圖書館管理系統(tǒng)中ZigBee技術(shù)的運(yùn)用

孟曉丹

（運(yùn)城職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西省運(yùn)城市 044000）

伴隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，現(xiàn)代化程度的加強(qiáng)，圖書館已然成為國(guó)民獲得知識(shí)技能的關(guān)鍵場(chǎng)所。為了能夠較好地實(shí)時(shí)對(duì)圖書館內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行掌控，有效的保障閱讀者的人身安全，嚴(yán)禁出現(xiàn)火災(zāi)等狀況。必須要對(duì)圖書館中的環(huán)境實(shí)施科學(xué)、有效的監(jiān)測(cè)控制。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，只是在相關(guān)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)上放置煙霧的報(bào)警器，在出現(xiàn)火災(zāi)等狀況的第一時(shí)間，引起管理人員的注意。但是運(yùn)用傳統(tǒng)的監(jiān)控模式，一旦報(bào)警器引發(fā)報(bào)警，火災(zāi)事故已然已經(jīng)發(fā)生了，沒有辦法真正的做到預(yù)警的功效。加之，還有一些外借圖書人員在借圖書館中的圖書之后，忘記歸還的狀況時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致圖書館出現(xiàn)損失。對(duì)此，必須要將先進(jìn)的信息技術(shù)引入圖書館管理系統(tǒng)之中，ZigBee 技術(shù)作為先進(jìn)的技術(shù)，將其引入圖書館管理系統(tǒng)之中，能夠有效的對(duì)圖書館內(nèi)部環(huán)境與圖書狀況進(jìn)行監(jiān)控，從而有效的規(guī)避了傳統(tǒng)模式監(jiān)控的缺點(diǎn)，可以顯著的降低圖書館建設(shè)與維護(hù)投入的成本，促使圖書館的可擴(kuò)展性能相對(duì)較強(qiáng)。

1 ZigBee技術(shù)

ZigBee 技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)的代表技術(shù)，能夠精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)物和物之間互相通信。將該項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用到圖書館管理系統(tǒng)內(nèi)，可以有效地實(shí)現(xiàn)圖書與圖書之間相互通信，從而對(duì)圖書館內(nèi)的圖書和圖書館之間的通信聯(lián)系進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，亦可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖書館內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行管理，隨時(shí)監(jiān)控。例如，ZigBee 技術(shù)可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控圖書館內(nèi)的通風(fēng)程度、溫度狀況、濕度狀況以及煙霧狀況，圖書館的管理員僅僅需要登錄圖書館內(nèi)的管理系統(tǒng)，就可以實(shí)時(shí)的查看圖書館內(nèi)部環(huán)境狀況。還可以在各個(gè)圖書之中安裝上ZigBee 的信息發(fā)送模塊，從而有效地實(shí)現(xiàn)圖書館內(nèi)的各個(gè)圖書進(jìn)行管理與監(jiān)控。我國(guó)的ZigBee技術(shù)，運(yùn)用的大多都是16 信道，頻段為2.4G 赫茲，寬帶大約是250k，成本相對(duì)較低，功耗狀況相對(duì)較低，能夠有效地實(shí)現(xiàn)圖書管理系統(tǒng)內(nèi)部模塊的自動(dòng)組網(wǎng)。

在圖書管理系統(tǒng)中運(yùn)用ZigBee 技術(shù)，發(fā)送與接收信息消耗的能量相對(duì)較低，運(yùn)用貼片式的電池就可以維持系統(tǒng)傳輸信息大約兩個(gè)月的時(shí)間。ZigBee 技術(shù)具有低功耗性，導(dǎo)致其信號(hào)傳輸距離相對(duì)較近，但是該項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在一定的范圍之內(nèi)自主網(wǎng)絡(luò)的功能，從而有效地拓展了傳輸信息的距離。 ZigBee 技術(shù)能夠進(jìn)行一對(duì)一的通信，有效地拓展了網(wǎng)絡(luò)通信，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳輸可以延遲大約30毫秒左右。ZigBee 技術(shù)運(yùn)用在圖書管理系統(tǒng)中能夠?qū)D書館內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)，其中包括：圖書館內(nèi)光照、圖書館內(nèi)濕度、圖書館內(nèi)溫度以及圖書館內(nèi)煙霧狀況，對(duì)圖書館內(nèi)的外借圖書進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控等。

圖1：圖書館系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境監(jiān)控框架

圖2：圖書外借的監(jiān)控框架

2 ZigBee技術(shù)在圖書館管理系統(tǒng)中的運(yùn)用

在圖書館的管理系統(tǒng)之中運(yùn)用ZigBee 技術(shù)能夠較好地完成物聯(lián)網(wǎng)對(duì)圖書館內(nèi)的圖書與環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，管理員可以通過該項(xiàng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)的對(duì)圖書館內(nèi)的環(huán)境與圖書狀況進(jìn)行查看，其中包含圖書的借閱狀態(tài)位置信息等。

