CN107818360A - 一种基于层板式框型天线的智能书架系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及射频识别技术领域，具体的说涉及一种基于层板式框型天线的智能书架系统，其特征在于上位机与两个以上的列控制器相连接，每个列控制器分别与两个以上的所属同一列的智能书架相连接，所述智能书架设有架体，架体上设有多层隔板形成双面多层架体，架体采用金属材料制成，架体的每个隔板上设有一个框式射频天线线圈，框式射频天线线圈采用PCB印刷天线，其中框式射频天线线圈的长度方向上的一侧铜箔宽度大于另一侧的铜箔宽度，在框式射频天线线圈的铜箔较窄的一侧的下侧粘贴铝箔，框式射频天线线圈与匹配板相连接，匹配板上设有天线匹配电路，每个隔板上的匹配板均与该架体对应的射频读写器相连接。

Description

一种基于层板式框型天线的智能书架系统

技术领域：

本发明涉及射频识别(RFID,Radio Frequency Identification)技术领域，具体的说涉及一种可以应用到图书馆、教室、社区等任何需要图书批量管理的单位、 机构的，用于图书实时监控、图书引导查询、热点图书实时统计、图书实时盘点， 高效的、智能化的基于层板式框型天线的智能书架系统。

背景技术：

目前图书馆已经使用的书架绝大部分为传统式的书架，大部分只是具有图书 的储藏功能，图书的清点主要靠人力清点，并且图书一旦丢失很难追踪，图书放 置在错误的位置也很难及时的发现，给图书的管理、读者的体验带来极大的困难； 只有少部分采用RFID智能书架系统，由于数量较少、推广范围较窄难以对图书馆 现有的图书管理模式进行改变，并且少部分的RFID智能书架由于成本较高，短时 间内难以大范围的推广。

图书馆目前使用的传统书架的弊端主要集中在如下几个方面：

(一)、图书盘点耗费巨大的人力、耗费时间较长：图书馆使用的传统书架 没有RFID技术，因此只能依靠人力去盘点图书，并且图书的摆放必须按照提前规 划好的位置进行放置，因此图书摆放不够灵活，降低了读者的体验度。在增加了 管理员负担的同时，也增加了图书的盘点时间，对丢失的图书无法快速的做出响 应。

(二)、顺架时间长：由于没有使用RFID技术，因此对于图书的定位只能通 过管理员的记忆以及已经规划好的位置放置，一旦需要图书顺架时，需要管理员 确认图书的位置、管理员给图书顺架，增加管理员的工作负担，而且还容易出错， 并且出错后，不容易及时的发现、发现后重新整理的工作量依旧很大。

(三)无法实时的统计图书是否在架：由于没有采用触发功能以及RFID技术， 因此一旦图书已经被读者从架体上取下，管理员无法在第一时间掌握图书的去向， 容易导致后来的读者无法及时的找到图书，给读者带来很大的不方便，降低读者 的阅读积极性。

(四)、图书丢失无法查找记录：由于现有使用的书架系统的局限性，一旦 图书丢失无法及时的查找到丢失的经过，无法及时的追踪到线索，给图书的追回 带来很大的不便，对于图书的管理也会造成很大的混乱，同时也会增加工作人员 的工作负担、降低工作积极性。

目前使用的主流智能书架的弊端主要集中在如下几个方面：

(一)、成本高：由于目前的图书馆使用的智能书架系统采用的是竖立天线 的形式，该形式的智能书架需要的天线数量多、外围电路复杂、外围设备多，不 可避免的造成智能书架系统成本的增加。成本增加后，会增大智能书架的市场推 广难度。

(二)、重叠标签检测性能差：图书馆放置图书时，多本图书放置在一起， 特别是比较薄的图书放置在一起时，会增加多本图书标签的重叠度，标签重叠度 增大后，会导致标签的频率偏移，书架对该类型的标签的读取效果会降低很多， 无法满足图书馆要求的读取成功率。

(三)、书架的通透性差：由于目前图书馆使用的智能书架，通过增加每层 单层模组的高度等参数，降低书架的前后、左右、上下的窜读率，因此智能书架 类似一个半封闭的空间，给读者的第一印象就是比较压抑，整体书架的通透性较 差，无法营造一个舒适的读书环境。

(四)、无法及时的统计热门图书：现有技术由于没有实时监控功能，因此 对于一些热门图书无法及时的统计，对于图书馆的图书调配、图书种类选择、图 书的上架等都会造成不合理的地方。会导致的局面是：读者喜欢的、常借阅的图 书数量太少，种类不够多，读者的体验会很差。

发明内容：

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种将RFID技术和红外 传感器技术结合到一起，将其整合成为一个图书存储、图书盘点、图书实时监控、 热点图书统计的新型智能图书管理系统，可以极大的降低人力成本，有利于快速 的推进社区图书馆、教室图书馆等的发展的基于层板式框型天线的智能书架系统。

