CN109887200A - 一种基于物联网的图书自助借还系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的图书自助借还系统及方法，其图书自助借还系统包括服务器、设置在居民小区内的可移动式图书自助借还机和安装有借还书APP软件的用户手机，可移动式图书自助借还机通过WIFI热点与服务器和用户手机均无线连接并通信，用户手机通过WIFI热点与服务器无线连接并通信；可移动式图书自助借还机包括机体、控制器电路板、电源模块、图书消毒单元柜和多个存书单元柜，图书消毒单元柜内上部设置有图书消毒装置；其图书自助借还方法包括自助借书方法和自助还书方法。本发明使用的安全性高，能够极大地方便图书借阅者，也能够极大地提高借书还书的效率，最大限度地节约用户时间，实用性强，推广应用价值高。

Description

一种基于物联网的图书自助借还系统及方法

技术领域

本发明属于图书馆智能设备技术领域，具体涉及一种基于物联网的图书自助借还系统及方法。

背景技术

现有技术中，一方面，图书馆多存在于各高等院校及城市中，高等院校中的图书馆只对本校师生开放，城市中的图书馆虽然对大众开放，但是，一个城市中的图书馆数量并不多，农村、城郊等较为偏僻的地方，人们想要去图书馆中借阅图书，非常不方便。读书爱好者又不能将自己想看的书全部买下来，还是想通过借阅的方式来博览群书，但去一趟图书馆又非常远，浪费宝贵的时间。另一方面，大型图书馆中，借书和还书的人非常多，导致还书台堆积的书籍会迅速堆积，堆积的书籍需要工作人员一一的记录，再对它们分类后才能返还到书架上，这之后读者才能再次借新的书籍，效率较为低下。

为了解决以上问题，人们想到如果能够将图书馆安装到各个街道处，甚至是小区，并可以移动，将能够极大地方便图书借阅者，也能够极大地提高借书还书的效率，这其中，如何实现移动图书馆的管理，也是需要首先解决的问题，借用共享单车的管理方案，借用WIFI热点将移动图书馆的数据上传给云端服务器，就能够获知移动图书馆的存储图书信息，外借图书信息和借还情况，但是，现有技术中还缺乏能够实现这样的方案。另外，存放的图书与外部空气中湿润空气接触，会发霉、生蛀虫，经多人翻阅过的图书也常染有大量的微生物，甚至包含乙型肝炎病毒、结核杆菌等致病性较强的微生物，因此对图书进行消毒处理是十分有必要的，如果能够在可移动式图书自助借还装置上设置图书消毒装置，方便人们对图书进行消毒后再进行借阅，将为人们提供更加安全的图书借阅服务，而且能够避免图书到图书管理人员手中后再进行消毒带来的工作量大的问题，但是，现有技术中还缺乏带有图书消毒功能的可移动式图书自助借还机。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于物联网的图书自助借还系统，其结构简单，设计合理，实现方便，使用的安全性高，能够极大地方便图书借阅者，也能够极大地提高借书还书的效率，实用性强，推广应用价值高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于物联网的图书自助借还系统，其特征在于：包括服务器、设置在居民小区内的可移动式图书自助借还机和安装有借还书APP软件的用户手机，所述可移动式图书自助借还机通过WIFI热点与服务器和用户手机均无线连接并通信，所述用户手机通过WIFI热点与服务器无线连接并通信；

所述可移动式图书自助借还机包括机体以及设置在机体内的控制器电路板和为可移动式图书自助借还机中各用电模块供电的电源模块，所述机体上设置有图书消毒单元柜和多个存书单元柜，所述图书消毒单元柜上设置有图书消毒单元柜门，所述图书消毒单元柜门上贴有图书消毒标志，每个存书单元柜上均设置有存书单元柜门，所述存书单元柜门上贴有编号，所述存书单元柜门与存书单元柜的闭合位置处设置有电子锁；所述图书消毒单元柜内上部设置有图书消毒装置，所述图书消毒装置包括支架和设置在支架中上部的图书传送机构，所述支架与图书消毒单元柜的内壁固定连接，所述图书传送机构上固定连接有灭菌罩，所述灭菌罩内顶部中间位置处设置有臭氧紫外线灯管；所述机体中部设置有用于读取贴在图书上的RFID标签的RFID读写器，所述机体顶部安装有用于检测有人靠近可移动式图书自助借还机的热红外人体感应器和用于在有人靠近可移动式图书自助借还机后拍摄机体周围视频的摄像头；所述控制器电路板上集成有图书自助借还控制电路，所述图书自助借还控制电路包括微控制器模块以及与微控制器模块相接且用于进行本地数据缓存的SD卡数据存储模块、用于连接摄像头的USB接口电路和用于通过WIFI热点连接到服务器并将本地缓存的数据传输给服务器的WIFI模块，所述WIFI模块包括WIFI模块USR_C216以及与WIFI模块USR_C216连接的天线连接电路、数据发送连接电路、数据接收连接电路、WIFI模块复位电路和重新加载电路，所述热红外人体感应器与微控制器模块的输入端连接，所述微控制器模块的输出端接有电子锁驱动电路和用于播放提醒语音的提醒语音播放电路，所述电子锁与电子锁驱动电路的输出端连接。

上述的一种基于物联网的图书自助借还系统，其特征在于：所述图书传送机构包括平行设置的第一安装板和第二安装板，所述第一安装板的一端和第二安装板的一端之间连接有电动辊，所述第一安装板的另一端和第二安装板的另一端之间连接有从动辊，所述电动辊和从动辊之间跨接有传送带面；所述灭菌罩的一侧底部固定连接在第一安装板顶部，所述灭菌罩的另一侧底部固定连接在第二安装板顶部。

上述的一种基于物联网的图书自助借还系统，其特征在于：所述微控制器模块包括ARM微控制器STM32F103C8T6以及与ARM微控制器STM32F103C8T6相接的第一晶振电路、第二晶振电路和微处理器复位电路，所述第一晶振电路包括晶振Y1、电容C1和电容C2，所述晶振Y1的一端和电容C1的一端均与ARM微控制器STM32F103C8T6的第5引脚连接，所述晶振Y1的另一端和电容C2的一端均与ARM微控制器STM32F103C8T6的第6引脚连接，所述电容C1的另一端和电容C2的另一端均接地；所述第二晶振电路包括晶振Y2、电容C3和电容C4，所述晶振Y2的一端和电容C3的一端均与ARM微控制器STM32F103C8T6的第3引脚连接，所述晶振Y2的另一端和电容C4的一端均与ARM微控制器STM32F103C8T6的第4引脚连接，所述电容C3的另一端和电容C4的另一端均接地；所述微处理器复位电路包括复位按键S1、电阻R12和电容C17，所述复位按键S1的一端、电阻R12的一端和电容C17的一端均与ARM微控制器STM32F103C8T6的第7引脚连接，所述电阻R12的另一端与供电电源的+3.3V电压输出端连接，所述复位按键S1的另一端和电容C17的另一端均接地。

上述的一种基于物联网的图书自助借还系统，其特征在于：所述SD卡数据存储模块包括SDCARD-M和12针插头P4，所述SDCARD-M的第1引脚、第2引脚、第3引脚、第5引脚、第7引脚和第8引脚依次对应与12针插头P4的第6引脚、第5引脚、第4引脚、第3引脚、第2引脚和第1引脚连接，所述12针插头P4的第1引脚、第2引脚、第3引脚、第4引脚、第5引脚和第6引脚分别通过电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18与供电电源的+3.3V电压输出端连接；所述SDCARD-M的第4引脚与供电电源的+3.3V电压输出端连接，且通过电容C18接地；所述SDCARD-M的第6引脚、第10引脚和第11引脚均接地；所述12针插头P4的第8引脚、第9引脚、第10引脚和第11引脚依次对应与ARM微控制器STM32F103C8T6的第27引脚、第26引脚、第28引脚和第25引脚连接。

上述的一种基于物联网的图书自助借还系统，其特征在于：所述USB接口电路包括USB接口U4、电容C42、电阻R43、电阻R44、电阻R45和电阻R46，所述USB接口U4的第1引脚与供电电源的+5V电压输出端连接，且通过电容C42接地；所述USB接口U4的第2引脚通过电阻R45与ARM微控制器STM32F103C8T6的第40引脚连接，且通过电阻R44接地；所述USB接口U4的第3引脚通过电阻R46与ARM微控制器STM32F103C8T6的第41引脚连接，且通过电阻R43接地；所述USB接口U4的第4引脚、第5引脚和第6引脚均接地；所述摄像头接在USB接口U4上；

