物联网工程与实践13基于rfid的图书管理系统开发实例.ppt

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1、1物联网工程与实践物联网工程与实践第十三章：第十三章：基于基于RFID的图书管理系统的图书管理系统开发实例开发实例第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践2前言前言1.目前，我国绝大多数校园图书馆采用的是一维码加磁条的扫描认证的借书作业方式，借书流程仍然需要人工将图书打开并找到一维码的位置进行扫描。2.而且，在还书的过程也要再次扫描一维码加磁条的方式确认还书的操作，在此过程都是通过管理人员的处理，并把书本查询归类，放回原来被借出的相应书架位置上。3.这个过程不仅繁琐和易出错，还浪费时间。每当借书望期，学生借书的人多了，还要排队等候，一两个管理员根本就忙不过来，所以学校往往还要通过增加人

2、员等方式来进行处理。4.随着学校规模的扩大，读者人数的增多，传统的借还书操作显得极为繁琐且借还图书效率低。开发并实施新型的图书管理系统就可以很好地解决这种问题。第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.1图书管理系统功能描述图书管理系统功能描述1.使用物联网技术，利用超高频RFID电子标签、高频RFID学生卡、RFID读写器、网关、ORACLE数据库服务器、Java EE应用服务器，可开发出人性化的具有报警功能的图书管理系统。3第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.1.1系统背景概述系统背景概述 1.本章在借鉴已有RFID图书管理系统优点的基础上，利用当前先进的RF

3、ID技术及其它信息化技术，开发一个校园智能图书管理系统，该系统可解决图书馆作业的种种弊端，比如减少管理员的管理工作，减少读者的排队等候时间。2.同时，这样一个智能图书管理系统还有助于提高读者的素质，引导读者在还书的过程中，把书放回原位，这也减少前面所说的以往还书过程的各种弊端。3.RFID技术会引导读者快速找到被借图书所在的位置，大大提高了借还书效率。4第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.1.2图书管理系统功能设计图书管理系统功能设计 1.图书管理系统系统的数据收集节点有三个，一是每层楼的自助借还查询机的RFID超高频读写器和高频读写器，用于读者借书还书的相关操作。2.二是图

4、书馆门禁报警装置设置有一个超高频读写器，用于判断读者携带的书籍是否已经被借出，未借出的图书会触发报警。3.三是智能书架设置有超高频读写器，用于判断书籍是否放错位置，给予读者相关提示。4.读者可以在图书馆中自由借阅归还图书，还可以远程登录该系统进行相关查询、挂失操作。5第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践图图13-4 门禁报警系统功能流程图门禁报警系统功能流程图6第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践图图13-5 智能书架功能流程图智能书架功能流程图7第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.2软件技术软件技术1.开发智能图书管理系统所使用的软件技术包括JSP、

5、Servlet、Spring三层架构（Spring Model-View-Controller，Spring MVC）、JS、Ajax、CSS+Div和JavaMail等。8第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.3 硬件设备硬件设备1.该项目使用的硬件设备包括超高频RFID标签、高频RFID学生证、高频和超高频RFID读写器、网关、网络设备和服务器。9第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.3.1 RFID设备设备1.其中RFID读写器为到上海交通大学RFID与物联网研究所研制的高频读写器、超高频读写器、高频1443A标签、高频RFID学生证、超高频标签。2.高频

6、1443A标签作为借书卡，超高频标签用来标记图书。10第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.3.2 网关设备网关设备1.项目开发过程中所使用的物联网网关设备为研华ARK3202嵌入式工控机，操作系统为Ubuntu 11.0。2.这款工控机是按照工业需求进行设计的，这个网关具有抗冲击、抗振动、抗电磁干扰等特点。3.该工控机配有Intel ATOM凌动处理器，CPU处理速率为1.6G，同时拥有5个USB接口和5个RS-232串口，是一款不错的物联网网关设备。11第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.3.3其它硬件设备其它硬件设备1.测试基于RFID技术的校园智能图书

