CN206726356U - 一种借还书的智能存取装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种借还书的智能存取装置，属于图书管理自动化技术领域，包括：微型控制器、智能存取柜、服务器以及射频卡，微型控制器安装在智能存取柜上并与服务器无线连接进行通信，射频卡包括黏贴在借阅书籍上的和用户持有的；微型控制器包括电源、单片机、RFID识别芯片、联网芯片、继电器控制电路、柜门开关机构以及液晶显示器；单片机分别与RFID识别芯片、液晶显示器、服务器连接；单片机通过继电器控制电路与柜门开关机构连接以控制智能存取柜柜门的开关。本装置极大的节省了师生往还图书馆的时间，有利于提高借阅人阅读的积极性。

Description

一种借还书的智能存取装置

技术领域

本实用新型涉及图书管理自动化技术领域，特别涉及一种借还书的智能存取装置。

背景技术

目前，图书馆实体书的借阅与归还，一般是由图书馆管理人员对借还书籍上的条形码进行扫描来实现借还书的登记。在借还书的过程中，由学生或者老师等到图书馆进行借阅，并在规定的还书期限内到图书馆把书归还。

目前图书馆的这种借还书的方式具有的缺陷在于：一是，大部分图书馆采用传统的CCD扫码方式进行还书，是通过镜头聚焦到CCD即光电耦合器感应器，将光信号转换成电信号成像。通过三至四很镜条对反射光进行全反射以减少聚焦镜头和扫描平台之间的距离。但是在物理上不存在真正的全反射，实际应用汇总反射镜条越多则对扫描品质的影响越大，CCD的理想值是直接聚焦，但实际上很难做到。采用CCD成像技术的扫描仪光学原理是光源发出的光照射在扫描原稿上产生了反射光，经过光学系统将其聚焦到CCD上，CCD是一个包含着一排有许多紧密排列的额感光原件构成的集成电路，他将光信号转换成电信号，通过模数转换器，生成数字图像信号，传送至计算机。但是由于CCD中排列的感光元件数量有限，为了提高分辨率，通常在大幅面扫描仪上采用多组CCD成像装置，将分段摄取的文本资料经扫描仪处理系统组合起来，成为一条完整的线性影像。CCD感光元件的排列精度及光学系统的边缘失真度都直接影像到扫描精度。CCD是扫描仪关键部件，在几厘米长度的CCD上要精确的排列数千个感光元件，对加工精度色要求是非常严格的。因此，CCD上感光元件的排列间距误差、安装及调试的误差都直接关系到扫描仪精度。

二是，目前图书馆借书的过程一般是借阅人在网上查询图书馆剩余图书的数目，或者是在预约后，告诉借阅人图书馆内是否有所借阅的书籍，然后由借阅人自己前往图书馆进行拿取和登记，在还书的过程中需要借阅人前往图书馆进行还书，整个借还书过程比较繁琐，而图书馆的的借还书的时间是有规定的，由于借阅人比如学生或者老师的课程时间与图书馆开放借阅时间相冲突，导致没有时间去图书馆借阅书目，这些都容易打击阅读者的积极性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种借还书的智能存取装置，以减少借阅借阅人去图书馆找书、借书以及还书的时间，提高借阅人的阅读积极性。

