基于RFID智能卡的高校图书馆自助式门禁系统设计

　　图书馆门禁系统是保障图书资源安全，提高图书馆管理效率、管理水平的控制系统。在计算机技术、网络技术、目标识别技术的支撑下，目前已有名目繁多的图书馆门禁系统上市，但这些门禁系统多是根据不同的图书馆信息化条件而定制研发的，由于原有的图书馆管理系统结构各不相同，造成门禁系统与图书馆其他管理系统之间的链接非常不便。并且，多数图书馆门禁系统的功能停留在安全管理、自动借还的层面上。为了实现门禁系统与各种数字图书馆之间的无缝链接，扩展门禁系统的功能，提高图书馆的自助服务水平，我们构建了一套基于RFID智能卡的高校图书馆自助式门禁系统。　　

　　1 RFID技术及在图书馆的应用简介

　　1．1 RFID技术

　　RFID（射频识别）技术，是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术。其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）传输特性，实现对被识别物体的自动识别。作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、智能卡上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更加自如等优点，已经被世界公认为本世纪十大重要技术之一。一个最基本的RFID系统，一般包括以下几个部份：一个载有目标物相关信息的智能卡即RFID智能卡、在读写器及RFID单元间传输RF信号的天线、一个接收从RFID智能卡返回的RF信号并将解码的数据传输到主机系统以供处理的RFID读写器。目前，RFID系统已在交通管理、仓储管理、物流管理、生产线追踪等领域大展身手。

　　1．2 RFID技术在图书馆的应用简介

　　RFID技术凭其特有的特点已经引起国内外图书馆界的关注。新加坡国立图书馆在1998年后期开始使用RFID技术，成为世界上第一个应用此技术的图书馆。随后，美国、澳大利亚、中国等也相继采用了该技术。2006年，我国第一家RFID智能图书馆一一集美大学诚毅学院图书馆建成并投入使用。目前深圳图书馆新馆、国家图书馆、上海市长宁区图书馆等多家图书馆也引用了这一技术。综合上述使用RFID技术的图书馆，其实现的功能大致包括：

　　●自助借还书系统：为读者提供自助借书、还书操作，无需图书馆管理人员干预；

　　●图书整理：实现对馆藏资料的自动盘点、排架、顺架，从而达到通借通还的目的；

　　●RFID安全检测：对未办理完借出手续或禁止借出的图书，在出门时安检装置会报警，提醒管理人员及时阻止。

　　通过RFID技术，图书馆在有效提高管理精度、改善服务形象、拓展延伸服务等方面为图书馆行业创造了巨大的社会效益并得到了广大同仁的认可。

　　2 RFID智能卡

　　智能卡又称集成电路卡即IC卡，它是将一个集成电路芯片镶嵌于塑料基片中，封装成卡的形式。1977年，Motorola与它的一个计算机客户合作开发了世界上第一张智能卡，自此，智能卡就以其薄且小的体积、先进的集成电路芯片技术、无法被破译和仿造的特点受到普遍欢迎，并在世界范围内得到了空前的发展。目前，各种智能卡正越来越多地应用在国民经济的各个领域并深入到居民的日常生活当中。

　　RFID智能卡是一种非接触式的IC卡。具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。

　　2．1 智能卡的基本结构

　　RFID智能卡主要由天线、射频接口、微控制单元组成。各组成部分包括的模块及其功能如下：

　　天线：用来接收RFID读写器发送的信号，并把数据信息回传给RFID读写器。

　　射频接口电路：主要包括有波形变换器、调制/解调器、整流器、电压调节器、振荡器等。波形变换器接收读写器上的无线电调制信号，一方面送调制/解调模块，另一方面进行波形转换，将正弦波转换为方波，然后对其整流滤波，由电压调节模块对电压进行进一步的处理，如稳压等，最终输出供给卡片上的各工作电路。振荡器产生用于调制/解调的高频信号和微控制单元的时钟信号。

　　微控制单元：实现智能卡的识别和执行读写器的指令。包括逻辑控制单元、请求应答单元、防碰撞单元、数据加密单元、存储单元（包括E2PROM与ROM）等。

　　请求应答单元：当有RFID智能卡处在读写器天线的工作范围之内时，读写器向RFID智能卡发出命令后，请求应答单元将被启动，将智能卡的卡号传送给读写器，建立智能卡与读写器的第一步通信联络。否则，读写器对智能卡的其他读写操作将不会进行。

　　防碰撞单元：当有多张RFID智能卡进入读写器操作范围时，防碰撞单元会从其中选择一张进行操作，未选中的则处于空闲模式等待下一次选卡，该过程会返回被选卡的序列号。

　　逻辑控制单元：用来译码RFID读写器送来的信号，并按要求回送数据给RFID读写器。

　　数据加密单元：完成对数据的加密处理及密码保护。

　　存储单元：包括E2PROM与ROM，主要用于存储数据，用户所要存储的数据（读者个人信息，如姓名、专业、爱好、借还书记录等，还可以存储个人账户）被存放在该单元中。E2PROM中的数据在智能卡失掉电源后、智能卡离开读写器天线的有效工作范围时仍将被保持。

　　2．2 智能卡的读写原理

　　智能卡的读写原理是：RFID读写器向RFID智能卡发射一组固定频率的电磁波，在电磁波的激励下，RFID智能卡内的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存储，当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为其他电路提供工作电压，将卡内的数据发射出去或接收RFID读写器的数据。