所述天线连接电路包括电阻R1、电容C501和电容C502，所述电阻R1的一端和电容C501的一端均与WIFI模块USR_C216的第17引脚连接，所述电阻R1的另一端和电容C502的一端连接且连接有天线Antenna；所述数据发送连接电路包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R8，所述三极管Q1的基极通过电阻R8与WIFI模块USR_C216的第5引脚连接，且通过电阻R2与供电电源的+3.3V电压输出端连接，所述三极管Q1的集电极和三极管Q2的基极均通过电阻R3与供电电源的+3.3V电压输出端连接，所述三极管Q2的集电极与ARM微控制器STM32F103C8T6的第43引脚连接，且通过电阻R4与供电电源的+5V电压输出端连接，所述三极管Q1的发射极和三极管Q2的发射极均接地；所述数据接收连接电路包括三极管Q3、三极管Q4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R9，所述三极管Q3的基极通过电阻R9与ARM微控制器STM32F103C8T6的第42引脚连接，且通过电阻R5与供电电源的+5V电压输出端连接，所述三极管Q3的集电极和三极管Q4的基极均通过电阻R6与供电电源的+5V电压输出端连接，所述三极管Q4的集电极与WIFI模块USR_C216的第6引脚连接，且通过电阻R7与供电电源的+3.3V电压输出端连接，所述三极管Q3的发射极和三极管Q4的发射极均接地；所述WIFI模块复位电路包括复位按键S2、电阻R22、电阻R24和电容C9，所述复位按键S2的一端、电阻R22的一端和电容C9的一端均与WIFI模块USR_C216的第10引脚连接，所述电阻R22的另一端与供电电源的+3.3V电压输出端连接，所述复位按键S2的另一端通过电阻R24接地，所述电容C9的另一端接地；所述重新加载电路包括重新加载按键S3、电阻R23、电阻R25和电容C10，所述重新加载按键S3的一端、电阻R23的一端和电容C10的一端均与WIFI模块USR_C216的第12引脚连接，所述电阻R23的另一端与供电电源的+3.3V电压输出端连接，所述重新加载按键S3的另一端通过电阻R25接地，所述电容C10的另一端接地。

上述的一种基于物联网的图书自助借还系统，其特征在于：所述提醒语音播放电路包括依次相接的语音芯片电路、功率放大电路和扬声器；

所述语音芯片电路包括语音芯片BLA1008和电容C30，以及电阻R31、电阻R32、电阻R34和电阻R35；所述语音芯片BLA1008的第4引脚、第13引脚和第14引脚均接地，所述语音芯片BLA1008的第8引脚通过电阻R2与供电电源的+3.3V电压输出端连接，所述语音芯片BLA1008的第9引脚和第12引脚均与供电电源的+3.3V电压输出端连接，所述语音芯片BLA1008的引脚10与ARM微控制器STM32F103C8T6的第18引脚和电阻R5的一端连接，所述语音芯片BLA1008的第11引脚与ARM微控制器STM32F103C8T6的第19引脚和电阻R4的一端相接，所述语音芯片BLA1008的第15引脚与ARM微控制器STM32F103C8T6的第20引脚和电阻R1的一端相接，所述电阻R4的另一端、电阻R5的另一端和电阻R1的另一端均与供电电源的+3.3V电压输出端连接，所述语音芯片BLA1008的第16引脚通过电容C12接地；

所述功率放大电路包括芯片LM4871，电阻R36和电阻R37，以及电容C31、电容C32和电容C33；所述芯片LM4871的第2引脚和第3引脚均通过电容C32接地，所述芯片LM4871的第4引脚与电阻R36的一端和电阻R37的一端连接，所述电阻R36的另一端通过电容C31与语音芯片BLA1008的第7引脚连接，所述芯片LM4871的第5引脚和电阻R37的另一端均与扬声器的负极相接，所述芯片LM4871的第6引脚与供电电源的+3.3V电压输出端连接，所述芯片LM4871的第7引脚接地，所述芯片LM4871的第8引脚与扬声器的正极连接。

本发明还公开了一种自助借书方法和自助还书方法的人性化程度高，能够最大限度地节约用户时间，提高借书还书效率的基于物联网的图书自助借还方法，其特征在于，该方法包括自助借书方法和自助还书方法，所述自助借书方法包括以下步骤：

步骤A1、当用户有借书的需求时，启动用户手机上的借还书APP软件，与服务器建立通信连接；

步骤A2、用户在借还书APP软件中，通过账号、密码进入主页，并选择借书；

步骤A3、用户在借还书APP软件中，查询自己想要借的图书，当有可移动式图书自助借还机中存放有该图书时，服务器将图书存取在哪些可移动式图书自助借还机中的信息推动到借还书APP软件中，并显示出位置，用户根据显示的存放有自己想要借的图书的可移动式图书自助借还机的位置，决定自己前往哪个位置的可移动式图书自助借还机取书，进行预约取书，执行步骤A5，或决定自己不去取书并在借还书APP软件中进行预约借书，执行步骤A4；当没有可移动式图书自助借还机中存放有该图书时，借还书APP软件上显示没有该图书的信息，用户在借还书APP软件中进行预约借书，执行步骤A4；

步骤A4、用户在APP软件中输入预约借书成功后想要取书的可移动式图书自助借还机的位置信息，服务器接收到该信息后，工作人员在3个工作日内将用于预约借的图书存放到用户指定位置处的可移动式图书自助借还机中；

步骤A5、当用户到达存放有自己想要借的图书的可移动式图书自助借还机前时，热红外人体感应器检测到有人靠近可移动式图书自助借还机并输出信号给微控制器模块，微控制器模块控制摄像头启动，摄像头拍摄机体周围视频并发送给微控制器模块，微控制器模块周期性地采集摄像头拍摄的机体周围视频并通过WIFI模块和WIFI热点发送给服务器；

步骤A6、用户在借还书APP软件中，连接用户手机与该可移动式图书自助借还机，并进行取书操作，取书信号通过借还书APP软件传输给可移动式图书自助借还机中的微控制器模块，微控制器模块接收到取书信号后，控制电子锁驱动电路驱动存放有该图书的存书单元柜的电子锁打开，用户取出自己想要借的图书后，将贴在图书上的RFID标签对准RFID读写器，进行扫码借书，借书成功后，微控制器模块发送借书成功的信息给借还书APP软件，用户看到后，关闭存书单元柜门，电子锁关闭；微控制器模块将用户身份信息、用户借书图书信息和借书时间信息通过WIFI模块和WIFI热点发送给服务器，完成一次借书；

步骤A7、用户将借的书在图书消毒单元柜内的图书消毒装置上消毒后带走；

所述自助还书方法包括以下步骤：

步骤B1、当用户有还书的需求时，启动用户手机上的借还书APP软件，与服务器建立通信连接；

步骤B2、用户在借还书APP软件中，通过账号、密码进入主页，并选择借书；

步骤B3、用户在借还书APP软件中，查询有空的存书单元柜能够存放待还图书且距离自己最近的可移动式图书自助借还机，进行预约还书；

步骤B4、当用户到达要还书的可移动式图书自助借还机前时，热红外人体感应器检测到有人靠近可移动式图书自助借还机并输出信号给微控制器模块，微控制器模块控制摄像头启动，摄像头拍摄机体周围视频并发送给微控制器模块，微控制器模块周期性地采集摄像头拍摄的机体周围视频并通过WIFI模块和WIFI热点发送给服务器；

步骤B5、用户在借还书APP软件中，连接用户手机与该可移动式图书自助借还机，并进行还书操作，还书信号通过借还书APP软件传输给可移动式图书自助借还机中的微控制器模块，再将贴在图书上的RFID标签对准RFID读写器，进行扫码还书，微控制器模块接收到还书信号后，控制电子锁驱动电路驱动用于存放待还图书的空的存书单元柜的电子锁打开，用户放入待还图书后，关闭存书单元柜门，电子锁关闭；微控制器模块将用户身份信息、用户还书图书信息和还书时间信息通过WIFI模块和WIFI热点发送给服务器，完成一次还书。

上述的图书自助借还方法，其特征在于：步骤A3中所述用户在借还书APP软件中，查询自己想要借的图书时，服务器还根据用户查询的图书信息为借还书APP软件中推送用户可能喜欢的同类型图书，供用户选择；具体过程为：当服务器接收到用户查询的图书后，收集借过同样图书的所有用户所借图书中与该图书为同一分类号下的图书，统计这些图书中每本图书的借出次数和每次借出的时长，并按照借出概率因子从大到小的顺序将这些图书推送到该借书用户的用户手机上的借还书APP软件中，供用户选择；其中，第j本图书的借出概率因子的计算步骤为：

步骤E1、服务器将第j本图书的借出次数表示为S_j，将第j本图书第i次借出时的借出时长表示为t_j,i；

步骤E2、服务器根据公式计算得到第j本图书的借出时长的算术平均值；

步骤E3、服务器根据公式计算得到第j本图书的借出概率因子λ_j，其中，w₁为借出次数的加权概率且w₁的取值范围为0.6～1，w₂为借出时长的加权概率且w₂+w₁＝1。

上述的图书自助借还方法，其特征在于：步骤A6和步骤B5中所述用户在借还书APP软件中，连接用户手机与该可移动式图书自助借还机时，不仅采用通过账号、密码进入主页的方式进行用户身份验证；还采用人脸识别对比的方式进行用户身份确认；具体过程为：