本发明通过以下措施达到：

一种基于层板式框型天线的智能书架系统，设有上位机、列控制器、智能 书架，其特征在于上位机与两个以上的列控制器相连接，每个列控制器分别与两 个以上的所属同一列的智能书架相连接，所述智能书架设有架体，架体上设有多 层隔板形成双面多层架体，架体采用金属材料制成，架体的每个隔板上设有一个 框式射频天线线圈，框式射频天线线圈采用PCB印刷天线，其中框式射频天线线 圈的长度方向上的一侧铜箔宽度大于另一侧的铜箔宽度，在框式射频天线线圈的 铜箔较窄的一侧的下侧粘贴铝箔，框式射频天线线圈与匹配板相连接，匹配板上 设有天线匹配电路，每个隔板上的匹配板均与该架体对应的射频读写器相连接， 架体的每层隔板上都设有红外触发传感器，架体上还设有指示灯。

本发明中所述架体上设有待盘点书籍，书籍的书脊处粘贴射频标签，射频 标签尺寸为8*35mm，标签的方向保持与射频天线线圈垂直。

本发明所述智能书架上的射频读写器通过485接口与外部列控制器进行通 信。

本发明所述列控制器的主要功能为控制该列书架的工作顺序，避免相邻节书 架相互干扰，列控制器可以有显示屏也可以没有显示屏，列控制器起到桥连作用， 联通书架与上位机软件的通讯。

本发明中每三到五列智能书架为一组，一组含有一台查询一体机即上位机， 带显示屏，查询一体机可以控制该组智能书架的工作模式等参数的设置；可以查 询图书馆已有的馆藏图书、及图书位置信息等；另外还可以实时查看图书馆的推 荐图书，推送的新闻等信息。

本发明相对于现有技术，将传统智能书架的四个竖立天线更换为一个框形天 线，与层板放置在一个平面上，固定在层板上，该智能书架系统的主要有如下优 势：(1)天线数量减少、成本降低，智能书架系统采用的天线形式为框型天线， 天线结构简单，天线数量少，外围电路少，从而降低了整个书架系统的成本。(2) 标签检测时间缩短，由于标签粘贴在图书的书脊处，因此不存在多张标签重叠的 情况，因此标签检测时，标签冲突检测时间会降低很多，节省智能书架的整体检 测时间。(3)书架通透性好，采用框形天线形式，对智能书架的单层模组要求不 高，可以将单层模组中的背板去掉，单层模组不会形成一个半封闭的空间，因此 智能书架的整体通透性会好很多，不会给读者压抑的感觉。(4)热门图书的实时 监控，在书架的每层都会有红外触发传感器，当读者拿出或放入图书时，就会 触发该红外，然后后台软件会控制读写器对该层的图书进行检测，从而判断出被 拿走或放入的图书种类，对该信息进行汇总，就会得出在一定时间内读者喜欢的 图书，有利于图书馆对馆藏图书种类的调整。(5)图书实时监控、定位、错架提 示，由于智能书架采用的传感器技术，因此当有人取走或放入图书时，智能书架 会及时的捕捉到图书的变化，及时更新图书的数量以及在架信息等，方便读者快 速的查找图书。若有人将图书放错架或层，智能书架会及时的通过灯光提示、软 件提示，指引管理员及时的处理错架的图书。

附图说明：

附图1是本发明的结构框图。

附图2是本发明的电路原理框图。

附图标记：智能书架1、列控制器2、传感器3、天线及指示灯4、上位机5。

具体实施方式：

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明。

实施例1：

如图1所示，为框形天线的示意图，为PCB制作的天线，天线匹配板正常情 况放置在天线的右侧，可根据具体使用情况放在天线的左侧。采用一侧铜箔较窄、 另一侧铜箔较宽的设计。该发明中，要求标签粘贴在书脊处，因此只能使用小标 签，尺寸为8*35mm。由于使用小标签，并且标签方向与天线处于垂直的位置， 因此若使用传统的天线的形式，对于小标签的读取效果较差，无法满足智能书架 的正常使用需求。通过理论分析得知，可以增加穿过标签的磁通量，提升对标签 的检测性能，因此考虑增大一侧的天线铜箔宽度，并且为了相处窄边铜箔对宽边 铜箔的影响，通过在窄边铜箔的下侧粘贴铝箔的形式，抑制窄边铜箔的磁场强度， 达到增强宽边铜箔磁场强度的效果；同通过该设计，可以增加穿过标签的磁通量， 提升标签在天线表面的前后移动距离，以便满足智能书架的使用要求。

实施例2：

本发明系统包括硬件和软件两部分，硬件主要由：读写器、天线、架体、传 感器、指示灯及照明灯，其中智能书架1包含读写器、架体；软件分为列控制器 软件、查询一体机软件。

读写器为该发明系统的核心部分，设计到RFID技术的实际应用以及对传感器 监控功能的实现。读写器负责控制该系统的射频部分，标签的检测、定位等，将 检测到的标签信息上报给上位机。每节的读写器之前通过485通讯，每列的读写 器与外界的通讯接口为网口。

列控制器2的主要功能为控制该列书架的工作顺序，避免相邻节书架相互干 扰。列控制器2可以有显示屏也可以没有显示屏。列控制器起到桥连作用，联通 书架与上位机软件的通讯。

