基于X-RFID的智能型图书馆管理系统设计

引言

　　图书馆的日常服务涉及到人流、物流的管理， 需要进行大量的读者和书刊的识别、访问控制、统计等工作。

　　目前， 图书馆基本上都采用条形码技术作为识别方法来实现这些功能。然而， 条形码虽然有价格便宜、制作方便等优点， 但是也存在一些先天的难以克服的缺点， 如因为容易磨损， 必须贴在书内等给使用带来不便， 并不完全适合图书馆。将XPM 和RFID 结合的X-RFID新技术能有效克服条形码的缺点， 具有大容量、高稳定性和长寿命的存储性能， 能实现许多条形码无法实现的新功能， 开发、利用这些新功能将给图书馆的传统服务工作带来革命性的改变。

　　1 X-RFID 的概念及特点

　　即射频识别（ Radio Frequency IdentificatiON,RFID） 具有非接触、工作距离长、适于恶劣环境、可识别运动目标等优点。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据， 识别工作无需人工干预， 可工作于各种恶劣环境。

　　超级永久性存储器（ Super Permanent Memory ,XPM） 是一种新型不挥发存储器（ Non-Volatile Memory, NVM） 技术。它采用100%的深亚微米标准CMOS工艺， 与制造逻辑电路（ CPU, DSP 等） 相同， 不需增加浮置栅工艺。经实践表明， XPM 产品具有高可靠性， 不易受温度、电压、辐照以及读操作次数等因素的负面影响。

　　X-RFID 则是采用将XPM 技术， 应用于RFID 芯片中， 用XPM 存储器替代传统的EEPROM 作为ID 码存储器件， 从而使XPM 存储器的优势得到集中的体现。可广泛运用于物流业、零售业、制造业、公共交通、医疗卫生、机场、铁路、资产管理、身份识别、安全保卫、产权保护和军事等领域， 具有成本低、工艺兼容性高、保密性高、物理不可擦除等特点。

　　RFID 与X-RFID 芯片构成比较如图1 所示。

图1 RFID 与X-RFID 芯片构成比较

采用XPM 技术的RFID 系统与其他RFID 技术相比具有更多优越性（ 见表1） 。

表1 X-RFID 与其他RFID 技术的比较

　　2 X-RFID 系统的组成及工作原理

　　X-RFID 应用系统由标签、天线、读写器、数据管理系统4 部分组成， 如图2 所示。

图2 X-RFID 系统图

　　X-RFID 标签是射频识别系统的核心， 又称为射频标签， 其英文名为TA G, 也有称为LABEL 的。电子标签是射频识别系统真正的数据载体。一般情况下， 射频标签由耦合元件及芯片组成， 每个标签具有惟一的电子编码， 附着在物体上标识目标对象； 当受无线电射频信号照射时， 能反射回携带有数字字母编码信息的无线电射频信号， 供阅读器处理识别。依据射频标签供电方式的不同， 可以分为有源（ Active Tag ） 和无源（ PassiveTag） , 有源标签内装有电池， 无源标签内部没有电池。

　　读写器是读或读/ 写电子标签的电子装置， 有时也被称为阅读器（ Reading Device） 、查询器（ Interro gator） 、通信器或读出装置， 可设计为手持式或固定式。

　　读写器是信号产生、发射、接收的设备， 它产生的射频信号， 经功率放大器放大， 通过天线发射出去， 同时接收由标签反射回来的信号， 经射频接收器进行收发分离， 然后进行检波、解调、通过前置放大器放大， 送至读出计算机进行处理。当标签进入磁场时， 读写器通过天线向标签发一组固定频率的电磁波， 标签内有一个LC 串联谐振电路， 其频率与读写器发射的频率相同， 在电磁波的激励下， LC 谐振电路产生共振， 从而使电容内有了电荷， 在这个电容的另一端， 接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存， 当所积累的电荷达到2 V 时， 此电容可作为电源为其他电路提供工作电压， 将卡内数据发射出去或接取读写器的数据， 还原标签中的物体信息， 从而达到识别物体的目的。读写器的天线可以内置， 也可以外置。

　　X-RFID 的工作频段， 对射频识别系统来说， 最主要的频率是0 ~ 135 kHz, 以及ISM 频率6. 78 MHz,13. 56 MHz, 27. 125 MHz, 40. 68 MHz, 433. 92 MHz,869. 0 MHz, 915. 0 MHz （ 在欧洲不使用） , 2. 45 GHz,5. 8 GHz以及24. 125 GHz。

3 X-RFID 在图书馆中的应用

　　采用RFID 技术进行图书馆业务的自动化， 就必须要求RFID 标签对数据保存的期限、成本的承受能力、数据的安全性等方面都有着极高的要求， 而按照目前最通用的基于EEPROM 技术的RFID 标签， 则存在着数据保存时较短、安全性不高、成本较高、数据容易丢失等缺陷。所以， 在各种RFID 技术中， 采用XPM 技术是最适合用于RFID 图书馆管理系统中的。这不仅有效地解决了数据保存时期和安全性， 也相对降低了RFID图书馆管理系统的运行和实施成本， 同时也为RFID 在图书馆行业的广泛应用提供了充分条件。

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