魏麗娟

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，晉中　030800）

基于圖書館圖書查找過(guò)程中的定位功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

魏麗娟

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，晉中030800）

0　引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)社會(huì)文化建設(shè)進(jìn)入了新階段，圖書館變成了開放性的公共場(chǎng)所，圖書流通量不斷增加，傳統(tǒng)的管理方式已經(jīng)不能滿足實(shí)際需要，各個(gè)圖書館需要利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳感器技術(shù)對(duì)圖書進(jìn)行定位，人們?cè)谙到y(tǒng)中輸入圖書信息以后，系統(tǒng)就能將圖書位置自動(dòng)定位，減少查找時(shí)間，同時(shí)也大大降低圖書管理人員的工作量，對(duì)于提升圖書查找效率、提高圖書管理管理水平具有重要意義。

1　定位功能系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1中央處理模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

目前，嵌入式處理器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，尤其是ARM處理器，其不僅支持范圍廣，大多數(shù)嵌入式軟件都支持這種處理器，同時(shí)，其運(yùn)轉(zhuǎn)速度快、功耗低，因此本設(shè)計(jì)中選擇ARM中央處理器，在選擇ARM芯片時(shí)，要充分考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，主要以下幾點(diǎn)：首先，為了保證定位系統(tǒng)有效應(yīng)用于圖書館管理中，應(yīng)該考慮到微處理器內(nèi)核大小，由于該系統(tǒng)屬于大型操作系統(tǒng)，因此內(nèi)核要保證在ARM720T以上；其次，處理器的處理能力與系統(tǒng)時(shí)鐘有直接關(guān)系，一般ARM時(shí)鐘頻率都在100-233MHz之間，保證給不同部件提供不同頻率的時(shí)鐘；第三，處理器芯片內(nèi)部存儲(chǔ)也會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行能力產(chǎn)生重要影響，由于ARM芯片自身內(nèi)存較小，為了滿足實(shí)際存儲(chǔ)需要，一般都要在系統(tǒng)中安裝擴(kuò)充存儲(chǔ)器；最后，利用ARM開發(fā)定位系統(tǒng)時(shí)，要開發(fā)出相關(guān)的定位功能模塊，并將所有功能集中在芯片中，另外，為了降低設(shè)計(jì)難度的同時(shí)不影響系統(tǒng)實(shí)際功能，要在不影響系統(tǒng)使用的情況下盡量減少硬件的使用，采用芯片外圍電路的方式就是一種不錯(cuò)的選擇［1］。

1.2數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)

定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)離不開數(shù)據(jù)采集模塊，整個(gè)系統(tǒng)需要通過(guò)采集到的數(shù)據(jù)完成定位過(guò)程，主要應(yīng)用的是RFID技術(shù)，該種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信，對(duì)定位目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，并不需要人工接觸就能獲取需要的數(shù)據(jù)。除此之外，RFID技術(shù)的記憶容量還非常大，對(duì)于外界環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)小型化，將其應(yīng)用到圖書查找中是一種絕佳選擇，RFID的工作過(guò)程如下：首先要在每本圖書中設(shè)置射頻標(biāo)簽，為目標(biāo)識(shí)別打下基礎(chǔ)，因?yàn)槊總€(gè)標(biāo)簽上的電子編碼都是唯一的，所以每本書都有屬于自己的獨(dú)特身份，因此不會(huì)出現(xiàn)定位錯(cuò)誤的現(xiàn)象；其次是設(shè)置讀寫器讀寫器，主要是獨(dú)處并處理從標(biāo)簽上收集到的信號(hào)信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行解碼，然后將加碼后的信息傳遞到系統(tǒng)中；最后是通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一管理標(biāo)簽和讀寫器，當(dāng)讀寫器感受到書本攜帶的標(biāo)簽信息時(shí)，內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的載波信號(hào)，這一信號(hào)通過(guò)天線發(fā)射出去，射頻標(biāo)簽在接收到該信號(hào)以后就會(huì)被激活，該信號(hào)被讀寫器接收以后就會(huì)做出相應(yīng)處理，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，處理結(jié)束以后就會(huì)發(fā)出命令，讀寫器受到命令以后再去控制外圍電路，實(shí)現(xiàn)命令的執(zhí)行［2］。

1.3無(wú)線傳感器傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了多門學(xué)科的技術(shù)，通常將這種技術(shù)與其他微型傳感器結(jié)合起來(lái)使用，對(duì)被測(cè)數(shù)據(jù)的信息進(jìn)行檢測(cè)和采集，然后通過(guò)無(wú)線方式傳遞出去，最終發(fā)送到客戶端，滿足人們的檢測(cè)需要，目前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各類定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通訊形式有很多種，其中紅外線技術(shù)的成本相對(duì)較低，但是信號(hào)容易被遮擋，一般只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視距連接，因此并不適合用于圖書查找中，藍(lán)牙技術(shù)雖然不受遮擋物的限制，但是開發(fā)成本相對(duì)較高，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生較大的功耗，因此應(yīng)用也受到限制，而Wi-Fi技術(shù)傳輸距離基本在100米以內(nèi)，因此應(yīng)用范圍也不夠廣，ZigBee技術(shù)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中顯現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，成本相對(duì)較低，運(yùn)行的可靠性較高，因此可以被應(yīng)用于定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中［3］。

