基于RFID的图书馆自习室座位管理系统开发策略

　　0 引 言
　　随着各大高校的扩招，高校图书馆自习室座位短缺的问题越来越显著，由此引发了各种占座现象，严重影响自习室座位利用率。为解决高校图书馆占座现象的问题，各大高校尝试过许多方式，如东北农业大学使用分时复用技术的单片机读卡器读取每个座位上的校园卡，但单片机为主的硬件开发座位管理系统成本过高，利用率较低，可扩展性较弱；近期如温州医学院图书馆通过接触式校园一卡通实现图书馆自习室座位管理，通过刷卡识别学生身份并分配座位，仍然无法解决高校学生排队抢座的难题，造成了不必要的资源浪费。
　　RFID技术的广泛应用，为人们的生活带来了革命性的变化。该技术是一种基于非接触式基础上的自动化识别技术，射频识别系统由电子标签、传输RF信号的天线、产生RF信号的RF收发器和读写器，一般情况下一台阅读器包括有高频模块（收发器）、控制单元、应答器及通信接口（如RS 232，RS 485）组成的耦合元件。其基本原理是利用电磁理论，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据信息。相比于各大高校使用的磁卡，RFID标签体积更小，识读成功率高，抗损坏性强。综合电子标签的各种性能指标和座位管理系统的需求，设计了一个基于RFID的图书馆自习室座位管理系统，该系统将门禁系统和网上在线订座系统相结合，对自习室座位进行有效管理。
　　1 座位管理系统需求分析
　　自习室座位管理系统主要是为了有效的提高自习室座位的利用率，为学生提供良好的学习环境，方便广大学生及时了解自习室的座位使用情况，合理安排自习时间。同时也解决了各种不合理的占座问题。根据我校图书馆自习室的实际情况，总结了以下自习室座位管理系统的需求：
　　（1） 身份认证。由于本校以开通基于RFID的校园一卡通业务，学校食堂，超市，网络业务及图书馆借书系统都需要使用校园卡，为了方便学生使用，使用校园卡来识别学生身份。
　　（2） 座位查看及预定。使用者可通过登陆座位管理系统查看座位的使用情况并预定后一天的空闲的座位。
　　（3） 退定或保留座位。若使用者在已预订的座位之后不需要使用座位，可以在座位管理系统退订座位。刷卡离开自习室时系统提示退出座位还是保留，用户可自行选择。
　　（4） 违规记录。对于多次预定座位之后没有使用的用户，应给予一定的限制措施；若在保留的一小时内没有回到自习，系统也有相应记录。
　　（5） 管理员功能。管理员可设置座位开放、关闭状态，同时管理自习室的开放时间，管理员可以通过系统的数据分析功能，方便查看自习室的使用情况，以提出改进意见。
　2 座位管理系统设计
　　2.1 在线预订系统设计
　　本在线订座系统采用三层体系结构对系统框架进行设计，即表示层、业务逻辑层和数据存储层。在中间层处理业务规则、数据访问即合法性校验等工作。由中间层向外提供接口，用户页面通过网页请求方式与中间层进行连接，通过中间层才能与数据库进行交互。
　　系统中间层业务处理模块划分如图1 所示，系统分为4大模块，10小模块，每个模块虽然功能各不相同，但相互关联。其中座位信息模块记录了座位的使用情况及预订情况；用户信息模块会对用户合法性进行校验，识别用户身份；违规记录模块记录了用户的诚信额度，违规占座次数达到一定限度后系统将禁止用户在一段时间内预定座位；门禁系统模块主要记录从门禁系统收集的用户对座位使用情况，包括入座记录、离座记录和续座记录；管理员管理系统模块主要记录了管理员的个人信息和对系统的维护操作。
　　2.2 系统硬件组成及工作原理
　　系统硬件部分主要为门禁系统，其结构图如图2所示。本设计的门禁系统主要由PC机、串口转换器、和智能门禁控制模块组成。智能门禁控制模块是由微控制器、射频读卡器、门闸开关和报警器4个部分组成。在门禁系统中，主要利用了RFID（射频识别）和串口通信等关键技术。
