Intelligent Processing and Application
0 引言
目前，高校图书馆中师生借阅图书时虽然可通过学校配置的图书查询软件系统查书籍信息，系统会显示图书馆是否存在该书以及书籍馆藏所在位置，如楼层及具体书架；但是，读者仍须在若干个书架中按照书架编号寻，之后再从体积较大的书架中逐层查所需图书，这需要花费读者较长的时间。已有学者提出了智能书架的解决方案[1-3]，可借助无线射频（Radio Frequency Identification, RFID）技术进行书架定位，然而该定位仅可定位到书架且无法弹出书籍。鉴于此
，本文借助RFID，设计了一款具有书籍查询、快速定位及弹出等功能的智能书架，可大大节约人们查书籍的宝贵时间。
1 系统整体设计框架
本文设计的基于RFID射频标签的智能书架系统主要由书籍信息管理模块、主控模块、书籍弹出模块这三部分组成，如图1所示。书籍信息管理模块主要用于进行人机交互，当用户输入书籍名称后，若书籍存在，则显示书籍基本信息及所在书架的位置信息；若用户想进一步获取该图书，则确认弹出指令，控制电机驱动模块通过电机运行弹出用户所需书籍；若未查到用户所需书籍，则系统提示查无此书的信息。
2 系统硬件构成
本文设计的智能书架系统的硬件主要由RFID读写器模块和电机模块组成。
图1 系统组成框图
2.1 RFID读写器模块
RFID读写器模块主要由贴纸式RFID标签和RFID读写器组成，贴纸式RFID标签由面层、芯片与天线电路
层、胶层与底层组成。贴纸式RFID标签价格低廉，具有可粘贴功能，可以直接粘贴在书籍上。用户每存放一本书时，会将书籍基本信息和在架位置信息存入书籍上粘贴的RFID标签里。对于RFID读写器，选择的是JT-928R20000四通道读写器[4]，可外接四个天线；全面支持ISO 18000-6C（EPC G2）协议；同时也可以支持RS 232、RS 485、TCP/IP、WiFi等数据接口；可满足图书馆这一应用场景
，且性价比较高[5-9]。当用户查询书籍信息时，RFID读写器会扫描RFID标签，并且将识别到的书籍基本信息和在架位置信息传送到主控模块中。RFID 读写器工作原理如图2所示。
图2 RFID读写器工作原理
基于RFID射频标签的智能书架
付 敏，李 怡，冯永亮
（西安文理学院信息工程学院，陕西西安 710065）
摘 要：为了解决图书馆书籍查和获取费时的问题，设计了一款基于RFID射频标签的智能书架，可实现快速定位、查和弹出书籍的功能。此书架使用STM32单片机作为主控单元，利用JT-928R20000四通道读写器和贴纸式RFID电子标签进行书籍信息录入，用户在书籍信息管理系统输入书名，系统查、显示并根据用户指令弹出书籍。测试结果表明，系统可实现预期目标，用户可更快速获取所需书籍，从而节约宝贵的时间。
关键词：智能书架；STM32；RFID；读写器；控制系统；数据库管理系统
中图分类号：TP39      文献标识码：A      文章编号：2095-1302（2022）05-0069-02
DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2022.05.020
收稿日期：2021-04-18  修回日期：2021-05-17
基金项目：陕西省高等学校大学生创新训练计划项目（S202011080
100）；陕西省人工智能联合实验室资助项目；陕西省一
流专业（物联网工程专业）建设项目
2.2 伺服电机模块
伺服电机模块主要由STM32单片机的3个I/O 口进行输出控制，当单片机接收到主控模块发出的弹出书籍指令时，将会启动电机并自动弹出书籍。这里可选择安川伺服电机SGD7S-R90A00A002[10]，该电机适合各种环境，且动作较为稳定，不会因为环境震动而影响其工作机制，可满足高校图书馆书架的应用。为了能将书籍弹出，书架每一层均装有
螺旋形的弹簧货道，产品内部也会安装电动马达，通过马达转动带动弹簧、螺旋形的货道原地转动，从而将放在螺距空档的书籍弹出来；在装置最下端设置由电磁机构控制的出书口，当书籍被传送到底部时，
出书口在电磁机构的控制下打开，从而将书籍从书架上送出来，完成书籍的自动弹出功能。智能书架书籍自动弹出硬件系统的工作流程如图3所示。
图3 智能书架书籍自动弹出硬件系统的工作流程
3 系统软件系统设计
本文设计的智能书架书籍信息管理系统采用Java SSM 框架、HTML5前端设计、MySQL 数据库等方法，通过设计多个管理模块实现图书信息的输入、存储、删除、显示等功能。用户在书籍信息管理系统