另外，在選擇無(wú)線傳感芯片時(shí)，要充分考慮到系統(tǒng)的集成性和功能性，本設(shè)計(jì)選擇CC2430芯片，具有以下特征：首先，該芯片的控制器核具有低功耗和高性能的特征；其次，該芯片的抗干擾能力較強(qiáng)，接收信息的靈敏度較高，適合圖書查找過(guò)程中的準(zhǔn)確定位；第三，如果沒(méi)有人使用系統(tǒng)，芯片就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，能耗非常低；第四，該芯片具有溫度感測(cè)功能，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)測(cè)；最后，該芯片應(yīng)用的電壓范圍較寬，適應(yīng)性強(qiáng)［4］。

2　定位功能系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1數(shù)據(jù)傳輸軟軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中應(yīng)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸，ZigBee模塊與系統(tǒng)中的其他設(shè)備協(xié)同，形成了一種全新的傳輸數(shù)據(jù)的格式，與原有數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程不同的是，其并不需要將指令頭一類的標(biāo)志，當(dāng)ZigBee接收到信息時(shí)，串口數(shù)據(jù)就在系統(tǒng)中被編碼，然后以通過(guò)無(wú)線的方式發(fā)送出去，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)模塊在收到這些信息以后，就自動(dòng)完成解碼工作，然后在發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)處理模塊接收到的數(shù)據(jù)已經(jīng)是被解碼過(guò)的。串口連接線也不再使用，而是被數(shù)據(jù)傳輸模塊代替，這樣，最終傳輸?shù)街醒胩幚砥鞯臄?shù)據(jù)就能夠滿足處理需要［5］。

終端數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如下：目標(biāo)進(jìn)入到讀卡器讀取范圍之后，讀卡器就會(huì)讀取目標(biāo)物上的信息，并將自己讀取到的信息發(fā)送到終端節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)接受到信息以后會(huì)對(duì)其進(jìn)行回調(diào)函數(shù)rxCB處理，該函數(shù)會(huì)對(duì)串口數(shù)據(jù)進(jìn)行重新定義，共有兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，一個(gè)是outBuf，另一個(gè)是outBuf2，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)緩沖區(qū)中沒(méi)有串口數(shù)據(jù)時(shí)，該緩沖區(qū)就負(fù)責(zé)接收所有的緩沖數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)將被第二個(gè)緩沖區(qū)接收，如果這兩個(gè)緩沖區(qū)同時(shí)有數(shù)據(jù)，即都處于工作狀態(tài)，就說(shuō)明串口數(shù)據(jù)發(fā)送失敗，出現(xiàn)數(shù)據(jù)累計(jì)的現(xiàn)象，面對(duì)這種問(wèn)題時(shí)要對(duì)流量進(jìn)行控制，此時(shí)不宜再接收其他數(shù)據(jù)［6］。

另外，為了提升數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的可靠性，整個(gè)系統(tǒng)中要額外設(shè)計(jì)兩個(gè)機(jī)制，一個(gè)是重發(fā)數(shù)據(jù)機(jī)制，就是在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)串口數(shù)據(jù)的重新發(fā)送，可以根據(jù)實(shí)際情況靈活設(shè)置重新發(fā)送的次數(shù)，同時(shí)，要在重新發(fā)送的數(shù)據(jù)上添加特殊標(biāo)記，避免接收節(jié)點(diǎn)多次接受到同樣的串口數(shù)據(jù)；另一個(gè)是接收數(shù)據(jù)響應(yīng)機(jī)制，就是節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束以后，接收節(jié)點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)，并將響應(yīng)結(jié)果發(fā)送會(huì)發(fā)送節(jié)點(diǎn)上，這樣發(fā)送節(jié)點(diǎn)就能夠判斷出自己發(fā)出去的數(shù)據(jù)是否被接受，進(jìn)而判斷要不要繼續(xù)發(fā)送同樣的數(shù)據(jù)。如果接收到的參數(shù)表明數(shù)據(jù)發(fā)送失敗，說(shuō)明接受節(jié)點(diǎn)處于繁忙狀態(tài)，因此應(yīng)該啟動(dòng)數(shù)據(jù)重發(fā)機(jī)制，保證所有的數(shù)據(jù)都能夠傳輸出去；相反，如果接受到的參數(shù)表明發(fā)送成功，說(shuō)明節(jié)點(diǎn)已經(jīng)接收到相關(guān)數(shù)據(jù)，此時(shí)應(yīng)該關(guān)閉重發(fā)機(jī)制，避免發(fā)送相同的數(shù)據(jù)，然后將兩個(gè)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)釋放掉，使其能夠接收下一次傳遞過(guò)來(lái)的串口數(shù)據(jù)［7］。

2.2圖書定位軟件的設(shè)計(jì)

