基于CAN總線的智能書柜管理系統(tǒng)設計

柯俊兒 賴芳 張小龍 鄭譽煌

摘要：為實現(xiàn)對圖書館內(nèi)的圖書進行高效的借出、歸還以及在線的實時管理，設計了CAN總線網(wǎng)絡系統(tǒng)，CAN總線將接收到的圖書編號發(fā)送到上位機，由上位機對該書進行入庫與顯示書籍在線狀態(tài)。實驗證明，本系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了智能書柜的管理功能。

關鍵詞：CAN總線;智能書柜;RFID

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）08-0243-02

1 概述

隨著圖書館館藏數(shù)量變得越來越大，借閱人數(shù)也急劇上升。但由于書籍以及借閱人數(shù)數(shù)量過多的原因導致不能高效的借閱以及管理書籍，傳統(tǒng)人手管理已經(jīng)著實難以顧及。目前大部分圖書館都是以條形碼來對書籍進行人工管理，但由于條形碼的局限性，導致歸還借閱服務效率低、查詢書籍位置以及是否在庫十分麻煩、人的工作疲勞等問題。因此，書籍管理智能化是必須的[1]。

智能書柜服務對象是書，而書具有數(shù)量多，種類繁雜的特點，所以設計書柜要考慮到能實現(xiàn)多級管理與白動歸類的功能，能實現(xiàn)上述功能的總線不多，但CAN總線的正好滿足我們所需要的設計要求。通過RFID對圖書進行記錄，再由轉換模塊進行數(shù)據(jù)轉換，最后CAN總線將書籍信息傳輸?shù)缴衔粰C進行判斷，再入庫。

2 智能書柜設計

本系統(tǒng)設計由下位機圖書檢測節(jié)點，上位機管理系統(tǒng)兩大部分組成。下位機圖書檢測節(jié)點的作用是檢測是否有書籍借出或入庫，并收集信息傳輸至上位機。上位機管理系統(tǒng)主要書籍管理，包括將書籍信息進行分類、判斷是否放在相應位置、監(jiān)測書籍的借閱與歸還、更新書籍庫等。

2.1 通信網(wǎng)絡

以太網(wǎng)、RS485總線以及CAN總線的都能實現(xiàn)多級控制。由于書柜管理傳輸數(shù)據(jù)量較小，三者傳輸速度不需要做比較。在工作方式上，CAN總線與以太網(wǎng)都是雙工丁作方式，RS485總線是半雙工工作方式?？紤]到書柜的工作流程是芯片讀取到書籍時自動發(fā)送書籍信息給上位機，而RS485作為總線時，它是作為上位機向下位機一級一級查詢，若同時發(fā)送兩個相隔較遠的書籍則難以較快讀取信息，查詢每個書柜的位置又占據(jù)過多資源[2]。由此可見CAN總線和以太網(wǎng)更適合作為書柜總線。在總體設計上，CAN總線只需RFID、TTL轉CAN總線模塊以及上位機監(jiān)察系統(tǒng);以太網(wǎng)需要RFID、TTL轉以太網(wǎng)總線模塊、交換機以及上位機監(jiān)察系統(tǒng)[3]。由此可見，從經(jīng)濟成本方面來說，CAN總線更適合作為理想總線選擇。

2.2 圖書檢測節(jié)點

考慮到書籍的分布，網(wǎng)絡系統(tǒng)需要對書柜的每一層進行檢測。書柜的管理系統(tǒng)在每一個圖書放置位都安置有一個帶有感應線圈的RFID模塊，當感應芯片與RFID想感應時，RFID將會產(chǎn)生TTL信號傳送到TTL轉CAN總線模塊，再有模塊對信息進行整理轉化，書柜網(wǎng)絡如下圖1所示。

經(jīng)過上述過程后，轉換模塊將信息傳輸給上位機，最終上位機會對書籍進行判斷分類，再查詢是否在庫內(nèi)。如果是，則將書籍信息顯示。如果否，則更新庫，再顯示書籍信息。檢測流程如圖2所示。

智能書柜的檢測節(jié)點由帶有感應線圈的RFID模塊以及ttl轉CAN總線組成。眾所周知，一根線繞成某一種形狀圓的面積最大，由A‘p=BAS同等條件下圓的感應電動勢最大，所以圓形線圈是最佳選擇。感應距離數(shù)據(jù)如表1所示。

由于檢測距離在3cm左右，經(jīng)過實測使用匝數(shù)為60、直徑為5cm的線圈感應效果最佳。芯片卡與感應線圈結合，使得RFID將芯片卡內(nèi)原先設定的內(nèi)容轉換為TTL電平發(fā)送給TTL轉CAN總線模塊，再匯入上位機。檢測流程如圖3所示。

當有多個檢測節(jié)點同時檢測到有書籍放人時，各個下位機同時發(fā)送數(shù)據(jù)至上位機，但按照優(yōu)先級原則以此被上位機所接收，不會造成數(shù)據(jù)丟包，或者斷包。

3 結束語

本文結合CAN總線，RFID技術實現(xiàn)了有效，實時對書柜內(nèi)書籍的智能管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能隨時隨地查取書柜內(nèi)書籍的信息和存放位置，由CAN總線網(wǎng)絡結構與上位機的智能查詢，使得書柜的智能管理得以真正實現(xiàn)。

參考文獻：

[1]龍春芳.物聯(lián)網(wǎng)時代RFID技術在圖書館領域的應用及影響[J].邯鄲職業(yè)技術學院學報，2019（3）：1-4.

[2]方婕，張國平，汪文強，等.基于以太網(wǎng)的智能生物反應器上位機設計[J].信息技術，2019，43（11）：10-15.

[3]解芳，王寧，席東河，等.基于RS485總線的智能電動圖書柜通信系統(tǒng)的設計[J].東莞理工學院學報，2007，14（5）：97-101.

【通聯(lián)編輯：梁書】

收稿日期：2019-12-22

基金項目：廣東第二師范學院校級大學生創(chuàng)新訓練項目（編號：201914278099）;廣東省本科高校高等教育教學改革項目“電子信息工程專業(yè)新工科人才培養(yǎng)的研究與實踐”;廣東第二師范學院教學質量與教學改革工程項目“電子信息工程應用型人才培養(yǎng)示范基地”（編號：2018sfjd02）

作者簡介：柯俊兒（1997-），男，廣東汕頭人，本科，助理工程師，主要研究方向為電子信息工程;鄭譽煌（1979-），通訊作者，男，廣東佛山人，博士，副教授，研究方向為機械電子工程。