为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为：提供一种借还书的智能存取装置，该装置包括：

微型控制器、智能存取柜、服务器以及射频卡，微型控制器安装在智能存取柜上并与服务器通过局域网进行有线连接，射频卡包括黏贴在借阅书籍上的和用户持有的；

微型控制器包括电源、单片机、RFID识别芯片、联网芯片、继电器控制电路、柜门开关机构以及液晶显示器；

单片机分别与RFID识别芯片的输出端、液晶显示器的输入端连接进行单向通信，单片机通过联网芯片与服务器连接进行双向通信；

单片机的输出端通过继电器控制电路与柜门开关机构连接以控制智能存取柜柜门的开关；

电源分别与单片机、RFID识别芯片、联网芯片、柜门开关机构以及液晶显示器连接进行供电。

进一步地，电源包括220V交流转12V直流电路、12V直流转5V直流电路以及12V直流转3.3V直流电路；

220V交流转12V直流电路包括整流桥、高速开关芯片、电容C1、电容C2、电感L、驱动级mos管、输出端子以及输出反馈电路，整流桥的输入端与220V市电输入电路连接、输出端S1、S2输出整流后的12V直流电，输出端S1、S2通过并联的滤波电容C1、C2与高速开关芯片连接，且整流桥的输出端S1接地，高速开关芯片的输入端与输出反馈电路连接、输出端通过驱动级mos管与输出端子连接；

12V直流转5V直流电路包括三端稳压集成电路A，三端稳压集成电路A的输入端通过并联的电容C3、C4与12V开关电源的输出端连接，三端稳压集成电路A的输出端通过并联的电容C5、C6输出5V直流电，三端稳压集成电路A的接地端接地；

12V直流转3.3V直流电路包括三端稳压集成电路B，三端稳压集成电路B的输入端通过并联的电容C7、C8与12V开关电源的输出端连接，三端稳压集成电路B的输出端通过并联的电容C9、C10输出3.3V直流电，三端稳压集成电路B的接地端接地。

进一步地，继电器控制电路包括三极管；

三极管的基极与阻值为4.7kΩ的电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与单片机的P1.0引脚连接；

三极管的集电极与二极管的输出端连接，二极管的输入端与所述12V直流转5V直流电路的5V接线柱连接；

三极管的发射极与阻值为1kΩ的电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接地。

进一步地，柜门开关机构包括继电器和电控锁，继电器线圈端子的一端与三极管的集电极连接、另一端与所述12V直流转5V直流电路的5V接线柱连接，继电器的常开端端子与电控锁连接，继电器的所有公共端端子与所述220V交流转12V直流电路的12V接线柱连接。

进一步地，RFID识别芯片包括非接触式读卡芯片和读写天线；

读写天线与射频卡进行无线连接，非接触式读卡芯片通过ISO14443协议与读写天线进行通信，非接触式读卡芯片与所述12V直流转3.3V直流电路的3.3V接线柱连接。

与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：借阅人利用本实用新型公开的借还书的智能存取装置进行借书时，只需在网上预约所需图书后，服务器根据借阅人登录的ID号，利用数据库中存储的借阅人的信息，查询离借阅人最近的智能存取装置并为借阅人分配指定的智能存取柜的柜号，并将信息标记在服务器上的ID号上，通过线下识别ID号之后，再将信息改写在借阅人持有的射频卡内和所需借阅书籍上黏贴的射频卡内，其中借阅人登录的ID号与借阅人手中持有的射频卡序列号对应。图书管理员根据服务器的分配情况进行将所需借阅的书籍配送至对应智能存取柜中，借阅人即可凭借手中的射频卡到对应的智能存取柜处刷卡拿取所预约借阅的书籍。在还书时，借阅人只需将书籍上黏贴的射频卡在微型控制器上进行扫描，便可识别借阅人以及借阅书籍的信息，并打开一个柜门，借阅人只需将书籍放置在柜中，便代表还书成功，等待图书管理员取书即可。

本实用新型通过将借还书的智能存取装置放置在宿舍一楼、教学楼内或者食堂门口等师生经常往来的地方，师生便可以在吃饭、上课、寝室等经常往来的地方将所借阅的书籍放置在智能存取柜中即可，这与传统的图书馆预约书籍是有很大区别的，传统的图书馆预约书籍仅是在单纯的预约后，告知借阅人图书馆内有所需借阅书籍并可以到图书馆进行借阅。因此，本实用新型提供的借还书的智能存取装置极大的节省了师生往还图书馆的时间，有利于提高借阅人阅读的积极性。