7、管理系统，所需要的主要网络设备有无线路由器（TP-LINK或D-link）、台式PC机或笔记本电脑、智能手机（装有Android 2.3或以上版本）和短信猫等。12第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.4数据通信系统设计数据通信系统设计1.该项目开发涉及实时数据的收集、传输、存储和处理。2.数据通信系统的设计可以帮助完成这些任务。3.下面就从网络拓扑图、网关配置和服务器配置三个方面进行简单介绍。13第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践图图13-6 测试智能图书管理系统所使用的网络拓扑图测试智能图书管理系统所使用的网络拓扑图14第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工

8、程与实践13.4.2网关配置网关配置1.智能图书管理系统所使用的网关硬件为研华ARK-3382工控嵌入式计算机。2.研华嵌入式工控机具有2个千兆位LAN网卡、5个USB 2.0接口、板载GPS以及高达3个具有RS-422/485自动流控制的串行端口。3.使用前，首先检查网关设备是否安装了Ubuntu 11.0操作系统、gcc、sqlite3等重要开发软件包，若没有安装也没关系，可进行下面操作来安装这些软件。15第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.4.3 服务器配置服务器配置1.利用MyEclipse开发平台进行智能图书管理系统开发时，所使用Web服务器为Tomcat（apac

9、he-tomcat-6.0.36），为了便于开发和调试，可做如下配置。2.首先，点击MyEclipse开发界面中的WindowPreferences，进入如图13-7所示界面。3.在MyEclipse中添加Apache-Tomcat-6.0.36。4.在搜索栏中输入Tomcat，如果要加入Tomcat-6.0.36版本的Tomcat选择Tomcat 6.x，并在右侧选择Enable。5.同时，在Tomcat home directory这一行后点击Browse按钮，选择你的PC电脑中Tomcat所在的安装目录，点击确定。最后点击ApplyOK。16第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实

10、践13.5网关数据收集及传输网关数据收集及传输1.使用基于嵌入式高性能计算平台研华所开发的物联网网关，可以进行数据的采集和发送。2.在本项目中，每一个所使用的物联网网关通过RS-232接口同高频和超高频RFID读写器相连接。3.网关所运行的数据采集程序可以不断向RFID读写器发送命令来实现RFID标签数据采集。4.同时，网关还可以及时将所收集的RFID标签数据发送到服务器进行智能化处理。17第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.5.1 数据收集实现数据收集实现1.物联网网关上面安装了Ubuntu 11.0系统，该操作系统中进一步安装了gcc和sqlite3等重要开发组件。2.网

11、关上面所运行的程序可实现RFID数据收集及传输一体化进程。即一个程序既包含了RFID数据收集部分，也包含了RFID数据传输部分，整个程序当中采用了多线程，也体现了数据收集及传输的自动化过程。3.当网关向服务器传输数据的同时，通过网关的IP地址告诉服务器自己的身份，这样服务器就能够很好地辨别每个和其进行的网关的通信状态。4.如果哪个网关数据通信出现了问题，服务器就可以较快地确定出问题的网关的位置，并及时采取必要的维修措施。18第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.5.2 网关数据库设计网关数据库设计1.为了实现数据的备份及网关安装区域当地数据管理的需要，一般网关收集RFID数据后

12、，在传输到服务器的同时，也将数据存入到网关中的Sqlite3数据库。2.网关数据库表格的设计如表13-2和表13-3所示。3.在图书借还操作中，数据分别存储于读者借书证信息表（card）和书本扫描信息存储表（book）中。19第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践表表13-2 读者借书证信息表（读者借书证信息表（card）20第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践表表13-3 书本扫描信息存储表（书本扫描信息存储表（book）21第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.5.3 网关数据的发送网关数据的发送1.所开发的网关数据收集程序（client.c）使得网关

13、数据传输的整个程序的运行过程得以优化。2.在Linux系统中运行./client时，不需要输入USB端口号，就可以直接收集来自RFID读写器的数据。3.这是因为在client.c中，预先设定了多个USB端口号，则只需读写器判断是哪个端口便打开它，然后存储数据到相应的嵌入式数据表中，并且发送数据到远程数据服务中心。4.数据采集程序client.c采用了多线程，因此不会造成干扰而导致程序中断。22第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.6 数据服务中心信息处理及显示数据服务中心信息处理及显示1.数据服务中心的服务器在接收来自不同网关的实时数据后，将数据存储到数据库（MySQL或Ora

