石挺星 孫道宗 鄭燦塔 李澤鴻 林楚雅

摘? 要 針對用戶在還書時(shí)因歸還位置不準(zhǔn)確而導(dǎo)致后續(xù)借書的用戶難以根據(jù)圖書借閱系統(tǒng)提示的位置信息找到目標(biāo)書籍的問題，利用CCD掃描儀實(shí)現(xiàn)對圖書實(shí)時(shí)位置的精確識別和定位，搭建基于Linux內(nèi)核的人機(jī)交互系統(tǒng)，引導(dǎo)圖書管理員快速定位到存放位置存在偏差的書籍，解決因書籍實(shí)際位置和圖書借閱系統(tǒng)提示位置不匹配而導(dǎo)致借閱效率低下問題。

關(guān)鍵詞 圖書定位系統(tǒng);Linux系統(tǒng);識別技術(shù);圖書定位

中圖分類號：G250.71? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）04-0063-03

Abstract Based on Linux， the man-machine interface system is designed for the current problem of management and service in the public and private libraries that books are too many to be placed in the correct position by the readers， which leads to the later readers wrong book exploration instead of the correct one according to the traditional book lending system. CCD scanner used to get the book information， the real time positions of books and book information can be all accurately identified so that managers in the library can be?better led to find the books in the wrong position， which is able to?solve the problem of low efficiency， high cost caused by the tradi-tional management mode and the readers wrong exploration of booksthat could not be found according to the traditional book lending system.

Key words book positioning system; Linux system; recognition technology; book positioning

1 引言

國外對圖書館管理系統(tǒng)開展了大量研究，如Anita Gade和Yogesh Angal就圖書館管理機(jī)器人化，以便利用機(jī)械臂快速運(yùn)輸書籍，開展了圖書館管理機(jī)器人系統(tǒng)的研究[1]。我國也有許多學(xué)者對圖書館管理優(yōu)化進(jìn)行研究，如陳孝東[2]、

馬巧梅[3]、彭美玲[4]等。其中，陳孝東提出的RFID管理系統(tǒng)，具有圖書館進(jìn)出身份許可、優(yōu)化圖書借還程序以及查詢圖書位置等功能[2];馬巧梅采用無線射頻識別技術(shù)，結(jié)合微處理控制器的控制，實(shí)現(xiàn)自動借書還書的功能，以及安全門禁和圖書管理的功能[3];彭美玲探討了書庫采取首書定位或強(qiáng)制定位方式給高校圖書館圖書管理帶來的效果，對圖書倒架、搬遷后重新定位的方法及問題的解決給出建議和方法[4];還有學(xué)者基于RFID的高校圖書館管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行硬件和軟件環(huán)境的構(gòu)建[5]。他們都針對不同方面對圖書館管理和服務(wù)作了研究，加快了圖書館自動化、信息化、智能化的進(jìn)程。

研究發(fā)現(xiàn)，在圖書館管理方面仍存在借閱者看后放回原位置時(shí)放錯(cuò)，而圖書館館員不能及時(shí)了解錯(cuò)位圖書的位置和數(shù)量，每次都需要花費(fèi)大量時(shí)間和人力去逐一排查的問題，直接導(dǎo)致借閱者下次找書時(shí)不能準(zhǔn)確找到圖書。針對這一問題，提出基于Linux系統(tǒng)的錯(cuò)誤位置圖書定位系統(tǒng)，通過CCD掃描器快速掃描圖書館書架上的圖書，管理員通過終端查看即可知道哪本書是出現(xiàn)錯(cuò)位的，可快速將圖書還原。