输入书名、点击查询，数据库管理系统（Date Base Management System, DBMS ）[6]将访问数据库中的数据，同时书架上安装的RFID 读写器可以追踪书架上的书籍，而书上所贴RFID 标签则可提供图书的基本信息和所在书架的位置信息，从而筛选出符合条件的数据，以供用户查询和使用。智能书架的软件系统主要由书籍信息管理模块、信息查询模块和定位模块组成。3.1 书籍信息管理模块
用户将书籍的基本信息以及在架位置信息按照书籍信息管理系统的标准格式录入。当用户查询图书时，则通过DBMS 访问数据库中的数据。这里可使用MySQL 编写实现图书信息数据库。
3.2 信息查询模块
用户查询书籍时，可以在书籍信息管理系统中输入自己所需书籍的基本信息进行查询，点击查询后DBMS 将会访问数据库中的数据，从而筛选出符合条件的数据，以供用户查询和使用。3.3 定位模块
系统中图书的定位主要通过高频架天线来追踪图书上贴纸式RFID 标签，通过图书定位算法实现智能定位与管理。该定位系统借助贴纸式RFID 标签、JT-928R20000四通道读写器将图书的信息与检索系统相连。当图书上粘贴的标签接收到读写器发射的射频信号并识别后，它会被激活，此时标签内部的天线就会将存储在标签内的相关数据信息传至读写器，读写器接受并解码和调解标签返回的射频信号以获取相应编码信息，最后将信息传至书籍信息管理系统中。
4 系统主要功能及特点
4.1 自动识别、快速清点
本文设计的系统通过JT-928R20000四通道读写器、贴纸式RFID 标签等设备，可以检测和定位书本当前在书架中的具体位置。每一本图书上附着一个RFID 标签，标签内包含图书信息以及初始架位信息，当阅读器扫描后可读取图书标签，从而获取书籍的位置信息，实现快速查和定位。4.2 书籍的自动掉落
智能书架收到弹出书籍的指令后，电机的齿轮转动带动漩涡条（书籍轨道）360°旋转，使书籍弹出。书籍弹出的
过程中会经过安装在书架底部的红外线扫描器，若检测到书籍穿过红外线，系统将会提示用户书籍已经弹出，这样便完成了书籍的弹出。
5 系统测试与实现
与传统书架相比，本文设计的基于RFID 射频标签的智能书架在书籍定位与获取方面，明显优于传统书架，使用智能书架查询书籍时用户只需要输入书名，若入库了则该书籍可自动弹出，从而减少了人工定位及获取图书的时间。
6 结 语
本文设计了基于RFID 射频标签的智能书架，主要基于贴纸式RFID 标签、JT-928R20000四通道读写器、电机、STM32单片机等实现，可实现查书籍信息、定位及弹出书籍等功能，具有获取书籍快速、高效的特点，特别适合于高校图书馆及藏书量很大的家庭使用，可节约人们获取图书的时间，从而提供更多的便捷。
注：本文通讯作者为李怡。
（下转第74页）
ssm框架技术简介
5 结语
高致病性传染病的传播给人类的生存带来威胁，根据疾病传播特点进行及时干预和有效防控具有重要意
义。本文提出一种基于LightGBM模型的高致病性传染病的传播趋势预测方案。在方案中，根据感染人数的数据特点，从统计和时序两个方面构造了多类统计特征和lagging特征的特征工程，并利用LightGBM模型对新增感染人数进行了预测，取得了较好的预测结果，具有较低的RMSE。后续对于本实验的优化方面，将主要从以下两个方向进行：
（1）多角度的特征工程。例如可考虑多阶的统计特征，进一步挖掘人流量指数的潜在特征；还可以根据数据中给出的区域经纬度，构建区域图，挖掘邻近区域间新增感染人数的具体情况。
（2）融合多种模型。比如可以尝试LSTM的多输入单输出模型[9]，该方法在序列建模问题上有一定优势；还可以以城市为粒度进行考虑，使用SEIR（Susceptible Exposed Infected Removed）模型[10]进行预测，最后通过模型的集成进一步提高准确率。
注：本文通讯作者为朱思霖。
参考文献
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作者简介：周伟鸿，男，本科生，就读于厦门大学嘉庚学院，研究方向为数据挖掘、目标检测。
朱思霖（1989—），女，硕士，就职于厦门大学嘉庚学院，研究方向为人脸识别、数据挖掘、算法分析。
参考文献
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作者简介：付敏（1999—），女，陕西西安人，就读于西安文理学院，主要研究方向为物联网技术与应用、智能信息处理。
李怡（1983—），陕西宝鸡人，博士，西安文理学院信息工程学院讲师，主要研究方向为通信信号处理。
冯永亮（1979—），陕西西安人，硕士，西安文理学院信息工程学院副教授，主要研究方向为图像处理、机
器视觉。
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