步骤C1、所述摄像头拍摄人脸图像并将其拍摄到的人脸图像发送给微控制器模块，微控制器模块再将人脸图像通过WIFI模块和WIFI热点发送给服务器；

步骤C2、所述服务器将人脸图像输入预先构建的Mask Rcnn神经网络中，初步识别人脸图像，当判断为是人脸图像时，执行步骤C3；当判断为非人脸图像时，返回步骤C1重新采集人脸图像；

其中，预先构建Mask Rcnn神经网络的具体过程为：

步骤C21、构建Mask-RCNN网络，所述Mask-RCNN由ResNet网络、FPN网络、RPN网络、ROIAlign层、全连接层和三个全卷积网络输出层构成；三个全卷积网络输出层包括分类分支、边框回归分支和像素分割mask分支；

步骤C22、将ResNet网络和FPN网络作为主干网络，将摄像头拍摄的1000幅人脸图像作为训练图像，将训练图像中的人脸作为Mask-RCNN网络模型的识别目标，将训练图像输入主干网络来训练主干网络，调整ResNet网络和FPN网络的参数，使损失函数最小，通过主干网络获取到进行了特征提取后的特征图；

步骤C23、对RPN卷积神经网络进行初始化，用不同的小随机数初始化网络中待训练参数；

步骤C24、对步骤C22中得到的特征图赋予多个尺度和多个比例的基准框，通过向初始化后的RPN卷积神经网络中输入特征图的基准框来训练RPN卷积神经网络，使用反向传播BP算法，调整RPN卷积神经网络参数，使损失函数值最小；得到训练样本集的人脸预选框，对目标进行初步定位；

步骤C24、在特征图上运用训练好的RPN卷积神经网络模型，得到训练样本集的人脸预选框；

步骤C25、根据预选框的位置坐标，RoIAlign层将特征图重新调整为固定尺寸大小；以便后续全连接操作；

步骤C26、经过尺寸的统一，对统一大小的特征图进行全连接操作，随后使用分类分支、边框回归分支和像素分割mask分支这三个全卷积网络输出；分类分支预测每个目标属于哪个类别，同时利用边框回归分支获得更高精度的目标检测框，同时像素分割mask分支使网络输出每一类的mask,最终达到实例分割的目的，使损失函数最小，得到训练好的Mask-RCNN网络模型；

步骤C3、所述服务器将人脸图像正规化为164×164个像素大小；

步骤C4、所述服务器将人脸图像输入预先构建的Tensorflow深度学习人脸识别网络中，得到人脸识别对比的结果，当人脸识别对比的结果为匹配时，用户身份确认通过；当人脸识别对比的结果为不匹配时，用户身份确认不能通过；

其中，预先构建Tensorflow深度学习人脸识别网络的具体过程为：

步骤C41、所述摄像头拍摄人脸图像并将其拍摄到的人脸图像发送给微控制器模块，微控制器模块再将人脸图像通过WIFI模块和WIFI热点发送给服务器；

步骤C42、所述服务器将其采集的人脸图像正规化为164×164个像素大小；

步骤C43、所述服务器调用OpenCV库函数对人脸图像进行分析处理，初步识别人脸图像，当判断为是人脸图像时，执行步骤C44；当判断为非人脸图像时，返回步骤C41重新采集人脸图像；

步骤C44、所述服务器调用支持向量机分类模块对人脸图像进行二分类，分为是人脸图像和非人脸图像两类，当判断为是人脸图像时，所述服务器存储人脸图像并执行步骤C45；当判断为非人脸图像时，返回步骤C41重新采集人脸图像；

步骤C45、重复执行步骤C41至步骤C44，直至所述服务器存储了M个注册过的用户、每个用户不同状态下的200幅人脸图像；

步骤C46、所述服务器构建一个卷积网络核的层数为五层、输入层节点为164×164个像素的人脸图像、输出层节点为M类的Tensorflow深度学习网络，并将其存储的M个用户、每个用户不同状态下的200幅人脸图像作为训练样本，对Tensorflow深度学习网络进行训练，得到Tensorflow深度学习人脸识别网络；所述Tensorflow深度学习人脸识别网络五层卷积网络核的大小从一层到第五层分别为3x3,2x2,3x3,2x2,2x2；所述Tensorflow深度学习人脸识别网络的输出为R_face＝δ，δ的取值为1～M的自然数。

上述的图书自助借还方法，其特征在于：步骤A6和步骤B5中所述微控制器模块将用户身份信息、用户借书图书信息和借书时间信息通过WIFI模块和WIFI热点发送给服务器时，采用的数据可靠传输方法，包括以下步骤：

步骤D1、所述微控制器模块定义发送的数据中的前N位为自定义通信检测位，采用UDP协议向服务器发送数据；所述N的取值为正整数；

步骤D2、服务器接收微控制器模块发送的数据，当云端服务器接收到数据时，返回相同的通信检测值给数据传输终端；当该时刻数据传输终端未接收到来自云端服务器返回的通信检测值时，说明数据没有成功发送到云端服务器，数据传输终端将该时刻的数据进行本地存储，并记录本地数据存储累计值m＝1，记录本地数据累计的次数p＝1；

步骤D3、下一次微控制器模块向服务器发送数据时，微控制器模块查询这一时刻服务器是否返回通信检测值，当该时刻微控制器模块未接收到来自云端服务器返回的通信检测值时，说明数据没有成功发送到云端服务器，数据传输终端将该时刻的数据进行本地存储，并将上次记录的本地数据存储累计值m加1，将上次记录的本地数据累计的次数p加1；

步骤D4、重复步骤D3，且每隔时间t，微控制器模块就检测目的IP和端口是否开启，当目的IP和端口未开启时，继续将没有成功发送到服务器的数据进行本地堆栈存储，最先存储的数据在栈的最底层、后入栈的数据在栈口；当目的IP和端口开启且微控制器模块接收到来服务器返回的通信检测值时，以出栈方式进行取数，微控制器模块采用UDP协议将本地存储数据和实时需要发送的数据同时发送到服务器；其中，微控制器模块检测目的IP和端口是否开启时是采用telnet测试端口命令检测目的IP和端口是否处于监听状态，当检测到目的IP和端口处于监听状态时，判断为目的IP和端口开启；当检测到目的IP和端口未处于监听状态时，判断为目的IP和端口未开启。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的基于物联网的图书自助借还系统的结构简单，设计合理，实现方便。

2、本发明通过设置图书消毒单元柜，能够在借书前或借书后给图书消毒，方便人们对图书进行消毒后再进行借阅，能够为人们提供更加安全的图书借阅服务，而且能够避免图书到图书管理人员手中后再进行消毒带来的工作量大的问题。

3、本发明的图书存取控制电路，通过设计WIFI模块的硬件电路，用于借助WIFI热点建立移动图书馆与云端服务器的数据通信连接，无需接线，使用方便。

4、本发明的图书存取控制电路，通过设计USB接口电路的硬件电路，用于连接摄像头，能够用于实时监控移动图书馆周围环境，周围环境监控视频还能够通过WIFI模块发送给云端服务器，提高了移动图书馆使用的安全性。

5、本发明的可移动式图书自助借还机能够移动，能够安装到各个街道处，甚至是小区，能够极大地方便图书借阅者，也能够极大地提高借书还书的效率，实用性强，推广应用价值高。

6、本发明的基于物联网的图书自助借还系统方法，自助借书方法和自助还书方法的人性化程度高，能够最大限度地节约用户时间，提高借书还书效率。

综上所述，本发明的结构简单，设计合理，实现方便，使用的安全性高，能够极大地方便图书借阅者，也能够极大地提高借书还书的效率，实用性强，推广应用价值高。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明可移动式图书自助借还机的结构示意图。

图3为本发明图书消毒装置的结构示意图。

图4为本发明图书传送机构的结构示意图。

图5为本发明图书存取控制电路的电路原理框图。

图6为本发明微处理器模块的电路原理图。

图7为本发明SD卡数据存储模块的电路原理图。

图8为本发明USB接口电路的电路原理图。

图9为本发明WIFI模块的电路原理图。

图10为本发明语音芯片电路的电路原理图。

图11为本发明功率放大电路和扬声器的电路连接图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的基于物联网的图书自助借还系统，其特征在于：包括服务器10、设置在居民小区内的可移动式图书自助借还机2和安装有借还书APP软件的用户手机13，所述可移动式图书自助借还机2通过WIFI热点与服务器10和用户手机13均无线连接并通信，所述用户手机14通过WIFI热点与服务器10无线连接并通信；

