至电脑usb口，设备连接2、运行图书管理系统软件修改项目七目录中图书管理系统的LibrarySys.exe.config文件，使之与系统设备管理器的COM口相同，如图所示。修改设备端口号运行项目七目录中图书管理系统“LibrarySys.exe”应用程序，完成以下情景任务。软件主界面如图图书管理系统界面所示。图书管理系统界面添加下列图书，如表所示，完成图书入库操作（入库使用超高频RFID标签纸），并录入入库的标签所对应的书籍名称，如下列两图所示。图书信息表编号图书名ISBNN090104物联网概论9787535849304M090102自动识别技术9787535849298M090103青春已过一半9787535849274图书管理操作界面图书管理入库操作界面3、运行超高频读写软件关闭图书管理系统软件，运行超高频RFID读写器配套软件中的文件，软件打开界面如下图所示，首先，选择通信方式为RS232，接着，将COM口配置为实际RFID设备连接的COM口，最后点击connect按钮。软件打开界面具体操作可看参考下图所示，将软件界面却换到标签访问界面（TagAccess），将绑定了物联网概论的RFID标签放在读写器上，分别读取该标签中的user区、TID区、EPC区三个区块的数据。并将数据填入表中。读取数据操作各区中的数据分析上中的数据，分析物联网概论所对应的RFID标签中存储了表中物联网概论书籍的哪个信息（编号、图书名、ISBN）？图书管理系统软件是如何知道这个标签是对应物联网概论这本书籍？ISO180006C卡存储区锁定设置实验分阶演示1制卡序号操作成功提示失败提示1选择串口无提示无提示2打开串口打开成功，自动寻卡失败原因可能是串口线未连或电源接触不良以及涉设备异常实验步骤分析：选择你操作设备的串口号，然后点击打开串口，如提示成功则可进行后续步骤，如提示失败，原因可能是串口线未与你操作的设备进行连接，也可能是电源接触不良或者未接，或者是设备异常。以上三种原因均可导致串口打开失败。3制卡制卡成功验证密钥失败、或者写入数据失败实验步骤分析：首先确立要进行操作的存储区和块区，算出操作块地址。本实验是对用户存储区，块地址0到块地址4。点击制卡时进行数据写入、访问口令修改、存储锁修改。将”卡数据”转化十六进制写入到块地址0至快递至4中，然后修改该存储区的访问口令为11111111。单击制卡按钮，如提示成功，会弹出该制卡卡号的制卡信息，如显示制卡数据的实验块、存储锁、卡数据、访问口令等。如果提示失败，原因可能是修改口令失败或者修改存储锁失败，这时你要确定你制卡时是否是一张空白卡。如提示制卡失败，导致的原因是可能你对存储锁的值在该实验前对该卡进行了更改存储锁操作。2设置存储锁序号操作成功提示失败提示1选择串口无提示无提示2打开串口打开成功失败原因可能是串口线未连或电源接触不良以及涉设备异常3寻卡实验界面显示卡号场区内无卡4选择存储锁选择存储信息无提示实验步骤分析：根据你的需求，选择存储锁，同时也可以选择多个。5生成锁定码根据存储信息，按照规则生成锁定码无提示实验步骤分析：根据选择的存储锁，然后按照某个规则生成3个字节的锁定码6写入锁定码将锁定码写入到标签中提示异常实验步骤分析：将锁定码写入超高频标签，但是不会写入某个存储区的块区中。3读块数据测试序号操作成功提示失败提示1选择串口无提示无提示2打开串口打开成功失败原因可能是串口线未连或电源接触不良以及设备异常3寻卡实验界面显示卡号场区内无卡4读取数据显示读取的数据提示异常4写块数据测试序号操作成功提示失败提示1选择串口无提示无提示2打开串口打开成功失败原因可能是串口线未连或电源接触不良以及设备异常3寻卡实验界面显示卡号场区内无卡4写入将写入到块区提示异常2.完成智慧图书馆书籍的信息录入1、任务环境准备该任务需要用到高频卡读卡器和超高频读卡器，将高频卡读卡器和超高频读卡器连接到计算机usb口，如下图所示。设备连接2、运行软件修改软件目录中图书管理系统的LibrarySys.exe.config文件，使之与系统设备管理器的COM口相同，如图所示。修改设备端口号 运行软件目录中图书管理系统“LibrarySys.exe”应用程序，完成以下情景任务。软件主界面如图图书管理系统界面所示。图书管理系统界面3、系统软件操作1）会员管理按下表要求添加会员至图书馆管理系统软件中，添加会员需要制作会员卡（高频卡）。会员信息表姓名电话号码性别杨老师83777595男林同会员管理操作界面会员管理操作界面2）图书借阅由于该图书系统操作软件，为新研发出的系统，故委托您测试图书借阅功能，查看下列表，模拟借阅图书操作。图书借阅清单表用户名图书名称杨老师物联网概论林同学自动识别技术林同学青春已过一半图书借阅操作界面3）查看借阅情况在会员管理界面中，点击“查看借阅情况”，如图所示：查看借阅情况操作界面4）还书操作将下表7-2-3所示的图书归还，完成还书操作，如图所示：归还图书信息表用户名图书名称杨老师物联网概论林同学自动识别技术查看还书操作情况界面5）续借操作将表7-2-4所示的图书信息进行续借操作，如图所示：续借书籍信息表用户名图书名称林同学青春已过一半查看图书续借操作界面标签销毁1制卡序号操作成功失败1选择串口2打开串口3制卡制卡成功验证密钥失败、或者写入数据失败实验步骤分析：制卡时要完成的操作，主要是将杀死口令写入到保留内存存储区中的块地址0到块地址1中，写入成功后，修改保留内存存储区中销毁口令的权限。修改成功后，制卡才能成功。否则制卡失败，导致的原因可能是超高频读写器未识别到场区内的标签。2安全销卡序号操作成功失败1选择串口2打开串口3寻卡实验界面显示卡号场区内无卡4销毁选卡成功与制卡时的卡号不符实验步骤分析：销毁标签时需要验证杀死口令，判断如果杀死口令全为0的话，标签会认为非安全模式，如果杀死口令不全为0的话，标签会自动认为安全模式，进入安全模式操作时需要验证口令，本操作验证的是杀死口令，如果杀死口令正确的话，标签销毁，否则标签