　　根据门禁控制器低功耗，使用寿命长的特点，选定Philip公司的P87LPC767作为门禁系统的微控制器，主要负责对射频卡的数据信息进行处理（解码、组织控制命令等），然后将处理的数据信号传回PC机。在设计过程中，使用Philip公司的MF RC500芯片作为读/写操作芯片。该芯片的工作频率为13.56 MHz，支持ISO 14443A所有层的通信协议。结合MF RC500的特性，选择小环天线作为读卡器天线。
　　
　　图1 座位管理系统功能结构图
　　
　　图2 门禁系统结构图
　　本系统中使用的RS 232与RS 485都是采用串行数据接口标准，MCU与射频识别卡、读卡器之间连成一个总线型网络拓扑结构，采用了RS 485半双工通信方式。计算机与MCU之间通过串口转换器将信号转换后进行通信。
　　2.3 系统主要工作流程设计
　　本系统设计分为门禁系统和座位管理系统两个部分，门禁系统主要负责对用户进出自习室的管理及信息收集，座位管理系统不仅要收集门禁系统传来的用户信息，还要包括处理用户对座位的预定、退订等管理功能。
　　门禁系统工作流程图如图3所示。系统上电后首先进行初始化，接着系统自动检查是否首次上电，若检测是首次上电则自动调用默认参数，记录相关信息。系统设定好后，程序开始进入循环状态，读取校园卡信息并通过系统后台的座位管理系统对射频卡信息做出判断，判别是有效卡后查看卡片状态。若校园卡正常使用，则由PC机发送驱动门禁命令给门禁控制模块的MCU，由MCU发送高电平到继电器，从而控制闸门的开启；若校园卡因处在挂失或违规禁用时间段，则PC机发送驱动报警命令给门禁控制模块的MCU，由MCU发送高电平到继电器启动报警。记录完每次的相关信息后返回。
　　
　　图3 门禁系统工作流程图
　　3 数据库设计
　　本座位管理系统是在Microsoft Visual 2010开发平台下开发的，系统对数据库配置进行统一管理。利用SQL Server 2008系统创建数据库，实现对数据库中数据的查询、设置，同时要负责接收从读卡器传来的数据并进行相应处理操作。
　　主要采用实体关系图（E?R图），UML类图通过一定的映射规则得到关系数据库的模型，每个数据库表都有一个对象类与之对应，对象的每个属性对应数据库表中的每一列，其主要属性对应数据库表的主键，对象类的操作对应数据库的存储过程和 触发器。图书馆自习室座位管理系统主要实体类包括账号信息（Student Account）、用户信息（Student）、学生使用座位信息（Student seat）、座位信息（Seat）、座位状态（Seat status）、黑名单（Blacklist）、管理员信息（Manager）七张表，数据库E?R图4所示。
　　
　　图4 数据库E?R图
　　4 结 语
　　本文对基于RFID的图书馆自习室座位管理系统进行设计与测试。在设计过程中采用了串行通信技术、射频识别技术，将自动化识别技术与现代信息技术相结合，提高了图书馆的服务质量和安全管理水平，特别是座位信息的在线查询预订功能，通过浏览器方式为读者带来了便利，方便读者合理安排自习时间。
　　参考文献
　　 王祥斌.基于读卡器时分复用技术的自习室座位管理系统设计研究.情报探索，2011（12）：99?101.
　　 孙发，吴代莉，曾为众.图书馆自习室管理系统的设计与实现.现代图书情报技术，2010（5）：93?98.
　　 肖亚迪，李俐萍，徐帅.基于RFID技术的高校智能图书管理系统的设计.物联网技术，2013（7）：21?22.
　　 孙其博，刘杰，黎羴，等.物联网：概念、架构与关键技术研究综述.北京邮电大学学报，2010（3）：1?9.
　　 米志强.射频识别（RFID）技术与应用.北京：电子工业出版社，2011.
　　 刘强，崔莉，陈海明.物联网关键技术与应用.计算机科学，2010（6）：1?4.
　　 杨庚，许建，陈伟，等.物联网安全特征与关键技术.南京邮电大学学报：自然科学版，2010（4）：20?29.
　　 陈平，郁建平.基于P87LPC764单片机的滚动编码门禁系统设计.电子机械工程，2005（1）：60?63.