所述可移动式图书自助借还机包括机体1以及设置在机体内的控制器电路板和为可移动式图书自助借还机中各用电模块供电的电源模块9，所述机体1上设置有图书消毒单元柜17和多个存书单元柜3，所述图书消毒单元柜17上设置有图书消毒单元柜门，所述图书消毒单元柜门上贴有图书消毒标志，每个存书单元柜3上均设置有存书单元柜门，所述存书单元柜门上贴有编号，所述存书单元柜门与存书单元柜3的闭合位置处设置有电子锁15；所述图书消毒单元柜17内上部设置有图书消毒装置，所述图书消毒装置包括支架18-1和设置在支架18-1中上部的图书传送机构18-2，所述支架18-1与图书消毒单元柜17的内壁固定连接，所述图书传送机构18-2上固定连接有灭菌罩18-3，所述灭菌罩18-3内顶部中间位置处设置有臭氧紫外线灯管18-4；所述机体1中部设置有用于读取贴在图书上的RFID标签的RFID读写器14，所述机体1顶部安装有用于检测有人靠近可移动式图书自助借还机2的热红外人体感应器5和用于在有人靠近可移动式图书自助借还机2后拍摄机体1周围视频的摄像头4；所述控制器电路板上集成有图书自助借还控制电路，所述图书自助借还控制电路包括微控制器模块6以及与微控制器模块6相接且用于进行本地数据缓存的SD卡数据存储模块7、用于连接摄像头4的USB接口电路8和用于通过WIFI热点连接到服务器10并将本地缓存的数据传输给服务器10的WIFI模块11，所述WIFI模块11包括WIFI模块USR_C216以及与WIFI模块USR_C216连接的天线连接电路、数据发送连接电路、数据接收连接电路、WIFI模块复位电路和重新加载电路，所述热红外人体感应器5与微控制器模块6的输入端连接，所述微控制器模块6的输出端接有电子锁驱动电路16和用于播放提醒语音的提醒语音播放电路12，所述电子锁15与电子锁驱动电路16的输出端连接。

本实施例中，所述图书传送机构18-2包括平行设置的第一安装板18-21和第二安装板18-22，所述第一安装板18-21的一端和第二安装板18-22的一端之间连接有电动辊18-23，所述第一安装板18-21的另一端和第二安装板18-22的另一端之间连接有从动辊18-24，所述电动辊18-23和从动辊18-24之间跨接有传送带面18-25；所述灭菌罩18-3的一侧底部固定连接在第一安装板18-21顶部，所述灭菌罩18-3的另一侧底部固定连接在第二安装板18-22顶部。

本实施例中，所述微控制器模块6包括ARM微控制器STM32F103C8T6以及与ARM微控制器STM32F103C8T6相接的第一晶振电路、第二晶振电路和微处理器复位电路，所述第一晶振电路包括晶振Y1、电容C1和电容C2，所述晶振Y1的一端和电容C1的一端均与ARM微控制器STM32F103C8T6的第5引脚连接，所述晶振Y1的另一端和电容C2的一端均与ARM微控制器STM32F103C8T6的第6引脚连接，所述电容C1的另一端和电容C2的另一端均接地；所述第二晶振电路包括晶振Y2、电容C3和电容C4，所述晶振Y2的一端和电容C3的一端均与ARM微控制器STM32F103C8T6的第3引脚连接，所述晶振Y2的另一端和电容C4的一端均与ARM微控制器STM32F103C8T6的第4引脚连接，所述电容C3的另一端和电容C4的另一端均接地；所述微处理器复位电路包括复位按键S1、电阻R12和电容C17，所述复位按键S1的一端、电阻R12的一端和电容C17的一端均与ARM微控制器STM32F103C8T6的第7引脚连接，所述电阻R12的另一端与供电电源9的+3.3V电压输出端连接，所述复位按键S1的另一端和电容C17的另一端均接地。

本实施例中，所述SD卡数据存储模块7包括SDCARD-M和12针插头P4，所述SDCARD-M的第1引脚、第2引脚、第3引脚、第5引脚、第7引脚和第8引脚依次对应与12针插头P4的第6引脚、第5引脚、第4引脚、第3引脚、第2引脚和第1引脚连接，所述12针插头P4的第1引脚、第2引脚、第3引脚、第4引脚、第5引脚和第6引脚分别通过电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18与供电电源9的+3.3V电压输出端连接；所述SDCARD-M的第4引脚与供电电源9的+3.3V电压输出端连接，且通过电容C18接地；所述SDCARD-M的第6引脚、第10引脚和第11引脚均接地；所述12针插头P4的第8引脚、第9引脚、第10引脚和第11引脚依次对应与ARM微控制器STM32F103C8T6的第27引脚、第26引脚、第28引脚和第25引脚连接。

本实施例中，所述USB接口电路8包括USB接口U4、电容C42、电阻R43、电阻R44、电阻R45和电阻R46，所述USB接口U4的第1引脚与供电电源9的+5V电压输出端连接，且通过电容C42接地；所述USB接口U4的第2引脚通过电阻R45与ARM微控制器STM32F103C8T6的第40引脚连接，且通过电阻R44接地；所述USB接口U4的第3引脚通过电阻R46与ARM微控制器STM32F103C8T6的第41引脚连接，且通过电阻R43接地；所述USB接口U4的第4引脚、第5引脚和第6引脚均接地；所述摄像头4接在USB接口U4上；

所述天线连接电路包括电阻R1、电容C501和电容C502，所述电阻R1的一端和电容C501的一端均与WIFI模块USR_C216的第17引脚连接，所述电阻R1的另一端和电容C502的一端连接且连接有天线Antenna；所述数据发送连接电路包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R8，所述三极管Q1的基极通过电阻R8与WIFI模块USR_C216的第5引脚连接，且通过电阻R2与供电电源9的+3.3V电压输出端连接，所述三极管Q1的集电极和三极管Q2的基极均通过电阻R3与供电电源9的+3.3V电压输出端连接，所述三极管Q2的集电极与ARM微控制器STM32F103C8T6的第43引脚连接，且通过电阻R4与供电电源9的+5V电压输出端连接，所述三极管Q1的发射极和三极管Q2的发射极均接地；所述数据接收连接电路包括三极管Q3、三极管Q4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R9，所述三极管Q3的基极通过电阻R9与ARM微控制器STM32F103C8T6的第42引脚连接，且通过电阻R5与供电电源9的+5V电压输出端连接，所述三极管Q3的集电极和三极管Q4的基极均通过电阻R6与供电电源9的+5V电压输出端连接，所述三极管Q4的集电极与WIFI模块USR_C216的第6引脚连接，且通过电阻R7与供电电源9的+3.3V电压输出端连接，所述三极管Q3的发射极和三极管Q4的发射极均接地；所述WIFI模块复位电路包括复位按键S2、电阻R22、电阻R24和电容C9，所述复位按键S2的一端、电阻R22的一端和电容C9的一端均与WIFI模块USR_C216的第10引脚连接，所述电阻R22的另一端与供电电源9的+3.3V电压输出端连接，所述复位按键S2的另一端通过电阻R24接地，所述电容C9的另一端接地；所述重新加载电路包括重新加载按键S3、电阻R23、电阻R25和电容C10，所述重新加载按键S3的一端、电阻R23的一端和电容C10的一端均与WIFI模块USR_C216的第12引脚连接，所述电阻R23的另一端与供电电源9的+3.3V电压输出端连接，所述重新加载按键S3的另一端通过电阻R25接地，所述电容C10的另一端接地。

本实施例中，所述提醒语音播放电路12包括依次相接的语音芯片电路12-1、功率放大电路12-2和扬声器12-3；

所述语音芯片电路12-1包括语音芯片BLA1008和电容C30，以及电阻R31、电阻R32、电阻R34和电阻R35；所述语音芯片BLA1008的第4引脚、第13引脚和第14引脚均接地，所述语音芯片BLA1008的第8引脚通过电阻R2与供电电源9的+3.3V电压输出端连接，所述语音芯片BLA1008的第9引脚和第12引脚均与供电电源9的+3.3V电压输出端连接，所述语音芯片BLA1008的引脚10与ARM微控制器STM32F103C8T6的第18引脚和电阻R5的一端连接，所述语音芯片BLA1008的第11引脚与ARM微控制器STM32F103C8T6的第19引脚和电阻R4的一端相接，所述语音芯片BLA1008的第15引脚与ARM微控制器STM32F103C8T6的第20引脚和电阻R1的一端相接，所述电阻R4的另一端、电阻R5的另一端和电阻R1的另一端均与供电电源9的+3.3V电压输出端连接，所述语音芯片BLA1008的第16引脚通过电容C12接地；

所述功率放大电路12-2包括芯片LM4871，电阻R36和电阻R37，以及电容C31、电容C32和电容C33；所述芯片LM4871的第2引脚和第3引脚均通过电容C32接地，所述芯片LM4871的第4引脚与电阻R36的一端和电阻R37的一端连接，所述电阻R36的另一端通过电容C31与语音芯片BLA1008的第7引脚连接，所述芯片LM4871的第5引脚和电阻R37的另一端均与扬声器12-3的负极相接，所述芯片LM4871的第6引脚与供电电源9的+3.3V电压输出端连接，所述芯片LM4871的第7引脚接地，所述芯片LM4871的第8引脚与扬声器12-3的正极连接。