該軟件 使用最近鄰居定位算法，假設(shè)圖書館中的待定位標(biāo)簽有P個(gè)，而已知位置的參考標(biāo)簽有Q個(gè)，由于待定位標(biāo)簽的歐氏距離E有Q個(gè)，因此P個(gè)待定位標(biāo)簽的歐氏距離要用一個(gè)數(shù)組存儲(chǔ)來(lái)表示，其中包含P×Q個(gè)元素，其反映在C語(yǔ)言環(huán)境中要用一個(gè)二維數(shù)組來(lái)表示，同樣包含P×Q個(gè)元素，在對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行定位的過(guò)程中，最鄰近標(biāo)簽有m個(gè)，因此最終在求得權(quán)值以后，同樣要用一個(gè)二維數(shù)組存儲(chǔ)，其中包含P×m個(gè)元素［8］。

同時(shí)還要對(duì)系統(tǒng)界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)中采用跨平臺(tái)用戶界面，該界面能夠滿足用戶對(duì)界面的各種要求，一方面能夠建立圖形界面程序，另一方面能夠建立高效的后臺(tái)應(yīng)用程序，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)定位功能擴(kuò)展，同時(shí)還能允許組建編程，靈活性較高。由于該界面具有跨平臺(tái)的特征，可以將程序建立在幀緩沖驅(qū)動(dòng)上，可配置性高，并且可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行裁剪［9］。

3　結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前圖書館管理信息結(jié)構(gòu)不完善，人們?cè)跈z索系統(tǒng)中只能找到自己需要圖書的大致信息，但是不能對(duì)圖書位置進(jìn)行定位，需要人工查找，浪費(fèi)大量時(shí)間，工作人員在對(duì)圖書進(jìn)行歸位時(shí)也也容易出現(xiàn)錯(cuò)放問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了圖書查找過(guò)程中的定位系統(tǒng)，利用先進(jìn)RFID技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)傳感器技術(shù)，用接收器和處理器來(lái)接受并處理圖書位置信息，對(duì)每本圖書的位置進(jìn)行定位，幫助人們?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)找到自己需要的圖書，有效提升圖書管理效率。

［1］龍文.基于RFID的圖書管理研究［J］.黑龍江教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，12（14）03:190-192.

［2］金志敏.基于超高頻RFID技術(shù)的圖書館智能書架與圖書定位系統(tǒng)［J］.大學(xué)圖書情報(bào)學(xué)刊，2013，13（15）02:39-41+44.

［3］王建文.基于圖書查找過(guò)程中的定位功能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)途徑分析［J］.電腦知識(shí)與技術(shù)，2013，14（16）15:3453-3455+3480.

［4］舒遠(yuǎn)仲，張麗，朱玄華，田蕾，蘇雁南，宋利康.基于RFID的圖書館智能書架系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2013，11 （13）06:2218-2222.

［5］張郁松，杜景林.基于超高頻RFID的圖書館智能書架方案研究與設(shè)計(jì)［J］.圖書館雜志，2014，13（16）12:87-93+103.

［6］肖亞迪，賀成佳，李俐萍.基于RFID的圖書館自動(dòng)借還系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電子科技，2015，10（12）03:7-10

［7］李娜，朱維兵，倪紹流.基于自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的書刊精確定位子系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.西華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，14（17）04:81-83+ 87+5.

［8］豐江帆，王倩，劉兆宏.無(wú)線局域網(wǎng)環(huán)境下的圖書館定位系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)［J］.現(xiàn)代圖書情報(bào)技術(shù)，2012，13（15）04:79-83.

［9］張開生，楊武，趙瓊.基于ZigBee的圖書檢索導(dǎo)航系統(tǒng)研究［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014，15（17）08:118-121+167.

Library；Books Search Process；Positioning System

Design of Positioning System in the Process of Library Book Search

WEI Li-juan
（College of Information，Shanxi Agricultural University，Jinzhong 030800）

1007-1423（2015）33-0070-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.33.019

魏麗娟（1986-），女，山西大同人，碩士，助教，研究方向?yàn)檐浖こ?/p>

2015-11-06

2015-11-16

當(dāng)前無(wú)論是社會(huì)公共圖書館還是高校圖書館的管理系統(tǒng)都缺少圖書定位功能，讀者在檢索系統(tǒng)中只能查找到圖書在哪一個(gè)館或者是館中的哪一個(gè)庫(kù)，然后根據(jù)檢索書號(hào)一一查找，找到自己需要的圖書往往需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，管理員在對(duì)圖書進(jìn)行歸位時(shí)也存在很大難度，于是人們提出將定位功能系統(tǒng)應(yīng)用于圖書查找過(guò)程中，以此來(lái)提升查找圖書的效率，針對(duì)此設(shè)計(jì)圖書查找過(guò)程中的定位功能系統(tǒng)。

圖書館；圖書查找過(guò)程；定位功能系統(tǒng)

Currently，no matter the social public library or university library management system are the lack of positioning function of books，readers in the retrieval system can search for books in which a gallery or museum，by ISBN to find book，often need to spend a lot of time and effort to find the books they need，the administrator in homing of books also exist great difficulty，so people put forward positioning system is applied to find books，in order to enhance the efficiency of finding books，designs the positioning function system to find books.