基于RFID智能卡的高校圖書館自助式門禁系統

　　圖書館門禁系統是保障圖書資源安全，提高圖書館管理效率、管理水平的控制系統。在計算機技術、網絡技術、目標識別技術的支撐下，目前已有名目繁多的圖書館門禁系統上市，但這些門禁系統多是根據不同的圖書館信息化條件而定制研發的，由于原有的圖書館管理系統結構各不相同，造成門禁系統與圖書館其他管理系統之間的鏈接非常不便。并且，多數圖書館門禁系統的功能停留在安全管理、自動借還的層面上。為了實現門禁系統與各種數字圖書館之間的無縫鏈接，擴展門禁系統的功能，提高圖書館的自助服務水平，我們構建了一套基于RFID智能卡的高校圖書館自助式門禁系統。

　　1 RFID技術及在圖書館的應用簡介

　　1．1 RFID技術

　　RFID（射頻識別）技術，是一種利用射頻通信實現的非接觸式自動識別技術。其基本原理是利用射頻信號和空間耦合（電感或電磁耦合）傳輸特性，實現對被識別物體的自動識別。作為條形碼的無線版本，RFID技術具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、智能卡上數據可以加密、存儲數據容量更大、存儲信息更加自如等優點，已經被世界公認為本世紀十大重要技術之一。一個最基本的RFID系統，一般包括以下幾個部份：一個載有目標物相關信息的智能卡即RFID智能卡、在讀寫器及RFID單元間傳輸RF信號的天線、一個接收從RFID智能卡返回的RF信號并將解碼的數據傳輸到主機系統以供處理的RFID讀寫器。目前，RFID系統已在交通管理、倉儲管理、物流管理、生產線追蹤等領域大展身手。

　　1．2 RFID技術在圖書館的應用簡介

　　RFID技術憑其特有的特點已經引起國內外圖書館界的關注。新加坡國立圖書館在1998年后期開始使用RFID技術，成為世界上第一個應用此技術的圖書館。隨后，美國、澳大利亞、中國等也相繼采用了該技術。2006年，我國第一家RFID智能圖書館一一集美大學誠毅學院圖書館建成并投入使用。目前深圳圖書館新館、國家圖書館、上海市長寧區圖書館等多家圖書館也引用了這一技術。綜合上述使用RFID技術的圖書館，其實現的功能大致包括：

　　●自助借還書系統：為讀者提供自助借書、還書操作，無需圖書館管理人員干預；

　　●圖書整理：實現對館藏資料的自動盤點、排架、順架，從而達到通借通還的目的；

　　●RFID安全檢測：對未辦理完借出手續或禁止借出的圖書，在出門時安檢裝置會報警，提醒管理人員及時阻止。

　　通過RFID技術，圖書館在有效提高管理精度、改善服務形象、拓展延伸服務等方面為圖書館行業創造了巨大的社會效益并得到了廣大同仁的認可。

　　2 RFID智能卡

　　智能卡又稱集成電路卡即IC卡，它是將一個集成電路芯片鑲嵌于塑料基片中，封裝成卡的形式。1977年，Motorola與它的一個計算機客戶合作開發了世界上第一張智能卡，自此，智能卡就以其薄且小的體積、先進的集成電路芯片技術、無法被破譯和仿造的特點受到普遍歡迎，并在世界范圍內得到了空前的發展。目前，各種智能卡正越來越多地應用在國民經濟的各個領域并深入到居民的日常生活當中。

　　RFID智能卡是一種非接觸式的IC卡。具有體積小、容量大、壽命長、可重復使用等特點，可支持快速讀寫、非可視識別、移動識別、多目標識別、定位及長期跟蹤管理。

　　2．1 智能卡的基本結構

　　RFID智能卡主要由天線、射頻接口、微控制單元組成。各組成部分包括的模塊及其功能如下：

　　天線：用來接收RFID讀寫器發送的信號，并把數據信息回傳給RFID讀寫器。

　　射頻接口電路：主要包括有波形變換器、調制／解調器、整流器、電壓調節器、振蕩器等。波形變換器接收讀寫器上的無線電調制信號，一方面送調制／解調模塊，另一方面進行波形轉換，將正弦波轉換為方波，然后對其整流濾波，由電壓調節模塊對電壓進行進一步的處理，如穩壓等，最終輸出供給卡片上的各工作電路。振蕩器產生用于調制／解調的高頻信號和微控制單元的時鐘信號。

　　微控制單元：實現智能卡的識別和執行讀寫器的指令。包括邏輯控制單元、請求應答單元、防碰撞單元、數據加密單元、存儲單元（包括E2PROM與ROM）等。

　　請求應答單元：當有RFID智能卡處在讀寫器天線的工作范圍之內時，讀寫器向RFID智能卡發出命令后，請求應答單元將被啟動，將智能卡的卡號傳送給讀寫器，建立智能卡與讀寫器的第一步通信聯絡。否則，讀寫器對智能卡的其他讀寫操作將不會進行。

　　防碰撞單元：當有多張RFID智能卡進入讀寫器操作范圍時，防碰撞單元會從其中選擇一張進行操作，未選中的則處于空閑模式等待下一次選卡，該過程會返回被選卡的序列號。

　　邏輯控制單元：用來譯碼RFID讀寫器送來的信號，并按要求回送數據給RFID讀寫器。

　　數據加密單元：完成對數據的加密處理及密碼保護。

　　存儲單元：包括E2PROM與ROM，主要用于存儲數據，用戶所要存儲的數據（讀者個人信息，如姓名、專業、愛好、借還書記錄等，還可以存儲個人賬戶）被存放在該單元中。E2PROM中的數據在智能卡失掉電源后、智能卡離開讀寫器天線的有效工作范圍時仍將被保持。

　　2．2 智能卡的讀寫原理

　　智能卡的讀寫原理是：RFID讀寫器向RFID智能卡發射一組固定頻率的電磁波，在電磁波的激勵下，RFID智能卡內的LC諧振電路產生共振，從而使電容內有了電荷，在這個電容的另一端，接有一個單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個電容內存儲，當所積累的電荷達到2V時，此電容可作為電源為其他電路提供工作電壓，將卡內的數據發射出去或接收RFID讀寫器的數據。