本发明的基于物联网的图书自助借还方法，包括自助借书方法和自助还书方法，所述自助借书方法包括以下步骤：

步骤A1、当用户有借书的需求时，启动用户手机13上的借还书APP软件，与服务器10建立通信连接；

步骤A2、用户在借还书APP软件中，通过账号、密码进入主页，并选择借书；

步骤A3、用户在借还书APP软件中，查询自己想要借的图书，当有可移动式图书自助借还机2中存放有该图书时，服务器10将图书存取在哪些可移动式图书自助借还机2中的信息推动到借还书APP软件中，并显示出位置，用户根据显示的存放有自己想要借的图书的可移动式图书自助借还机2的位置，决定自己前往哪个位置的可移动式图书自助借还机2取书，进行预约取书，执行步骤A5，或决定自己不去取书并在借还书APP软件中进行预约借书，执行步骤A4；当没有可移动式图书自助借还机2中存放有该图书时，借还书APP软件上显示没有该图书的信息，用户在借还书APP软件中进行预约借书，执行步骤A4；

具体实施时，预约取书后，当在这之后有人再查询该图书时，服务器10推送到借还书APP软件中的图书存取在哪些可移动式图书自助借还机2中的信息包含该位置图书已被预约取书的信息，这样就能够避免用户去取书时，图书已被别人取走的情况发生。另外，还可以对预约取书的时间进行限定，例如为3小时，3小时内不取走，预约就无效了，就可能被别人取走。

步骤A4、用户在APP软件中输入预约借书成功后想要取书的可移动式图书自助借还机2的位置信息，服务器10接收到该信息后，工作人员在3个工作日内将用于预约借的图书存放到用户指定位置处的可移动式图书自助借还机2中；

步骤A5、当用户到达存放有自己想要借的图书的可移动式图书自助借还机2前时，热红外人体感应器5检测到有人靠近可移动式图书自助借还机2并输出信号给微控制器模块6，微控制器模块6控制摄像头4启动，摄像头4拍摄机体1周围视频并发送给微控制器模块6，微控制器模块6周期性地采集摄像头4拍摄的机体1周围视频并通过WIFI模块11和WIFI热点发送给服务器10；

步骤A6、用户在借还书APP软件中，连接用户手机13与该可移动式图书自助借还机2，并进行取书操作，取书信号通过借还书APP软件传输给可移动式图书自助借还机2中的微控制器模块6，微控制器模块6接收到取书信号后，控制电子锁驱动电路16驱动存放有该图书的存书单元柜3的电子锁15打开，用户取出自己想要借的图书后，将贴在图书上的RFID标签对准RFID读写器14，进行扫码借书，借书成功后，微控制器模块6发送借书成功的信息给借还书APP软件，用户看到后，关闭存书单元柜门，电子锁15关闭；微控制器模块6将用户身份信息、用户借书图书信息和借书时间信息通过WIFI模块11和WIFI热点发送给服务器10，完成一次借书；

步骤A7、用户将借的书在图书消毒单元柜13内的图书消毒装置上消毒后带走；

所述自助还书方法包括以下步骤：

步骤B1、当用户有还书的需求时，启动用户手机13上的借还书APP软件，与服务器10建立通信连接；

步骤B2、用户在借还书APP软件中，通过账号、密码进入主页，并选择借书；

步骤B3、用户在借还书APP软件中，查询有空的存书单元柜3能够存放待还图书且距离自己最近的可移动式图书自助借还机2，进行预约还书；

具体实施时，预约还书后，当在这之后有用户再查询有空的存书单元柜3能够存放待还图书且距离自己最近的可移动式图书自助借还机2时，服务器就不会再推送该存书单元柜3能够存放待还图书的信息给用户，这样就能够避免用户去还书时，存书单元柜3已被占用的情况发生。另外，还可以对预约还书的时间进行限定，例如为3小时，3小时内不还书，预约就无效了，就可能被别人占用。

步骤B4、当用户到达要还书的可移动式图书自助借还机2前时，热红外人体感应器5检测到有人靠近可移动式图书自助借还机2并输出信号给微控制器模块6，微控制器模块6控制摄像头4启动，摄像头4拍摄机体1周围视频并发送给微控制器模块6，微控制器模块6周期性地采集摄像头4拍摄的机体1周围视频并通过WIFI模块11和WIFI热点发送给服务器10；

步骤B5、用户在借还书APP软件中，连接用户手机13与该可移动式图书自助借还机2，并进行还书操作，还书信号通过借还书APP软件传输给可移动式图书自助借还机2中的微控制器模块6，再将贴在图书上的RFID标签对准RFID读写器14，进行扫码还书，微控制器模块6接收到还书信号后，控制电子锁驱动电路16驱动用于存放待还图书的空的存书单元柜3的电子锁15打开，用户放入待还图书后，关闭存书单元柜门，电子锁15关闭；微控制器模块6将用户身份信息、用户还书图书信息和还书时间信息通过WIFI模块11和WIFI热点发送给服务器10，完成一次还书。

本实施例中，步骤A3中所述用户在借还书APP软件中，查询自己想要借的图书时，服务器10还根据用户查询的图书信息为借还书APP软件中推送用户可能喜欢的同类型图书，供用户选择；具体过程为：当服务器10接收到用户查询的图书后，收集借过同样图书的所有用户所借图书中与该图书为同一分类号下的图书，统计这些图书中每本图书的借出次数和每次借出的时长，并按照借出概率因子从大到小的顺序将这些图书推送到该借书用户的用户手机13上的借还书APP软件中，供用户选择；其中，第j本图书的借出概率因子的计算步骤为：

步骤E1、服务器10将第j本图书的借出次数表示为S_j，将第j本图书第i次借出时的借出时长表示为t_j,i；

步骤E2、服务器10根据公式计算得到第j本图书的借出时长的算术平均值；

步骤E3、服务器10根据公式计算得到第j本图书的借出概率因子λ_j，其中，w₁为借出次数的加权概率且w₁的取值范围为0.6～1，w₂为借出时长的加权概率且w₂+w₁＝1。

本实施例中，步骤A6和步骤B5中所述用户在借还书APP软件中，连接用户手机13与该可移动式图书自助借还机2时，不仅采用通过账号、密码进入主页的方式进行用户身份验证；还采用人脸识别对比的方式进行用户身份确认；具体过程为：

步骤C1、所述摄像头4拍摄人脸图像并将其拍摄到的人脸图像发送给微控制器模块6，微控制器模块6再将人脸图像通过WIFI模块11和WIFI热点发送给服务器10；

步骤C2、所述服务器10将人脸图像输入预先构建的Mask Rcnn神经网络中，初步识别人脸图像，当判断为是人脸图像时，执行步骤C3；当判断为非人脸图像时，返回步骤C1重新采集人脸图像；

其中，预先构建Mask Rcnn神经网络的具体过程为：

步骤C21、构建Mask-RCNN网络，所述Mask-RCNN由ResNet网络(深度残差网络)、FPN网络(Feature Pyramid Networks)、RPN网络(Region Proposal Networks)、ROIAlign层、全连接层和三个全卷积网络输出层构成；三个全卷积网络输出层包括分类分支、边框回归分支和像素分割mask分支；

步骤C22、将ResNet网络和FPN网络作为主干网络，将摄像头4拍摄的1000幅人脸图像作为训练图像，将训练图像中的人脸作为Mask-RCNN网络模型的识别目标，将训练图像输入主干网络来训练主干网络，调整ResNet网络和FPN网络的参数，使损失函数最小，通过主干网络获取到进行了特征提取后的特征图；

步骤C23、对RPN卷积神经网络进行初始化，用不同的小随机数初始化网络中待训练参数；

步骤C24、对步骤C22中得到的特征图赋予多个尺度和多个比例的基准框，通过向初始化后的RPN卷积神经网络中输入特征图的基准框来训练RPN卷积神经网络，使用反向传播BP算法，调整RPN卷积神经网络参数，使损失函数值最小；得到训练样本集的人脸预选框，对目标进行初步定位；

步骤C24、在特征图上运用训练好的RPN卷积神经网络模型，得到训练样本集的人脸预选框；

步骤C25、根据预选框的位置坐标，RoIAlign层将特征图重新调整为固定尺寸大小；以便后续全连接操作；

步骤C26、经过尺寸的统一，对统一大小的特征图进行全连接操作，随后使用分类分支、边框回归分支和像素分割mask分支这三个全卷积网络输出；分类分支预测每个目标属于哪个类别，同时利用边框回归分支获得更高精度的目标检测框，同时像素分割mask分支使网络输出每一类的mask,最终达到实例分割的目的，使损失函数最小，得到训练好的Mask-RCNN网络模型；

步骤C3、所述服务器10将人脸图像正规化为164×164个像素大小；

步骤C4、所述服务器10将人脸图像输入预先构建的Tensorflow深度学习人脸识别网络中，得到人脸识别对比的结果，当人脸识别对比的结果为匹配时，用户身份确认通过；当人脸识别对比的结果为不匹配时，用户身份确认不能通过；

