无人图书借阅柜控制电路设计【字数：13225】
摘 要无人图书借阅柜在一些城市屡见不鲜，给喜爱实体书籍的市民们带来了福音。通过特定用户刷卡显示个人信息开启柜门，扫码借还，实现无人管理的图书角，使实体图书回归成为时代主流。该设计主要涉及无人图书借阅柜的控制电路，以51单片机为核心，主要由刷卡单元、显示单元、门控单元、扫描单元、存储单元组成，实现RFID刷卡，显示单元显示个人信息和图书借阅信息，可以通过按键实现屏幕上下翻页，并选择借书或还书，由电磁锁驱动控制打开柜门，利用微动开关进行门位检测柜门状态，在未关时进行声光提示，以提醒用户及时关闭柜门，书本的条形码通过条码扫描枪进行书本借还操作。柜体控制电路中的存储器保存用户操作信息。
目 录
1 绪论 6
1.1 课题背景及意义 6
1.2国内外研究状况及发展趋势 6
1.2.1无人图书柜的国内外研究状况 6
1.3 研究内容 8
2 总体设计 9
2.1 方案讨论 9
2.2 系统总体框图 10
3 硬件电路设计 12
3.1 工作原理 12
3.2各模块硬件原理 12
3.2.1 主控模块 12
3.2.2 显示模块 13
3.2.3 声光提示模块 14
3.2.4 读卡模块 15
3.2.5 电磁锁驱动模块 17
3.2.6 稳压模块 17
3.2.7 扫码模块 18
3.2.8 存储模块 20
3.3 本章小结 20
4 软件设计 22
4.1 软件设计介绍 22
4.2 读卡过程 23
4.3 显示模块 24
4.4 存储模块 26
4.5 声光提示模块 27
4.6 扫码模块 27
4.7 本章小结 28
5 系统调试 29
5.1 软硬件调试 29
5.1.1 硬件调试 29
5.1.2 软件调试 29
5.2 模块调试 29
5.2.1 刷卡模块 29
5.2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
2 声光提示模块 29
5.2.3 电磁锁驱动模块 30
5.3 总结以及未来展望 30
参考文献 31
附录 32
附录1 相关原理图 32
附录2 部分代码 33
1、串口初始化 33
2、显示模块 33
3、主函数 37
1 绪论
1.1 课题背景及意义
图书馆业近年来发展迅速，由于民众对于实体书籍有不同的需求，图书馆需要探索全新的模式，不断提高服务质量，使图书资源不断向外拓展，走进城乡、走近读者。科技化的发展使无人化的技术渗透到各行各业，图书馆也不例外，随着人力成本的不断提高，共享实体书籍也向着无人化的方向发展。
基于此，无人图书借阅柜应运而生，进乡村、进社区，通过刷卡、取书、借书、还书，以这样的方式用机器取代人力，能对图书馆的管理成本和工作人员人工成本有所减少，读者可以享受自助借还的乐趣，同时也保障了图书柜的安全性和可靠性，读者不管在室内还是室外，都可以充分感受到图书馆的现代化带给大家的便利。
1.2国内外研究状况及发展趋势
1.2.1无人图书柜的国内外研究状况
在德国的许多车站、地铁站中有流动书柜，喜爱阅读的乘客可在上车前取书，下车再归还。如果乘客自己想要分享家中的书，也可以放入书柜。这是一个可以借鉴的模式[1]。但是它的缺点是没有任何制度约束，也没有借助任何技术，而是以信念、诚信等道德代替制度，这种模式难以推广，甚至有些人恶意取书，就会导致图书的整体利用率降低[2]。
随着时代的发展，科技水平有了进一步飞跃，无人图书也迈向了技术化、智能化。在2005年9月28日，广东省东莞市开放了中国首个24小时自助图书馆，它配备了图书检测、门禁、监控、自助借还机、报警等系统[3]。读者使用借阅卡进入自助图书馆，进行图书阅读及自助借还的活动。它的出现，解决了读者在图书馆非开放时间不能借还的问题。