2 硬件總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要分為圖書信息采集系統(tǒng)和上位機(jī)處理系統(tǒng)兩個(gè)部分，結(jié)構(gòu)如圖1所示。上位機(jī)的主要功能是對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理保存，并進(jìn)行人機(jī)交互，將難懂的數(shù)字信息以界面圖形化的方式顯示出來。系統(tǒng)以STM32為控制中心，上位機(jī)處理系統(tǒng)主要由NRF24L01、LED顯示屏、電容觸摸屏以及大容量DDR、Flash內(nèi)存組成。上位機(jī)和圖書信息采集系統(tǒng)之間采用NRF24L01無線方式進(jìn)行連接，負(fù)責(zé)圖書數(shù)據(jù)信息的傳輸。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無線傳輸編碼協(xié)議? 協(xié)議的主要任務(wù)是要保證圖書信息的準(zhǔn)確、無漏以及高效傳輸，即節(jié)點(diǎn)設(shè)備定時(shí)向中心設(shè)備匯報(bào)自身的設(shè)備信息，協(xié)議的格式如表1、表2所示。起始碼和結(jié)束碼是為確定發(fā)送的幀數(shù)據(jù)是否有效（若無效則舍棄）;功能碼0x0001表示上傳圖書數(shù)據(jù)以小端格式儲存;幀數(shù)據(jù)字段的字節(jié)數(shù)，即幀長度字段與校驗(yàn)字段（不包括幀長度和校驗(yàn)）之間的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)按小端格式發(fā)送;幀數(shù)據(jù)即需要提取的圖書有用信息;校驗(yàn)碼保證圖書數(shù)據(jù)的正確性。結(jié)果碼0x0001表示數(shù)據(jù)被正確地接收和讀取，0x0010表示接收校驗(yàn)錯(cuò)誤。下位機(jī)系統(tǒng)接收到發(fā)送錯(cuò)誤的圖書信息時(shí)，應(yīng)當(dāng)重新發(fā)送數(shù)據(jù);當(dāng)下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)后，需收到正確完整的響應(yīng)幀，才表示圖書數(shù)據(jù)的傳輸完成。

上位機(jī)圖書信息處理系統(tǒng)軟件工作流程? 系統(tǒng)采用基于自行開發(fā)的Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核。系統(tǒng)上電時(shí)，CPU自動加載部署在小容量的Flash中的uboot;uboot被加載后，初始化大容量的DDR內(nèi)存和大容量Flash，Linux被存儲在大容量的Flash中。uboot運(yùn)行后會將存儲在大容量Flash中的Linux讀取到DDR中運(yùn)行。Linux被成功運(yùn)行后，將會執(zhí)行Linuxrc程序，Linuxrc將會構(gòu)建根文件系統(tǒng);文件系統(tǒng)加載成功后會運(yùn)行inittab腳本，腳本的任務(wù)是設(shè)置自定義程序運(yùn)行的環(huán)境配置[6]。

上位機(jī)圖書信息處理系統(tǒng)軟件主要使用QT開發(fā)，主要通過讀取圖書信息采集系統(tǒng)傳輸過來的信息，將其中圖書的條形碼信息和圖書所在信息提取出來，根據(jù)圖書的條形碼信息在數(shù)據(jù)庫中查詢并取到詳細(xì)的圖書信息和圖書位置信息;將位置信息進(jìn)行對比，相同就直接顯示在圖書界面，不同就更新數(shù)據(jù)庫中的位置信息并將信息實(shí)時(shí)在圖書界面顯示，方便系統(tǒng)使用者實(shí)時(shí)獲取結(jié)果，防止錯(cuò)漏。