其中，预先构建Tensorflow深度学习人脸识别网络的具体过程为：

步骤C41、所述摄像头4拍摄人脸图像并将其拍摄到的人脸图像发送给微控制器模块6，微控制器模块6再将人脸图像通过WIFI模块11和WIFI热点发送给服务器10；

步骤C42、所述服务器10将其采集的人脸图像正规化为164×164个像素大小；

步骤C43、所述服务器10调用OpenCV库函数对人脸图像进行分析处理，初步识别人脸图像，当判断为是人脸图像时，执行步骤C44；当判断为非人脸图像时，返回步骤C41重新采集人脸图像；

步骤C44、所述服务器10调用支持向量机分类模块对人脸图像进行二分类，分为是人脸图像和非人脸图像两类，当判断为是人脸图像时，所述服务器10存储人脸图像并执行步骤C45；当判断为非人脸图像时，返回步骤C41重新采集人脸图像；

步骤C45、重复执行步骤C41至步骤C44，直至所述服务器10存储了M个注册过的用户、每个用户不同状态下的200幅人脸图像；

步骤C46、所述服务器10构建一个卷积网络核的层数为五层、输入层节点为164×164个像素的人脸图像、输出层节点为M类的Tensorflow深度学习网络，并将其存储的M个用户、每个用户不同状态下的200幅人脸图像作为训练样本，对Tensorflow深度学习网络进行训练，得到Tensorflow深度学习人脸识别网络；所述Tensorflow深度学习人脸识别网络五层卷积网络核的大小从一层到第五层分别为3x3,2x2,3x3,2x2,2x2；所述Tensorflow深度学习人脸识别网络的输出为R_face＝δ，δ的取值为1～M的自然数。

本实施例中，步骤A6和步骤B5中所述微控制器模块6将用户身份信息、用户借书图书信息和借书时间信息通过WIFI模块11和WIFI热点发送给服务器10时，采用的数据可靠传输方法，包括以下步骤：

步骤D1、所述微控制器模块6定义发送的数据中的前N位为自定义通信检测位，采用UDP协议向服务器10发送数据；所述N的取值为正整数；

具体实施时，所述N的取值为6。

步骤D2、服务器10接收微控制器模块6发送的数据，当云端服务器接收到数据时，返回相同的通信检测值给数据传输终端；当该时刻数据传输终端未接收到来自云端服务器返回的通信检测值时，说明数据没有成功发送到云端服务器，数据传输终端将该时刻的数据进行本地存储，并记录本地数据存储累计值m＝1，记录本地数据累计的次数p＝1；

步骤D3、下一次微控制器模块6向服务器10发送数据时，微控制器模块6查询这一时刻服务器10是否返回通信检测值，当该时刻微控制器模块6未接收到来自云端服务器返回的通信检测值时，说明数据没有成功发送到云端服务器，数据传输终端将该时刻的数据进行本地存储，并将上次记录的本地数据存储累计值m加1，将上次记录的本地数据累计的次数p加1；

步骤D4、重复步骤D3，且每隔时间t，微控制器模块6就检测目的IP和端口是否开启，当目的IP和端口未开启时，继续将没有成功发送到服务器10的数据进行本地堆栈存储，最先存储的数据在栈的最底层、后入栈的数据在栈口；当目的IP和端口开启且微控制器模块6接收到来服务器10返回的通信检测值时，以出栈方式进行取数，微控制器模块6采用UDP协议将本地存储数据和实时需要发送的数据同时发送到服务器10；其中，微控制器模块6检测目的IP和端口是否开启时是采用telnet测试端口命令检测目的IP和端口是否处于监听状态，当检测到目的IP和端口处于监听状态时，判断为目的IP和端口开启；当检测到目的IP和端口未处于监听状态时，判断为目的IP和端口未开启。

具体实施时，微控制器模块6采用UDP协议将本地存储数据和实时需要发送的数据同时发送到服务器10，与只发送实时数据采用相同的数据传输速率。所述t的取值为60s。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于物联网的图书自助借还系统，其特征在于：包括服务器(10)、设置在居民小区内的可移动式图书自助借还机(2)和安装有借还书APP软件的用户手机(13)，所述可移动式图书自助借还机(2)通过WIFI热点与服务器(10)和用户手机(13)均无线连接并通信，所述用户手机(14)通过WIFI热点与服务器(10)无线连接并通信；

所述可移动式图书自助借还机包括机体(1)以及设置在机体内的控制器电路板和为可移动式图书自助借还机中各用电模块供电的电源模块(9)，所述机体(1)上设置有图书消毒单元柜(17)和多个存书单元柜(3)，所述图书消毒单元柜(17)上设置有图书消毒单元柜门，所述图书消毒单元柜门上贴有图书消毒标志，每个存书单元柜(3)上均设置有存书单元柜门，所述存书单元柜门上贴有编号，所述存书单元柜门与存书单元柜(3)的闭合位置处设置有电子锁(15)；所述图书消毒单元柜(17)内上部设置有图书消毒装置，所述图书消毒装置包括支架(18-1)和设置在支架(18-1)中上部的图书传送机构(18-2)，所述支架(18-1)与图书消毒单元柜(17)的内壁固定连接，所述图书传送机构(18-2)上固定连接有灭菌罩(18-3)，所述灭菌罩(18-3)内顶部中间位置处设置有臭氧紫外线灯管(18-4)；所述机体(1)中部设置有用于读取贴在图书上的RFID标签的RFID读写器(14)，所述机体(1)顶部安装有用于检测有人靠近可移动式图书自助借还机(2)的热红外人体感应器(5)和用于在有人靠近可移动式图书自助借还机(2)后拍摄机体(1)周围视频的摄像头(4)；所述控制器电路板上集成有图书自助借还控制电路，所述图书自助借还控制电路包括微控制器模块(6)以及与微控制器模块(6)相接且用于进行本地数据缓存的SD卡数据存储模块(7)、用于连接摄像头(4)的USB接口电路(8)和用于通过WIFI热点连接到服务器(10)并将本地缓存的数据传输给服务器(10)的WIFI模块(11)，所述WIFI模块(11)包括WIFI模块USR_C216以及与WIFI模块USR_C216连接的天线连接电路、数据发送连接电路、数据接收连接电路、WIFI模块复位电路和重新加载电路，所述热红外人体感应器(5)与微控制器模块(6)的输入端连接，所述微控制器模块(6)的输出端接有电子锁驱动电路(16)和用于播放提醒语音的提醒语音播放电路(12)，所述电子锁(15)与电子锁驱动电路(16)的输出端连接。

2.按照权利要求1所述的一种基于物联网的图书自助借还系统，其特征在于：所述图书传送机构(18-2)包括平行设置的第一安装板(18-21)和第二安装板(18-22)，所述第一安装板(18-21)的一端和第二安装板(18-22)的一端之间连接有电动辊(18-23)，所述第一安装板(18-21)的另一端和第二安装板(18-22)的另一端之间连接有从动辊(18-24)，所述电动辊(18-23)和从动辊(18-24)之间跨接有传送带面(18-25)；所述灭菌罩(18-3)的一侧底部固定连接在第一安装板(18-21)顶部，所述灭菌罩(18-3)的另一侧底部固定连接在第二安装板(18-22)顶部。

3.按照权利要求1所述的一种基于物联网的图书自助借还系统，其特征在于：所述微控制器模块(6)包括ARM微控制器STM32F103C8T6以及与ARM微控制器STM32F103C8T6相接的第一晶振电路、第二晶振电路和微处理器复位电路，所述第一晶振电路包括晶振Y1、电容C1和电容C2，所述晶振Y1的一端和电容C1的一端均与ARM微控制器STM32F103C8T6的第5引脚连接，所述晶振Y1的另一端和电容C2的一端均与ARM微控制器STM32F103C8T6的第6引脚连接，所述电容C1的另一端和电容C2的另一端均接地；所述第二晶振电路包括晶振Y2、电容C3和电容C4，所述晶振Y2的一端和电容C3的一端均与ARM微控制器STM32F103C8T6的第3引脚连接，所述晶振Y2的另一端和电容C4的一端均与ARM微控制器STM32F103C8T6的第4引脚连接，所述电容C3的另一端和电容C4的另一端均接地；所述微处理器复位电路包括复位按键S1、电阻R12和电容C17，所述复位按键S1的一端、电阻R12的一端和电容C17的一端均与ARM微控制器STM32F103C8T6的第7引脚连接，所述电阻R12的另一端与供电电源(9)的+3.3V电压输出端连接，所述复位按键S1的另一端和电容C17的另一端均接地。

4.按照权利要求3所述的一种基于物联网的图书自助借还系统，其特征在于：所述SD卡数据存储模块(7)包括SDCARD-M和12针插头P4，所述SDCARD-M的第1引脚、第2引脚、第3引脚、第5引脚、第7引脚和第8引脚依次对应与12针插头P4的第6引脚、第5引脚、第4引脚、第3引脚、第2引脚和第1引脚连接，所述12针插头P4的第1引脚、第2引脚、第3引脚、第4引脚、第5引脚和第6引脚分别通过电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18与供电电源(9)的+3.3V电压输出端连接；所述SDCARD-M的第4引脚与供电电源(9)的+3.3V电压输出端连接，且通过电容C18接地；所述SDCARD-M的第6引脚、第10引脚和第11引脚均接地；所述12针插头P4的第8引脚、第9引脚、第10引脚和第11引脚依次对应与ARM微控制器STM32F103C8T6的第27引脚、第26引脚、第28引脚和第25引脚连接。