14、cle）。2.然后，依据不同的算法对数据进行智能化处理并进行显示。23第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.6.1 服务器端数据接收实现服务器端数据接收实现 1.在服务器端运行多线程程序来接收来自不同网关的实时数据。2.多线程数据接收程序可以由Java编程语言来实现。在服务器端用Java开发平台所提供的服务器类ServerSocket,使用端口号作为参数来创建服务器对象。3.例如:ServerSocket server=new ServerSocket(5000)，server 是服务器对象,它使用5000 号端口。4.当一个客户端程序建立一个Socket 连接且所连接端口号为

15、5000 时,服务器对象server 便响应这个连接。5.接下来用Server.accept()方法创建一个Socket对象,服务器端可以利用这个Socket对象与客户端进行通信。6.接着定义输入流in及输出流out 对象,并进行封装。24第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.6.2 服务器与服务器与Android手机数据交互实现手机数据交互实现1.Android手机客户端采用的是基于超文本转移协议(Hypertext transfer protocol，HTTP)网络通信机制，Http协议中提供了3种高效快速的客户端向服务器端发送请求的方法，它们分别是GET、POST和HEA

16、D，而本系统中Android手机客户端与服务器端交互采用的是POST方法。2.首先，用户通过Android手机客户端以HTTP协议的POST方式向服务器端提交用户请求。3.然后，服务器端通过HTTP协议接收到手机用户请求进行相应处理后，将结果以Json数据格式返回给用户。4.最后，Android手机客户端将返回的Json数据进行解析后显示在人性化的用户界面（User Interface，UI）展示给用户。25第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.6.3 数据服务中心数据库设计及实现数据服务中心数据库设计及实现1.物联网数据服务中心数据存储采用的是Oracle数据库，数据库名为b

17、ookmanage，主要设计了9张表，4个sequence和4个触发器。2.管理员基本信息表为单独的表，其它各表通过相关字段进行关联。26第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.6.4 数据处理及报警数据处理及报警1.智能图书管理系统所涉及的警报包括图书超期罚款警报、图书挂失警报、门禁报警和智能书架报警等。27第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.6.5 Web服务器网页设计实现服务器网页设计实现1.智能图书管理系统的Web服务器网页设计首先从人性化方面考虑，在界面上设计有温馨提示、方便的快捷还书和借书证入口等，这方便读者操作。2.其次从安全方面考虑，网页中设计有

18、软键盘、邮件验证码、短信验证码，保证读者输入密码的安全性和读者信息修改的安全性。3.最后，从系统功能上考虑，前后台各种功能齐全，不仅保障了读者和管理员的操作，也充分体现了校园图书馆的智能管理。28第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践图图13-11 普通方式登录普通方式登录29第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践图图13-12 借书证入口方式登录借书证入口方式登录30第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.6.6 智能手机客户端设计智能手机客户端设计1.Android手机客户端采用的是基于Http协议的网络通信机制，Http协议中提供了3种高效快速的客户端向

19、服务器端发送请求的方法，它们分别是GET、POST、HEAD，而本系统中Android手机客户端与服务器端交互采用的是POST方法。2.首先，用户通过Android手机客户端以HTTP协议的POST方式向服务器端提交用户请求。然后，服务器端通过HTTP协议接收到手机用户请求进行相应处理后，将结果以Json数据格式返回给用户。3.最后，Android手机客户端将返回的Json数据进行解析后显示在人性化的UI界面展示给用户。31第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践智能手机客户端主菜单页面图智能手机客户端主菜单页面图 32第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践图图13-22 查

20、询预约功能模块查询预约功能模块33第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践图图13-23 快速续借功能模块快速续借功能模块34第一章：第一章：物联网工程与实践物联网工程与实践13.7 小结小结1.物联网实时信息系统的开发是物流网工程与实践的主要任务。2.本章所讨论的是如何利用RFID技术，开发智能图书管理系统。3.该系统所涉及的物联网节点为RFID标签。4.嵌入式电脑和功能单一的RFID读写器组成物联网网关，该网关可发送实时获取的RFID标签信息到物联网数据服务中心。5.数据服务中心对所有静态数据和实时数据进行智能化处理，形成各种图书管理服务。读者或管理人员可以通过数据服务中心所提供的前台或后台来获取各种图书相关服务。35