附图说明

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述：

图1是本实用新型中一种借还书的智能存取装置的结构示意图；

图2是本实用新型中微型控制器的结构示意图；

图3是本实用新型中220V交流转12V直流电路的电路结构示意图；

图4是本实用新型中12V直流转5V直流电路的电路结构示意图；

图5是本实用新型中12V直流转3.3V直流电路的电路结构示意图；

图6是本实用新型中继电器控制电路的电路结构示意图；

图7是本实用新型中柜门开关机构的结构示意图；

图8是本实用新型中RFID识别芯片的结构示意图。

具体实施方式

为了更进一步说明本实用新型的特征，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本实用新型的保护范围加以限制。

如图1至图2所示，本实施例公开一种借还书的智能存取装置，该装置包括：微型控制器10、智能存取柜20、服务器30以及射频卡40，微型控制器10安装在智能存取柜20上并与服务器30通过局域网进行有线连接，射频卡40包括黏贴在借阅书籍上的和用户持有的；

微型控制器10包括电源11、单片机12、RFID识别芯片13、联网芯片14、继电器控制电路15、柜门开关机构16以及液晶显示器17；

单片机12分别与RFID识别芯片13的输出端、液晶显示器17的输入端连接进行单向通信，单片机12通过联网芯片14与服务器30连接进行双向通信；

单片机12的输出端通过继电器控制电路15与柜门开关机构16连接以控制智能存取柜20柜门的开关；

电源11分别与单片机12、RFID识别芯片13、联网芯片14、柜门开关机构16以及液晶显示器17连接进行供电。

具体地，本实施例中的单片机12最小系统核心芯片为ATmega2560，包括复位电路以及时钟电路。其中，复位电路包括按键、电容CA、二极管D0和阻值为10kΩ的电阻R1-8。电阻R1-8和二极管DA接5V电源，按键以及电容CA并联接在ATmega2560的RST引脚。时钟电路即在ATmega2560的XTAL2引脚和XTAL1引脚之间连接一个晶振Y1，晶振Y1的一端连接电容CB，电容CB的另一端接地，晶振Y1的另一端连接电容CB，电容CB的另一端接地。ATmega2560的GND引脚接地，ATmega2560的VCC引脚接5V电源。

ATmega2560具有54路数字输入/输出口，其中16路可作为PWM输出，16路模拟输入，4路UART接口，工作时钟为16 MHz，工作电压为5V。储存空间Flash Memory 为256 KB，其采用的是ATmega328，其中8 KB 用于操作系统内核运行之前运行的一段小程序bootloader，静止存取功能内存（Static RAM，SRAM）为8 KB，以及电子抹除式可复写只读存储器（Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）为4 KB。

具体地，本实施例中的联网芯片14采用的是W5100模块，W5100模块是一款基于WIZnet W5100芯片的以太网模块，该模块集成硬件化TCP/IP协议；支持10/100Mbps的传输速率；该模块与ATmega2560最小系统的通信方式为SPI。

具体地，本实施例中的液晶显示器17选用的是深圳飞阳LCD科技有限公司的J12864，内置8192个中文汉字，16*16点阵，支持睡眠模式，与ATmega2560连接方式为3位串行。

需要说明的是，利用本实施例公开的借还书的智能存取装置进行借书的过程为：

（1）在准备借书时，借阅人凭借唯一登录账号在网上预约所需图书后，服务器30将根据借阅人登录的ID号分配指定的智能存取柜20，即服务器30通过联网芯片14与单片机12进行通信，将所要放置的书籍信息、相应的柜号信息发送至单片机12中，单片机12根据接收到的信息预留出相应的柜号。

（2）在借阅人预约图书成功之后，服务器30将预约信息同步至所借阅的书籍上黏贴的射频卡以及借阅人的射频卡内。然后，图书管理人员根据分配内容将借阅人所借阅的书籍放置在指定智能存取柜20对应的柜号内。