5.按照权利要求3所述的一种基于物联网的图书自助借还系统，其特征在于：所述USB接口电路(8)包括USB接口U4、电容C42、电阻R43、电阻R44、电阻R45和电阻R46，所述USB接口U4的第1引脚与供电电源(9)的+5V电压输出端连接，且通过电容C42接地；所述USB接口U4的第2引脚通过电阻R45与ARM微控制器STM32F103C8T6的第40引脚连接，且通过电阻R44接地；所述USB接口U4的第3引脚通过电阻R46与ARM微控制器STM32F103C8T6的第41引脚连接，且通过电阻R43接地；所述USB接口U4的第4引脚、第5引脚和第6引脚均接地；所述摄像头(4)接在USB接口U4上；

所述天线连接电路包括电阻R1、电容C501和电容C502，所述电阻R1的一端和电容C501的一端均与WIFI模块USR_C216的第17引脚连接，所述电阻R1的另一端和电容C502的一端连接且连接有天线Antenna；所述数据发送连接电路包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R8，所述三极管Q1的基极通过电阻R8与WIFI模块USR_C216的第5引脚连接，且通过电阻R2与供电电源(9)的+3.3V电压输出端连接，所述三极管Q1的集电极和三极管Q2的基极均通过电阻R3与供电电源(9)的+3.3V电压输出端连接，所述三极管Q2的集电极与ARM微控制器STM32F103C8T6的第43引脚连接，且通过电阻R4与供电电源(9)的+5V电压输出端连接，所述三极管Q1的发射极和三极管Q2的发射极均接地；所述数据接收连接电路包括三极管Q3、三极管Q4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R9，所述三极管Q3的基极通过电阻R9与ARM微控制器STM32F103C8T6的第42引脚连接，且通过电阻R5与供电电源(9)的+5V电压输出端连接，所述三极管Q3的集电极和三极管Q4的基极均通过电阻R6与供电电源(9)的+5V电压输出端连接，所述三极管Q4的集电极与WIFI模块USR_C216的第6引脚连接，且通过电阻R7与供电电源(9)的+3.3V电压输出端连接，所述三极管Q3的发射极和三极管Q4的发射极均接地；所述WIFI模块复位电路包括复位按键S2、电阻R22、电阻R24和电容C9，所述复位按键S2的一端、电阻R22的一端和电容C9的一端均与WIFI模块USR_C216的第10引脚连接，所述电阻R22的另一端与供电电源(9)的+3.3V电压输出端连接，所述复位按键S2的另一端通过电阻R24接地，所述电容C9的另一端接地；所述重新加载电路包括重新加载按键S3、电阻R23、电阻R25和电容C10，所述重新加载按键S3的一端、电阻R23的一端和电容C10的一端均与WIFI模块USR_C216的第12引脚连接，所述电阻R23的另一端与供电电源(9)的+3.3V电压输出端连接，所述重新加载按键S3的另一端通过电阻R25接地，所述电容C10的另一端接地。

6.按照权利要求3所述的一种基于物联网的图书自助借还系统，其特征在于：所述提醒语音播放电路(12)包括依次相接的语音芯片电路(12-1)、功率放大电路(12-2)和扬声器(12-3)；

所述语音芯片电路(12-1)包括语音芯片BLA1008和电容C30，以及电阻R31、电阻R32、电阻R34和电阻R35；所述语音芯片BLA1008的第4引脚、第13引脚和第14引脚均接地，所述语音芯片BLA1008的第8引脚通过电阻R2与供电电源(9)的+3.3V电压输出端连接，所述语音芯片BLA1008的第9引脚和第12引脚均与供电电源(9)的+3.3V电压输出端连接，所述语音芯片BLA1008的引脚10与ARM微控制器STM32F103C8T6的第18引脚和电阻R5的一端连接，所述语音芯片BLA1008的第11引脚与ARM微控制器STM32F103C8T6的第19引脚和电阻R4的一端相接，所述语音芯片BLA1008的第15引脚与ARM微控制器STM32F103C8T6的第20引脚和电阻R1的一端相接，所述电阻R4的另一端、电阻R5的另一端和电阻R1的另一端均与供电电源(9)的+3.3V电压输出端连接，所述语音芯片BLA1008的第16引脚通过电容C12接地；

所述功率放大电路(12-2)包括芯片LM4871，电阻R36和电阻R37，以及电容C31、电容C32和电容C33；所述芯片LM4871的第2引脚和第3引脚均通过电容C32接地，所述芯片LM4871的第4引脚与电阻R36的一端和电阻R37的一端连接，所述电阻R36的另一端通过电容C31与语音芯片BLA1008的第7引脚连接，所述芯片LM4871的第5引脚和电阻R37的另一端均与扬声器(12-3)的负极相接，所述芯片LM4871的第6引脚与供电电源(9)的+3.3V电压输出端连接，所述芯片LM4871的第7引脚接地，所述芯片LM4871的第8引脚与扬声器(12-3)的正极连接。

7.一种采用如权利要求1所述图书自助借还系统的基于物联网的图书自助借还方法，其特征在于，该方法包括自助借书方法和自助还书方法，所述自助借书方法包括以下步骤：

步骤A1、当用户有借书的需求时，启动用户手机(13)上的借还书APP软件，与服务器(10)建立通信连接；

步骤A2、用户在借还书APP软件中，通过账号、密码进入主页，并选择借书；

步骤A3、用户在借还书APP软件中，查询自己想要借的图书，当有可移动式图书自助借还机(2)中存放有该图书时，服务器(10)将图书存取在哪些可移动式图书自助借还机(2)中的信息推动到借还书APP软件中，并显示出位置，用户根据显示的存放有自己想要借的图书的可移动式图书自助借还机(2)的位置，决定自己前往哪个位置的可移动式图书自助借还机(2)取书，进行预约取书，执行步骤A5，或决定自己不去取书并在借还书APP软件中进行预约借书，执行步骤A4；当没有可移动式图书自助借还机(2)中存放有该图书时，借还书APP软件上显示没有该图书的信息，用户在借还书APP软件中进行预约借书，执行步骤A4；

步骤A4、用户在APP软件中输入预约借书成功后想要取书的可移动式图书自助借还机(2)的位置信息，服务器(10)接收到该信息后，工作人员在3个工作日内将用于预约借的图书存放到用户指定位置处的可移动式图书自助借还机(2)中；

步骤A5、当用户到达存放有自己想要借的图书的可移动式图书自助借还机(2)前时，热红外人体感应器(5)检测到有人靠近可移动式图书自助借还机(2)并输出信号给微控制器模块(6)，微控制器模块(6)控制摄像头(4)启动，摄像头(4)拍摄机体(1)周围视频并发送给微控制器模块(6)，微控制器模块(6)周期性地采集摄像头(4)拍摄的机体(1)周围视频并通过WIFI模块(11)和WIFI热点发送给服务器(10)；

步骤A6、用户在借还书APP软件中，连接用户手机(13)与该可移动式图书自助借还机(2)，并进行取书操作，取书信号通过借还书APP软件传输给可移动式图书自助借还机(2)中的微控制器模块(6)，微控制器模块(6)接收到取书信号后，控制电子锁驱动电路(16)驱动存放有该图书的存书单元柜(3)的电子锁(15)打开，用户取出自己想要借的图书后，将贴在图书上的RFID标签对准RFID读写器(14)，进行扫码借书，借书成功后，微控制器模块(6)发送借书成功的信息给借还书APP软件，用户看到后，关闭存书单元柜门，电子锁(15)关闭；微控制器模块(6)将用户身份信息、用户借书图书信息和借书时间信息通过WIFI模块(11)和WIFI热点发送给服务器(10)，完成一次借书；

步骤A7、用户将借的书在图书消毒单元柜(13)内的图书消毒装置上消毒后带走；

所述自助还书方法包括以下步骤：

步骤B1、当用户有还书的需求时，启动用户手机(13)上的借还书APP软件，与服务器(10)建立通信连接；

步骤B2、用户在借还书APP软件中，通过账号、密码进入主页，并选择借书；

步骤B3、用户在借还书APP软件中，查询有空的存书单元柜(3)能够存放待还图书且距离自己最近的可移动式图书自助借还机(2)，进行预约还书；

步骤B4、当用户到达要还书的可移动式图书自助借还机(2)前时，热红外人体感应器(5)检测到有人靠近可移动式图书自助借还机(2)并输出信号给微控制器模块(6)，微控制器模块(6)控制摄像头(4)启动，摄像头(4)拍摄机体(1)周围视频并发送给微控制器模块(6)，微控制器模块(6)周期性地采集摄像头(4)拍摄的机体(1)周围视频并通过WIFI模块(11)和WIFI热点发送给服务器(10)；