2.1 環(huán)境監(jiān)控中的運(yùn)用

在圖書管理系統(tǒng)之中，ZigBee 模塊將會(huì)與環(huán)境傳感設(shè)備相連，獲取到圖書館室內(nèi)環(huán)境的各項(xiàng)因素，其中包含濕度、溫度、光照以及煙霧狀況，所搭建的監(jiān)控環(huán)境架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 可以發(fā)現(xiàn)，需要在圖書館內(nèi)安置溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器以及煙霧傳感器，運(yùn)用10m 赫茲的頻率，對(duì)環(huán)境的各項(xiàng)信息進(jìn)行采集，將采集到的數(shù)據(jù)信息組合形成固定的幀格式，而后再將收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳回到系統(tǒng)服務(wù)器之中的收發(fā)模塊內(nèi)，最后將相關(guān)的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綀D書館管理系統(tǒng)中。

2.2 圖書監(jiān)管控制中的運(yùn)用。

ZigBee 模塊在進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸工作中，需要的距離大約在1千米左右，但是，由于圖書館內(nèi)圖書外借的范圍很大程度上都會(huì)超過1 千米范圍，為了能夠拓寬圖書信息傳輸?shù)姆秶?，可以運(yùn)用某些設(shè)備從而實(shí)現(xiàn)模塊之間的傳輸功能，擴(kuò)大對(duì)圖書進(jìn)行監(jiān)控的范圍，圖2 為ZigBee 技術(shù)所搭建的圖書外借監(jiān)控框架。

如圖2 所示，ZigBee 的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，會(huì)逐漸的加入到ZigBee 模塊所構(gòu)建出的網(wǎng)絡(luò)之中，ZigBee 具備的節(jié)點(diǎn)數(shù)量直接決定了圖書信息所能夠傳輸?shù)木唧w范圍。在對(duì)圖書館內(nèi)外借的圖書進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的時(shí)候，需要在該模塊中添加射頻的識(shí)別技術(shù)，針對(duì)于向外借的圖書在其中嵌入特別的電子編碼，圖書館內(nèi)的管理人員在辦理外借圖書的時(shí)候，只要將系統(tǒng)內(nèi)的讀寫器掃描到ZigBee 模塊中，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)地獲取到相關(guān)的編碼，這編碼就像人的“身份證”一樣，具有特征性。圖書的信息與電子的編碼是唯一對(duì)應(yīng)的，各個(gè)圖書的信息編碼和圖書館的位置具有一定的關(guān)聯(lián)，電子編碼能夠運(yùn)用約定好的格式，將系統(tǒng)的讀寫設(shè)備，識(shí)別出的電子編碼，轉(zhuǎn)換為圖書館內(nèi)圖書管理位置的特定編碼。

2.3 在定位設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

ZigBee 技術(shù)作為最基礎(chǔ)的圖書管理系統(tǒng)，需要布置的相關(guān)基站主要是由ZigBee 模塊構(gòu)成。基站中的功能是對(duì)外界的圖書具體位置進(jìn)行結(jié)算，在對(duì)位置進(jìn)行結(jié)算的過程中，需要最少運(yùn)用三個(gè)基站，才能夠精準(zhǔn)地對(duì)位置進(jìn)行判斷。ZigBee 模塊將會(huì)發(fā)射出定位的數(shù)據(jù)信號(hào)，傳遞給在控制范圍之內(nèi)的圖書管理系統(tǒng)，亦或是不在傳輸?shù)姆秶畠?nèi)的各個(gè)基站中。在整個(gè)的通信網(wǎng)絡(luò)之中，外界的圖書內(nèi)具有的各個(gè)ZigBee 節(jié)點(diǎn)，通過各個(gè)基站對(duì)位置進(jìn)行結(jié)算，而后節(jié)點(diǎn)會(huì)按照結(jié)算得出的位置信息，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議進(jìn)行填充。ZigBee模塊能夠當(dāng)做是協(xié)調(diào)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，正在移動(dòng)的圖書具有的不同地理位置，會(huì)時(shí)時(shí)的被納入到網(wǎng)絡(luò)中，在成功的加入之后，系統(tǒng)會(huì)為其分配一個(gè)特定的ID 網(wǎng)絡(luò)賬號(hào)。所以，無(wú)論借出去的圖書館內(nèi)圖書到哪里，圖書管理員都會(huì)運(yùn)用組網(wǎng)具備的功能，將圖書具體位置找出來(lái)。為了能夠較好的保障監(jiān)控圖書具有時(shí)效性，可以在科學(xué)、合理的范圍之內(nèi)制定固定的ZigBee 基站，運(yùn)用三邊測(cè)量模式將圖書的精準(zhǔn)位置計(jì)算出來(lái)，與此同時(shí)，間接或者直接地將圖書特定的位置信息傳送到服務(wù)器的ZigBee 模塊之中。