相比之下更进一步的是，2007年12月，也是在广东省东莞市，中国第一台24小时自助借阅图书的图书馆ATM诞生了，这个设备自带操作面板、外形类似书柜，读者使用借阅卡操作它进行图书借还，类似于使用银行的ATM机。它的问世使图书馆不再受到时间和空间的限制。
图书ATM机通过网络技术，整合基本的借阅查的功能。但是有两个关键的技术难点，也就是X轴设计以及取书执行器设计。工程师们设计了刚柔耦合支承结构，满足了取送书系统对X轴的要求[4]。根据图书摆放要求和藏书量的要求，设计了恒力抓取图书系统。根据取送书结构特点及流程，设计取送书系统运行流程。由此可见图书ATM也有它设备价格不菲、不便维护、运营成本高的缺陷。因此没有在全国普及起来[5]。
自助借阅柜的外观大多是一个铁柜，由一扇扇柜门和液晶显示屏以及RFID感应区组成，柜门里面放有各类书籍，选择书籍所对应的柜门号，打开柜门，拿出书籍，确定借阅后关闭柜门，通过放置个人图书卡于感应区，在屏幕上显示个人基本信息，扫描书本条形码完成借书，还书的流程也是类似，刷卡验证身份后打开柜门，扫描书本条形码，放入柜中关门离开。
在过去，一维磁条的扫码方式在图书馆系统十分普及。但是因为条码存储的信息量比较少，并且存储形式较为单一，所以在实际使用中，存在很多弊端，带给读者和工作人员诸多不便[6]。正因为条码和磁条带来的不便，图书馆系统引入了RFID技术。
RFID技术无需接触就可以自动识别，由射频信号进行自动识别目标对象，从而得到有关的数据，它有条形码所不具备的防磁、防水、耐高温等优点[7]。采用RFID技术后的图书相当于拥有了一张独特的身份证，不管是管理还是流通，都为大家带来了便利[8]。
也有地方是直接用屏幕扫描手机上的二维码直接完成身份验证、借还书等功能。读者只需在微信中关注图书馆的公众号，进行读者身份的初始认证，就可以生成一张专属的读者证，这就意味着，读者来到图书馆只需要在门禁设备上出示自己的“手机读者证”就可以了【9】。除此以外，读者使用自助借还设备进行借书操作的时候，只要拿出手机，打开自己的“手机读者证”，扫一扫便可以进行自助借还。
目 录
1 绪论 6
1.1 课题背景及意义 6
1.2国内外研究状况及发展趋势 6
1.2.1无人图书柜的国内外研究状况 6
1.3 研究内容 8
2 总体设计 9
2.1 方案讨论 9
2.2 系统总体框图 10
3 硬件电路设计 12
3.1 工作原理 12
3.2各模块硬件原理 12
3.2.1 主控模块 12
3.2.2 显示模块 13
3.2.3 声光提示模块 14
3.2.4 读卡模块 15
3.2.5 电磁锁驱动模块 17
3.2.6 稳压模块 17
3.2.7 扫码模块 18
3.2.8 存储模块 20
3.3 本章小结 20
4 软件设计 22
4.1 软件设计介绍 22
4.2 读卡过程 23
4.3 显示模块 24
4.4 存储模块 26
4.5 声光提示模块 27
4.6 扫码模块 27
4.7 本章小结 28
5 系统调试 29
5.1 软硬件调试 29
5.1.1 硬件调试 29
5.1.2 软件调试 29
5.2 模块调试 29
5.2.1 刷卡模块 29
5.2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
2 声光提示模块 29
5.2.3 电磁锁驱动模块 30
5.3 总结以及未来展望 30
参考文献 31
附录 32
附录1 相关原理图 32
附录2 部分代码 33
1、串口初始化 33
2、显示模块 33
3、主函数 37
1 绪论
1.1 课题背景及意义