（3）在图书管理员将书籍放置在智能存取柜20内之后，借阅人只需持自己的射频卡到指定的智能存取柜20处，利用智能存取柜20上安装的微型控制器10识别借阅人的身份，并通过液晶显示器17显示借阅人的信息、借阅人所借阅的书籍信息等信息，待借阅人确认信息无误之后，单片机12驱动继电器控制电路15使得继电器控制电路15控制柜门开关机构16打开相应柜门，借阅人即可取出所借阅的书籍。

（4）在借阅人取走所借阅书籍之后，单片机12通过联网芯片14向服务器30发送书籍已被借阅人取走的信息，服务器30根据接收到的信息，开始计算借阅时间。

具体地，这里的ID号与借阅人手持的射频卡序列号对应，指定的智能存取柜20的指定原则是：服务器根据借阅人登录的ID号，在数据库中检索借阅人的信息，并查询离借阅人最近的智能存取柜20信息，并为借阅人分配柜号，并且在同一时刻，一个柜号只能被一个借阅人占用。

在还书时，由于所借阅的书籍上黏贴的射频卡内包括借阅人、借书时长、是否还书等信息，因此在还书时过程如下：

（1）借阅人只需将书籍上的射频卡通过智能存取柜20上安装的微型控制器10进行扫描，识别出书籍上黏贴的射频卡内的借阅信息，单片机12通过联网芯片14将借阅信息发送至服务器30，服务器30根据接收到的借阅信息清除该借阅人的借书信息，同时更新同步消息，为所要归还的书籍分配未使用的柜号，并将分配的柜号信息发送至单片机12，单片机12根据接收到的柜号信息，控制继电器控制电路15，以使继电器控制电路15驱动柜门开关机构16打开柜门，借阅人将所要归还的书籍放置在柜内。

（2）在借阅人将书籍放置在柜内后，关上柜门，单片机12通过联网芯片14与服务器30进行通信，将书籍已经归还的信息发送至服务器30，服务器30根据接收到的书籍归还的信息，清楚该借阅人的借阅记录，并将该书籍重新归入借阅名单中。

（3）在借阅人还书成功后，图书管理员即可根据服务器30更新的还书信息前往对应的智能存取柜20内拿取。

在实际应用中，可将本实施例公开的借还书的智能存取装置放置在宿舍、教师、食堂等师生经常往来的地方，以便于借阅人对书籍的借阅和归还。而且与现有的借还书过程相比，不需要借阅人前往图书馆进行借还书，避免了借阅人如师生等因课程时间与图书馆开始借阅时间冲突而导致无法前往图书馆借还书的问题，极大的节省了借阅人往返图书馆的时间，提高了借阅人的阅读积极性。

进一步地，如图3至图5所示，本实施例中的电源11包括220V交流转12V直流电路、12V直流转5V直流电路以及12V直流转3.3V直流电路；

如图3所示，220V交流转12V直流电路包括整流桥110、高速开关芯片111、电容C1、电容C2、电感L、驱动级mos管112、输出端子113以及输出反馈电路114，整流桥110的输入端与220V市电输入电路连接、输出端S1、S2输出整流后的12V直流电，输出端S1、S2通过并联的滤波电容C1、C2与高速开关芯片111连接，且整流桥110的输出端S1接地，高速开关芯片111的输入端与输出反馈电路114连接、输出端通过驱动级mos管112与输出端子113连接。

其中并联电容C1、C2的作用是滤除杂波，输出反馈电路114的作用是通过调节输出反馈电路114中的电位器来调整输出PWM电压。

如图4所示，12V直流转5V直流电路包括三端稳压集成电路A115，三端稳压集成电路A115的输入端通过并联的电容C3、C4与12V开关电源的输出端连接，三端稳压集成电路A115的输出端通过并联的电容C5、C6输出5V直流电，三端稳压集成电路A115的接地端接地；