2.4 在通信程序中的運(yùn)用

圖書館管理系統(tǒng)之中運(yùn)用ZigBee 技術(shù)能夠有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)圖書館內(nèi)環(huán)境的監(jiān)控，這一過程是不需要組網(wǎng)設(shè)計(jì)。但是在對(duì)外界的圖書進(jìn)行監(jiān)測(cè)中，ZigBee 模塊必須具備能夠隨時(shí)入網(wǎng)的功能。例如，一些IT 企業(yè)單位可以將Z-stack 的協(xié)議棧，引入到ZigBee 模塊之中，使該模塊具備入網(wǎng)功能和收發(fā)功能。Z-stack 能夠有效的將ZigBee底層具有的硬件技術(shù)的相關(guān)細(xì)節(jié)進(jìn)行屏蔽，從而有效地降低了開發(fā)程序工作人員工作的難度。Z-stack 運(yùn)行之后就會(huì)對(duì)ZigBee 模塊中的軟件與硬件進(jìn)行初始化的操作，當(dāng)ZigBee 進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)之中，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)分配給其一個(gè)具有標(biāo)識(shí)性的、唯一的身份ID 賬號(hào)，運(yùn)用這個(gè)ID 賬號(hào)，模塊與模塊之間就能夠完成數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)發(fā)工作。服務(wù)器中的起始網(wǎng)絡(luò)號(hào)固定為01。當(dāng)組網(wǎng)完成之后，ZigBee 模塊將會(huì)啟動(dòng)中斷功能，促使模塊進(jìn)入休眠的狀態(tài)，直到相關(guān)的數(shù)據(jù)信息到來(lái)，如果有數(shù)據(jù)信息進(jìn)入到ZigBee 模塊之中，相關(guān)程序就會(huì)立刻“蘇醒”，中斷其他的服務(wù)程序，對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。ZigBee 模塊在接收到與之相鄰的ZigBee 模塊所發(fā)出的數(shù)據(jù)信息之后會(huì)根據(jù)相鄰的ZigBee 模塊目的ID 號(hào)與網(wǎng)絡(luò)ID 號(hào)所確認(rèn)的數(shù)據(jù)信息的走向，完成操作工序。若發(fā)送數(shù)據(jù)信息的ZigBee 模塊與目的接收信息的ZigBee 模塊ID 號(hào)有所不同，將會(huì)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)不做任何的處理。例如，若圖書館中外借的圖書ZigBee 進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)之中，所分配的ID 號(hào)碼是88，依據(jù)圖書館內(nèi)部的管理系統(tǒng)所設(shè)置的信號(hào)，發(fā)送的數(shù)據(jù)頻率，外借出的圖書將會(huì)每天定時(shí)向服務(wù)器發(fā)送自己的實(shí)時(shí)位置。由于，圖書館中的服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)ID 的號(hào)碼是01，88 號(hào)和01 號(hào)距離相對(duì)較遠(yuǎn)，不能夠直接地將圖書自身的數(shù)據(jù)信息傳給圖書館中的服務(wù)器，于是88 號(hào)將會(huì)把自身的位置信號(hào)傳遞給與他相鄰的84 號(hào)ZigBee 模塊，84 號(hào)ZigBee 模塊在接收到位置信息之后，將會(huì)持續(xù)的走向下一個(gè)ZigBee 節(jié)點(diǎn)，直到圖書的數(shù)據(jù)信息傳遞到圖書館的服務(wù)器之中，才會(huì)終止傳輸，這個(gè)時(shí)候就會(huì)凸顯固定ZigBee 基站的重要性?；驹诮邮盏缴暾?qǐng)入網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息之后，將會(huì)對(duì)申請(qǐng)進(jìn)行連接，若申請(qǐng)是要求進(jìn)行定位，那么，基站中的ZigBee 模塊將會(huì)把所接收到的數(shù)據(jù)信息返還給發(fā)送方，發(fā)送方就會(huì)依據(jù)接收時(shí)間和發(fā)送時(shí)間來(lái)精準(zhǔn)的計(jì)算出接收者和發(fā)送者的距離，這個(gè)距離就是定位所必須要有的三邊距離。

3 結(jié)束語(yǔ)

圖書館中的各項(xiàng)管理相對(duì)較為復(fù)雜，工作量較大，在對(duì)圖書館的環(huán)境以及圖書進(jìn)行管理的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的問題，工作人員的工作效率與工作質(zhì)量顯著降低，為了能夠較好地解決上述問題，將ZigBee 技術(shù)引入到圖書館管理系統(tǒng)中能夠保障圖書管理系統(tǒng)具有自動(dòng)化與智能化，可以實(shí)時(shí)的對(duì)圖書館內(nèi)的環(huán)境和圖書進(jìn)行監(jiān)控。ZigBee 技術(shù)被廣泛的運(yùn)用在環(huán)境監(jiān)控、圖書監(jiān)控、定位設(shè)計(jì)與通信程序之中，有效的提升了圖書館內(nèi)部管理工作的效率與質(zhì)量。