每三到五列智能书架为一组，一组含有一台查询一体机5，带显示屏。查询 一体机5可以控制该组智能书架的工作模式等参数的设置；可以查询图书馆已有 的馆藏图书、及图书位置信息等；另外还可以实时查看图书馆的推荐图书，推送 的新闻等信息。

智能书架1架体为双面六层结构，具体高度可以根据实际使用的用户对象决 定，架体材料为金属；每层的天线数量为一个，可以保证图书厚度在8mm以下的 图书的准确读取。架体顶部含有照明指示等，通过读写器控制、供电。

软件部分为该系统的核心控制部分，用于整个系统中的图书的录入、借出、 归还等操作。在该系统刚开始使用时，需要将每本书的信息都录入到数据库中， 方便后期的数据维护。

实施例3：

本发明还提出了一种如上所述基于框形天线智能书架的使用方法，其特征在 于包括以下步骤；

第一步：对图书信息的录入

将图书的信息录入到RFID标签中，整合到数据中，方便后期调用数据库。

第二步：图书上架

该步骤与传统的图书上架相同，不过，由于采用了RFID技术，因此，在此处 图书上架可以随意的放置。

第三步：图书盘点

图书管理员可以使用RFID技术，快速的对馆藏图书进行盘点。

第四步：图书查找

读者在查询一体机上输入想要查找的图书后，软件会显示图书的当前状态， 并且有3D地图导航的功能，可以快速的引导读者找到目标图书。

第五步：图书实时监控

每节书架均有传感器，当传感器被触发时，系统软件会控制相应的书架进行 图书盘点，确认哪本书被取走或放回，实时的更新数据库。

本发明相对于现有技术，将传统智能书架的四个竖立天线更换为一个框形天 线，与层板放置在一个平面上，固定在层板上，该智能书架系统的主要有如下优 势：(1)天线数量减少、成本降低，智能书架系统采用的天线形式为框型天线， 天线结构简单，天线数量少，外围电路少，从而降低了整个书架系统的成本。(2) 标签检测时间缩短，由于标签粘贴在图书的书脊处，因此不存在多张标签重叠的 情况，因此标签检测时，标签冲突检测时间会降低很多，节省智能书架的整体检 测时间。(3)书架通透性好，采用框形天线形式，对智能书架的单层模组要求不 高，可以将单层模组中的背板去掉，单层模组不会形成一个半封闭的空间，因此 智能书架的整体通透性会好很多，不会给读者压抑的感觉。(4)热门图书的实时 监控，在书架的每层都会有红外触发传感器，当读者拿出或放入图书时，就会 触发该红外，然后后台软件会控制读写器对该层的图书进行检测，从而判断出被 拿走或放入的图书种类，对该信息进行汇总，就会得出在一定时间内读者喜欢的 图书，有利于图书馆对馆藏图书种类的调整。(5)图书实时监控、定位、错架提 示，由于智能书架采用的传感器技术，因此当有人取走或放入图书时，智能书架 会及时的捕捉到图书的变化，及时更新图书的数量以及在架信息等，方便读者快 速的查找图书。若有人将图书放错架或层，智能书架会及时的通过灯光提示、软 件提示，指引管理员及时的处理错架的图书。

Claims (5)

1.一种基于层板式框型天线的智能书架系统，设有上位机、列控制器、智能书架，其特征在于上位机与两个以上的列控制器相连接，每个列控制器分别与两个以上的所属同一列的智能书架相连接，所述智能书架设有架体，架体上设有多层隔板形成双面多层架体，架体采用金属材料制成，架体的每个隔板上设有一个框式射频天线线圈，框式射频天线线圈采用PCB印刷天线，其中框式射频天线线圈的长度方向上的一侧铜箔宽度大于另一侧的铜箔宽度，在框式射频天线线圈的铜箔较窄的一侧的下侧粘贴铝箔，框式射频天线线圈与匹配板相连接，匹配板上设有天线匹配电路，每个隔板上的匹配板均与该架体对应的射频读写器相连接，架体的每层隔板上都设有红外触发传感器，架体上还设有指示灯。

2.根据权利要求1所述的一种基于层板式框型天线的智能书架系统，其特征在于所述架体上设有待盘点书籍，书籍的书脊处粘贴射频标签，射频标签尺寸为8*35mm，标签的方向保持与射频天线线圈垂直。

3.根据权利要求1所述的一种基于层板式框型天线的智能书架系统，其特征在于所述智能书架上的射频读写器通过485接口与外部列控制器进行通信。

4.根据权利要求1所述的一种基于层板式框型天线的智能书架系统，其特征在于所述列控制器的主要功能为控制该列书架的工作顺序，避免相邻节书架相互干扰，列控制器可以有显示屏也可以没有显示屏，列控制器起到桥连作用，联通书架与上位机软件的通讯。

5.根据权利要求1所述的一种基于层板式框型天线的智能书架系统，其特征在于每三到五列智能书架为一组，一组含有一台查询一体机即上位机，带显示屏，查询一体机可以控制该组智能书架的工作模式等参数的设置；可以查询图书馆已有的馆藏图书、及图书位置信息等；另外还可以实时查看图书馆的推荐图书，推送的新闻信息。