如图5所示，12V直流转3.3V直流电路包括三端稳压集成电路B116，三端稳压集成电路B116的输入端通过并联的电容C7、C8与12V开关电源的输出端连接，三端稳压集成电路B116的输出端通过并联的电容C9、C10输出3.3V直流电，三端稳压集成电路B116的接地端接地。

具体地，本实施例中的电源11分为开关电源即220V交流转12V直流电路，以及线性稳压电源即12V直流转5V直流电路和12V直流转3.3V直流电路。其中，高速开关芯片111的型号为IC3843，三端稳压集成电路A115的型号为LM7805，三端稳压集成电路B116的型号为CX1117。LM7805和CX1117均为TI公司生产。

具体地，开关电源为下述的电控锁162提供12V电压，线性稳压电源为ATmega2560单片机以及柜门开关机构15提供5V电压、为射频卡识别模块20提供3.3V电压。其中开关电源相比于线性稳压电源具有体积小、重量轻、功耗小以及效率高等特点。

进一步地，如图6所示，继电器控制电路15包括三极管151，其型号为9013，三极管151的基极与阻值为4.7kΩ的电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与单片机12的P1.0引脚连接；

三极管151的集电极与二极管152的输出端连接，二极管152的输入端与所述12V直流转5V直流电路的5V接线柱连接，其中二极管152的型号为N4007；

三极管151的发射极与阻值为1kΩ的电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接地。

进一步地，如图7所示，柜门开关机构16包括继电器161和电控锁162，继电器161线圈端子的一端与三极管151的集电极连接、另一端与所述12V直流转5V直流电路的5V接线柱连接，继电器161的常开端端子与电控锁162连接，继电器161的所有公共端端子与所述220V交流转12V直流电路的12V接线柱连接。其中，继电器161的型号为SRD-5VDC-SL-C，继电器161的工作电压为5V直流电，电控锁162的动作电压为12V直流电压，工作电流为2A。在工作过程中，单片机12利用三极管151的开关特性控制电控锁162进行开关柜门。同时，利用光耦隔离原件来保护单片机12。

进一步地，如图8所示，RFID识别芯片13包括非接触式读卡芯片131和读写天线132；

读写天线132与射频卡40进行无线连接，非接触式读卡芯片131通过ISO14443协议与读写天线132进行通信，非接触式读卡芯片131与所述12V直流转3.3V直流电路的3.3V接线柱连接。

具体地，非接触式读卡芯片131的型号为MFRC522，为NXP公司产品，支持ISO 14443212kbit/s和424kbit/s的更高传输速率的通信，64字节的发送和接收FIFO缓冲区，灵活的中断方式，以及CRC协处理器，采用的接口方式为I2C模式。该非接触式读卡芯片131采用很少的外部器件，高集成度，简化了内部结构并去除了芯片内E2PROM，推动级可直接接至天线，带有自动保护电路，当温度超过门限值时，便停止发射。另外，还具有自动休眠功能，节约能源。具有精简化CRC金策，配有CRC协处理器，减少了单片机12的负担，且具有16为的CRC校验。

需要说明的是，本实施例中将IC芯片、感应天线组成后封装在一个标准的PVC卡片内，芯片及天线无任何外漏部分，卡片在一定距离范围内，通常为5~10cm，靠近读写器表面，通过无线电波传递来完成数据的读写操作。以校园图书馆为例，以大学生信息与校园内卡为媒介做成的产品在推广的时候不需要进行额外的信息收集与注册登记，信息维护方便，而且数据库不易丢失与泄密。而且产品摆放的地点不受限制。