步骤B5、用户在借还书APP软件中，连接用户手机(13)与该可移动式图书自助借还机(2)，并进行还书操作，还书信号通过借还书APP软件传输给可移动式图书自助借还机(2)中的微控制器模块(6)，再将贴在图书上的RFID标签对准RFID读写器(14)，进行扫码还书，微控制器模块(6)接收到还书信号后，控制电子锁驱动电路(16)驱动用于存放待还图书的空的存书单元柜(3)的电子锁(15)打开，用户放入待还图书后，关闭存书单元柜门，电子锁(15)关闭；微控制器模块(6)将用户身份信息、用户还书图书信息和还书时间信息通过WIFI模块(11)和WIFI热点发送给服务器(10)，完成一次还书。

8.按照权利要求7所述的图书自助借还方法，其特征在于：步骤A3中所述用户在借还书APP软件中，查询自己想要借的图书时，服务器(10)还根据用户查询的图书信息为借还书APP软件中推送用户可能喜欢的同类型图书，供用户选择；具体过程为：当服务器(10)接收到用户查询的图书后，收集借过同样图书的所有用户所借图书中与该图书为同一分类号下的图书，统计这些图书中每本图书的借出次数和每次借出的时长，并按照借出概率因子从大到小的顺序将这些图书推送到该借书用户的用户手机(13)上的借还书APP软件中，供用户选择；其中，第j本图书的借出概率因子的计算步骤为：

步骤E1、服务器(10)将第j本图书的借出次数表示为S_j，将第j本图书第i次借出时的借出时长表示为t_j,i；

步骤E2、服务器(10)根据公式计算得到第j本图书的借出时长的算术平均值；

步骤E3、服务器(10)根据公式计算得到第j本图书的借出概率因子λ_j，其中，w₁为借出次数的加权概率且w₁的取值范围为0.6～1，w₂为借出时长的加权概率且w₂+w₁＝1。

9.按照权利要求7所述的图书自助借还方法，其特征在于：步骤A6和步骤B5中所述用户在借还书APP软件中，连接用户手机(13)与该可移动式图书自助借还机(2)时，不仅采用通过账号、密码进入主页的方式进行用户身份验证；还采用人脸识别对比的方式进行用户身份确认；具体过程为：

步骤C1、所述摄像头(4)拍摄人脸图像并将其拍摄到的人脸图像发送给微控制器模块(6)，微控制器模块(6)再将人脸图像通过WIFI模块(11)和WIFI热点发送给服务器(10)；

步骤C2、所述服务器(10)将人脸图像输入预先构建的Mask Rcnn神经网络中，初步识别人脸图像，当判断为是人脸图像时，执行步骤C3；当判断为非人脸图像时，返回步骤C1重新采集人脸图像；

其中，预先构建Mask Rcnn神经网络的具体过程为：

步骤C21、构建Mask-RCNN网络，所述Mask-RCNN由ResNet网络、FPN网络、RPN网络、ROIAlign层、全连接层和三个全卷积网络输出层构成；三个全卷积网络输出层包括分类分支、边框回归分支和像素分割mask分支；

步骤C22、将ResNet网络和FPN网络作为主干网络，将摄像头(4)拍摄的1000幅人脸图像作为训练图像，将训练图像中的人脸作为Mask-RCNN网络模型的识别目标，将训练图像输入主干网络来训练主干网络，调整ResNet网络和FPN网络的参数，使损失函数最小，通过主干网络获取到进行了特征提取后的特征图；

步骤C23、对RPN卷积神经网络进行初始化，用不同的小随机数初始化网络中待训练参数；

步骤C24、对步骤C22中得到的特征图赋予多个尺度和多个比例的基准框，通过向初始化后的RPN卷积神经网络中输入特征图的基准框来训练RPN卷积神经网络，使用反向传播BP算法，调整RPN卷积神经网络参数，使损失函数值最小；得到训练样本集的人脸预选框，对目标进行初步定位；

步骤C24、在特征图上运用训练好的RPN卷积神经网络模型，得到训练样本集的人脸预选框；

步骤C25、根据预选框的位置坐标，RoIAlign层将特征图重新调整为固定尺寸大小；以便后续全连接操作；

步骤C26、经过尺寸的统一，对统一大小的特征图进行全连接操作，随后使用分类分支、边框回归分支和像素分割mask分支这三个全卷积网络输出；分类分支预测每个目标属于哪个类别，同时利用边框回归分支获得更高精度的目标检测框，同时像素分割mask分支使网络输出每一类的mask,最终达到实例分割的目的，使损失函数最小，得到训练好的Mask-RCNN网络模型；

步骤C3、所述服务器(10)将人脸图像正规化为164×164个像素大小；

步骤C4、所述服务器(10)将人脸图像输入预先构建的Tensorflow深度学习人脸识别网络中，得到人脸识别对比的结果，当人脸识别对比的结果为匹配时，用户身份确认通过；当人脸识别对比的结果为不匹配时，用户身份确认不能通过；

其中，预先构建Tensorflow深度学习人脸识别网络的具体过程为：

步骤C41、所述摄像头(4)拍摄人脸图像并将其拍摄到的人脸图像发送给微控制器模块(6)，微控制器模块(6)再将人脸图像通过WIFI模块(11)和WIFI热点发送给服务器(10)；

步骤C42、所述服务器(10)将其采集的人脸图像正规化为164×164个像素大小；

步骤C43、所述服务器(10)调用OpenCV库函数对人脸图像进行分析处理，初步识别人脸图像，当判断为是人脸图像时，执行步骤C44；当判断为非人脸图像时，返回步骤C41重新采集人脸图像；

步骤C44、所述服务器(10)调用支持向量机分类模块对人脸图像进行二分类，分为是人脸图像和非人脸图像两类，当判断为是人脸图像时，所述服务器(10)存储人脸图像并执行步骤C45；当判断为非人脸图像时，返回步骤C41重新采集人脸图像；

步骤C45、重复执行步骤C41至步骤C44，直至所述服务器(10)存储了M个注册过的用户、每个用户不同状态下的200幅人脸图像；

步骤C46、所述服务器(10)构建一个卷积网络核的层数为五层、输入层节点为164×164个像素的人脸图像、输出层节点为M类的Tensorflow深度学习网络，并将其存储的M个用户、每个用户不同状态下的200幅人脸图像作为训练样本，对Tensorflow深度学习网络进行训练，得到Tensorflow深度学习人脸识别网络；所述Tensorflow深度学习人脸识别网络五层卷积网络核的大小从一层到第五层分别为3x3,2x2,3x3,2x2,2x2；所述Tensorflow深度学习人脸识别网络的输出为R_face＝δ，δ的取值为1～M的自然数。

10.按照权利要求7所述的图书自助借还方法，其特征在于：步骤A6和步骤B5中所述微控制器模块(6)将用户身份信息、用户借书图书信息和借书时间信息通过WIFI模块(11)和WIFI热点发送给服务器(10)时，采用的数据可靠传输方法，包括以下步骤：

步骤D1、所述微控制器模块(6)定义发送的数据中的前N位为自定义通信检测位，采用UDP协议向服务器(10)发送数据；所述N的取值为正整数；

步骤D2、服务器(10)接收微控制器模块(6)发送的数据，当云端服务器接收到数据时，返回相同的通信检测值给数据传输终端；当该时刻数据传输终端未接收到来自云端服务器返回的通信检测值时，说明数据没有成功发送到云端服务器，数据传输终端将该时刻的数据进行本地存储，并记录本地数据存储累计值m＝1，记录本地数据累计的次数p＝1；

步骤D3、下一次微控制器模块(6)向服务器(10)发送数据时，微控制器模块(6)查询这一时刻服务器(10)是否返回通信检测值，当该时刻微控制器模块(6)未接收到来自云端服务器返回的通信检测值时，说明数据没有成功发送到云端服务器，数据传输终端将该时刻的数据进行本地存储，并将上次记录的本地数据存储累计值m加1，将上次记录的本地数据累计的次数p加1；

步骤D4、重复步骤D3，且每隔时间t，微控制器模块(6)就检测目的IP和端口是否开启，当目的IP和端口未开启时，继续将没有成功发送到服务器(10)的数据进行本地堆栈存储，最先存储的数据在栈的最底层、后入栈的数据在栈口；当目的IP和端口开启且微控制器模块(6)接收到来服务器(10)返回的通信检测值时，以出栈方式进行取数，微控制器模块(6)采用UDP协议将本地存储数据和实时需要发送的数据同时发送到服务器(10)；其中，微控制器模块(6)检测目的IP和端口是否开启时是采用telnet测试端口命令检测目的IP和端口是否处于监听状态，当检测到目的IP和端口处于监听状态时，判断为目的IP和端口开启；当检测到目的IP和端口未处于监听状态时，判断为目的IP和端口未开启。