4 測試與分析

方案設(shè)計(jì)? 提前準(zhǔn)備好320本樣本書籍，其中98本偏舊圖書;模擬圖書館放置四個(gè)雙層書架，依次按文史、自科、社科和哲學(xué)四大類放置在書架上;各自插入非該列的類別的圖書兩本;一個(gè)學(xué)生負(fù)責(zé)準(zhǔn)備書籍并確定時(shí)間，兩個(gè)學(xué)生負(fù)責(zé)掃描圖書，一個(gè)學(xué)生計(jì)時(shí)，一個(gè)學(xué)生記錄并統(tǒng)計(jì)。主要測試系統(tǒng)準(zhǔn)確率、掃描時(shí)間、掃描速度和無線通信距離以及對錯(cuò)誤位置圖書定位。具體操作：由人工手持順序掃描各個(gè)書架的圖書，通過無線通信傳輸數(shù)據(jù)到終端，掃描信息準(zhǔn)確率以三類書籍的30本圖書進(jìn)行詳細(xì)條形碼數(shù)據(jù)一一比對來得出，掃描時(shí)間由人工秒表計(jì)時(shí)，采用整列總時(shí)間測試來求出平均單本掃描時(shí)間，得出掃描時(shí)間及掃描速度。用卷尺測量通信距離。在每一樣本書架的某一位置放置一本錯(cuò)誤位置的圖書，進(jìn)行順序掃描之后，查看管理員終端是位置正確，進(jìn)行圖書錯(cuò)位模擬測試。

測試內(nèi)容及數(shù)據(jù)? 先進(jìn)行準(zhǔn)確率測試，以A、B、C架作為樣本架，各樣本數(shù)為10，測試結(jié)果如圖2所示。圖2中，紅色記錄為識別出位置錯(cuò)誤的記錄，通過標(biāo)紅形式提示圖書管理員該書放置位置錯(cuò)誤。進(jìn)行掃描速度、識別準(zhǔn)確率的各項(xiàng)相關(guān)值測試，測試結(jié)果如表3所示。進(jìn)行CCD掃描終端和接收端的無線通信距離測試，測試結(jié)果如表4所示。

數(shù)據(jù)分析? 由測試數(shù)據(jù)可得，單本書籍的平均掃描時(shí)間為1本/秒，系統(tǒng)每分鐘可識別并定位60本書籍，識別準(zhǔn)確率達(dá)到近100%;CCD掃描終端和接收端的無線通信距離室內(nèi)達(dá)到50米，可覆蓋約7800平方米的圖書室。因此，一個(gè)圖書館室放置一臺終端即可，極大節(jié)省人力、物力和財(cái)力。錯(cuò)誤位置圖書定位系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確將錯(cuò)誤位置的圖書識別出來，并以標(biāo)紅的形式提示，達(dá)到實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)語

本文開發(fā)了圖書信息采集和圖書信息處理軟件系統(tǒng)以及管理員終端軟件系統(tǒng)，并進(jìn)行整體的掃描信息準(zhǔn)確率、掃描時(shí)間、掃描速度和無線通信距離等功能測試，結(jié)果表明：系統(tǒng)單本書籍的平均掃描時(shí)間為1本/秒，每分鐘可識別并定位60本書籍，識別定位信息準(zhǔn)確率達(dá)到近100%;CCD掃描終端和接收端的無線通信距離室內(nèi)達(dá)到50米，可覆蓋約7800平方米的圖書室;解決了因書籍實(shí)際存放位置和圖書借閱系統(tǒng)提示的位置不匹配而導(dǎo)致的借閱效率低下，圖書管理員需花費(fèi)大量時(shí)間排查位置不匹配的書籍信息問題。

參考文獻(xiàn)

[1]Gade A， Angal Y. Development of Library Manage-ment Robotic System[M]//IEEE，2017.

[2]陳孝東.基于RFID的高校智能圖書館管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].辦公室業(yè)務(wù)，2018（11）：168.

[3]馬巧梅.基于RFID的高校智能圖書館管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J] 電腦知識與技術(shù)，2017，13（36）：179-181.

[4]彭美玲.高校圖書館應(yīng)用RFID系統(tǒng)圖書定位方式的選擇：以內(nèi)蒙古大學(xué)圖書館為例[J].圖書館學(xué)刊，2018，40（1）：41-47.

[5]ZHANG J， WEN C. The University Library Management System Based on Radio Frequency Identification[M]//IEEE，2017.

[6]賀丹丹，劉峰，張帆.嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.