图书馆业近年来发展迅速，由于民众对于实体书籍有不同的需求，图书馆需要探索全新的模式，不断提高服务质量，使图书资源不断向外拓展，走进城乡、走近读者。科技化的发展使无人化的技术渗透到各行各业，图书馆也不例外，随着人力成本的不断提高，共享实体书籍也向着无人化的方向发展。
基于此，无人图书借阅柜应运而生，进乡村、进社区，通过刷卡、取书、借书、还书，以这样的方式用机器取代人力，能对图书馆的管理成本和工作人员人工成本有所减少，读者可以享受自助借还的乐趣，同时也保障了图书柜的安全性和可靠性，读者不管在室内还是室外，都可以充分感受到图书馆的现代化带给大家的便利。
1.2国内外研究状况及发展趋势
1.2.1无人图书柜的国内外研究状况
在德国的许多车站、地铁站中有流动书柜，喜爱阅读的乘客可在上车前取书，下车再归还。如果乘客自己想要分享家中的书，也可以放入书柜。这是一个可以借鉴的模式[1]。但是它的缺点是没有任何制度约束，也没有借助任何技术，而是以信念、诚信等道德代替制度，这种模式难以推广，甚至有些人恶意取书，就会导致图书的整体利用率降低[2]。
随着时代的发展，科技水平有了进一步飞跃，无人图书也迈向了技术化、智能化。在2005年9月28日，广东省东莞市开放了中国首个24小时自助图书馆，它配备了图书检测、门禁、监控、自助借还机、报警等系统[3]。读者使用借阅卡进入自助图书馆，进行图书阅读及自助借还的活动。它的出现，解决了读者在图书馆非开放时间不能借还的问题。
相比之下更进一步的是，2007年12月，也是在广东省东莞市，中国第一台24小时自助借阅图书的图书馆ATM诞生了，这个设备自带操作面板、外形类似书柜，读者使用借阅卡操作它进行图书借还，类似于使用银行的ATM机。它的问世使图书馆不再受到时间和空间的限制。
图书ATM机通过网络技术，整合基本的借阅查的功能。但是有两个关键的技术难点，也就是X轴设计以及取书执行器设计。工程师们设计了刚柔耦合支承结构，满足了取送书系统对X轴的要求[4]。根据图书摆放要求和藏书量的要求，设计了恒力抓取图书系统。根据取送书结构特点及流程，设计取送书系统运行流程。由此可见图书ATM也有它设备价格不菲、不便维护、运营成本高的缺陷。因此没有在全国普及起来[5]。
自助借阅柜的外观大多是一个铁柜，由一扇扇柜门和液晶显示屏以及RFID感应区组成，柜门里面放有各类书籍，选择书籍所对应的柜门号，打开柜门，拿出书籍，确定借阅后关闭柜门，通过放置个人图书卡于感应区，在屏幕上显示个人基本信息，扫描书本条形码完成借书，还书的流程也是类似，刷卡验证身份后打开柜门，扫描书本条形码，放入柜中关门离开。
在过去，一维磁条的扫码方式在图书馆系统十分普及。但是因为条码存储的信息量比较少，并且存储形式较为单一，所以在实际使用中，存在很多弊端，带给读者和工作人员诸多不便[6]。正因为条码和磁条带来的不便，图书馆系统引入了RFID技术。
RFID技术无需接触就可以自动识别，由射频信号进行自动识别目标对象，从而得到有关的数据，它有条形码所不具备的防磁、防水、耐高温等优点[7]。采用RFID技术后的图书相当于拥有了一张独特的身份证，不管是管理还是流通，都为大家带来了便利[8]。
也有地方是直接用屏幕扫描手机上的二维码直接完成身份验证、借还书等功能。读者只需在微信中关注图书馆的公众号，进行读者身份的初始认证，就可以生成一张专属的读者证，这就意味着，读者来到图书馆只需要在门禁设备上出示自己的“手机读者证”就可以了【9】。除此以外，读者使用自助借还设备进行借书操作的时候，只要拿出手机，打开自己的“手机读者证”，扫一扫便可以进行自助借还。
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