需要说明的是，本实施例公开的一种借还书的智能存取装置，与现有技术相比，具有如下技术效果：

（1）极大的节省了借阅人往返图书馆的时间，提高了阅读积极性。

（2）采用RFID射频技术进行身份识别验证，使得信息存储量大，信息安全性高，保密性好，使用时更加便捷、安全。

（3）本装置以arduino为基础进行开发，同时设备所用材料简单易得，而且各元件损耗很小，不易损坏，与市场上其他相似种类的产品相比维护方便，生产快捷，成本低。

（4）本装置是线上和线下结合使用，体现“互联网＋”的特点使用起来更可视化、人性化和便捷化。

（5）在借还书过程中，利用了图书馆的工作人员使用快递物流的方式进行图书交换，提高人员利用率，降低用人成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种借还书的智能存取装置，其特征在于，包括：微型控制器（10）、智能存取柜（20）、服务器（30）以及射频卡（40），微型控制器（10）安装在智能存取柜（20）上并与服务器（30）通过局域网进行有线连接，射频卡（40）包括黏贴在借阅书籍上的和用户持有的；

微型控制器（10）包括电源（11）、单片机（12）、RFID识别芯片（13）、联网芯片（14）、继电器控制电路（15）、柜门开关机构（16）以及液晶显示器（17）；

单片机（12）分别与RFID识别芯片（13）的输出端、液晶显示器（17）的输入端连接进行单向通信，单片机（12）通过联网芯片（14）与服务器（30）连接进行双向通信；

单片机（12）的输出端通过继电器控制电路（15）与柜门开关机构（16）连接以控制智能存取柜（20）柜门的开关；

电源（11）分别与单片机（12）、RFID识别芯片（13）、联网芯片（14）、柜门开关机构（16）以及液晶显示器（17）连接进行供电。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的电源（11）包括220V交流转12V直流电路、12V直流转5V直流电路以及12V直流转3.3V直流电路；

220V交流转12V直流电路包括整流桥（110）、高速开关芯片（111）、电容C1、电容C2、电感L、驱动级mos管（112）、输出端子（113）以及输出反馈电路（114），整流桥（110）的输入端与220V市电输入电路连接、输出端S1、S2输出整流后的12V直流电，输出端S1、S2通过并联的滤波电容C1、C2与高速开关芯片（111）连接，且整流桥（110）的输出端S1接地，高速开关芯片（111）的输入端与输出反馈电路（114）连接、输出端通过驱动级mos管（112）与输出端子（113）连接；

12V直流转5V直流电路包括三端稳压集成电路A（115），三端稳压集成电路A（115）的输入端通过并联的电容C3、C4与12V开关电源的输出端连接，三端稳压集成电路A（115）的输出端通过并联的电容C5、C6输出5V直流电，三端稳压集成电路A（115）的接地端接地；

12V直流转3.3V直流电路包括三端稳压集成电路B（116），三端稳压集成电路B（116）的输入端通过并联的电容C7、C8与12V开关电源的输出端连接，三端稳压集成电路B（116）的输出端通过并联的电容C9、C10输出3.3V直流电，三端稳压集成电路B（116）的接地端接地。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的继电器控制电路（15）包括三极管（151）；

三极管（151）的基极与阻值为4.7kΩ的电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与单片机（12）的P1.0引脚连接；

三极管（151）的集电极与二极管（152）的输出端连接，二极管（152）的输入端与所述12V直流转5V直流电路的5V接线柱连接；

三极管（151）的发射极与阻值为1kΩ的电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接地。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的柜门开关机构（16）包括继电器（161）和电控锁（162），继电器（161）线圈端子的一端与三极管（151）的集电极连接、另一端与所述12V直流转5V直流电路的5V接线柱连接，继电器（161）的常开端端子与电控锁（162）连接，继电器（161）的所有公共端端子与所述220V交流转12V直流电路的12V接线柱连接。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的RFID识别芯片（13）包括非接触式读卡芯片（131）和读写天线（132）；

读写天线（132）与射频卡（40）进行无线连接，非接触式读卡芯片（131）通过ISO14443协议与读写天线（132）进行通信，非接触式读卡芯片（131）与所述12V直流转3.3V直流电路的3.3V接线柱连接。