凯路微电子XPM-RFID图书馆管理系统

      一、RFID与XPM-RFID概念及特点 

      RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即无线射频识别。 

      RFID技术是一种非接触式自动识别技术，它是通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。它能对几厘米到几十米范围内的物体进行识别，而且可以批量读取、可以识别各种运动状态下的物品、设备、车辆和人员等，从而成为了自动识别领域一颗耀眼的新星，是继互联网之后带来的又一次新的技术革命。 

      XPM，即Super Permanent Memory（超级永久性存储器）。是一种新型不挥发存储器（NVM， Non-Volatile Memory）技术。它采用100%的深亚微米标准CMOS工艺，与制造逻辑电路（CPU，DSP等）相同，不需增加浮置栅工艺。 

      XPM-RFID芯片示意框图 
  
      天线端子  

      XPM-RFID则是采用将XPM专利技术，应用于RFID芯片中，用XPM存储器替代传统的EEPROM作为ID码存储器件，从而使XPM存储器的优势得到集中的体现。可广泛应用于证件防伪，票务管理，出入控制，电子支付，生产制造，单品识别，物流和供应链管理等领域，具有成本低，工艺兼容性高，保密性高，物理不可擦除等特点。 

     注：来源于《A Novel Embedded OTP NVM Using Standard Foundry CMOS Logic Technology>>,
 Jack Zezhong Peng, ect.   NVSMW  2006, Monetary, CA, USA 

      二、XPM-RFID的工作原理 

     （一）XPM-RFID系统的组成 

      最基本的XPM-RFID系统基本上由三部分组成：电子标签、阅读器和天线(Antenna)。 

      电子标签是射频识别系统的核心，又称为射频标签，其英文名为TAG，也有称为LABEL的。电子标签是射频识别系统真正的数据载体。一般情况下，射频标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；当受无线电射频信号照射时，能反射回携带有数字字母编码信息的无线电射频信号，供阅读器处理识别。依据射频标签供电方式的不同，可以分为有源（Active Tag）和无源（Passive Tag），有源标签内装有电池，无源标签内部没有电池。 

      阅读器是读或读/写电子标签的电子装置，有时也被称为读写器（Reading Device）、查询器（Interrogator）、通讯器或称为读出装置，用以产生发射无线电射频信号并接收由电子标签反射回的无线电射频信号，经处理后获取标签数据信息，有时还可以写入标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。在标签和阅读器间传递射频信号，读写器的天线可以内置也可以外置。 

      （二）XPM-RFID的工作原理 

       读写器是信号产生、发射、接收的设备。它产生的射频信号，经功率放大器放大，通过天线发射出去，同时接收由标签反射回来的信号，经射频接收器进行收发分离，然后进行检波、解调、通过前置放大器放大，送至读出计算机进行处理。电子标签将内存数据反射调制微波载波信号。当载有标签的物体经过通信器时，标签接收到天线发出的微波，对微波信号进行反射调制，通信器接收到标签调制后的信息，还原标签中的“物体信息”，从而达到识别物体的目的。 

      阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码等信息被读取器读取并解码后送至电脑主机进行有关处理。读写器向标签发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存，当所积累的电荷达到2V时，此电容可做为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。 

     （三）XPM-RFID的工作频段 

     对射频识别系统来说，最主要的频率是0~135kHz，以及ISM频率6.78MHz、13.56MHz、27.125MHz、40.68MHz、433.92MHz 、869.0MHz、915.0MHz（在欧洲不使用）、2.45GMHz、5.8GHz以及24.125GHz。典型的射频标签（射频识别系统）工作频率如图所示。 

      三、XPM-RFID与传统技术RFID和条码的优势比较 

      图书馆的日常服务中，通常涉及到人流、物流的管理，需要进行大量的读者和书刊的识别、访问控制、统计等工作，在自动化系统普及的今天，图书馆基本上都采用了条形码技术作为识别方法来实现这些功能。然而，条形码虽然有价格便宜、制作方便等优点，但是也存在一些先天的难以克服的缺点，如因为容易磨损，必须贴在书内，给使用带来不便等，并不完全适合图书馆。而RFID 一方面完全具备条形码的功能，另一方面则有着许多条形码无法实现的新功能，开发、利用这些新功能将给图书馆的传统服务工作带来革命性的改变。 

      而采用RFID技术进行图书馆业务的自动化，就必须要求RFID标签对数据保存的期限、成本的承受能力、数据的安全性等方面都有着极高的要求，而按照目前最通用的基于EEPROM技术的RFID标签，则存在着数据保存时较短、安全性不高、成本较高、数据容易丢失等缺陷。 

      所以，在各种RFID技术中，采用XPM技术是最适合用于RFID图书馆管理系统中的。这不仅有效地解决了数据保存时期和安全性，也相对降低了RFID图书馆管理系统的运行和实施成本，同时也为RFID在图书馆行业的广泛应用提供了充分条件。 

      从上述RFID 的特点可以看出，采用XPM技术的RFID系统与其他RFID技术和条形码相比具有更多优越性( 可参见表1和表2) 。 

功能	条形码	XPM-RFID
读取方便性	读取时需要可看见与清楚	可以很薄且隐藏在包装内仍然可读取资料
读取数量	读取时只能一次一个	可同时读写多个RFID标签
读写能力	资料不可更新	电子标签可以反复被读写
资料容量	储存资料的容量	储存资料的容量大
远距离读写	需要光线等辅助手段	不需光线就可以读写
高速读写	移动中读取有所限制	可以进行高速移动读写
资料准确性	需要靠人工读写，所以有人为疏失的可能性	传送资料靠内置芯片稳定可靠
标签坚固性	当有污渍或损坏将无法读写，即无耐久性	在残酷、恶劣与肮脏的环境下仍然可读写

表1 XPM-RFID与条码功能比较

注：来源于《河南图书馆学刊》，杨向明，2006年12月，中国河南郑州

表2 XPM-RFID与其他RFID技术的比较

      第一，快速扫描。条形码一次只能有一个条形码受到扫描，RFID读写器可同时读取数个XPM-RFID标签，而且可以写入和存取数据，写入时间相比打印条码更少。 

      第二，体积小型化、形状多样化。XPM-RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需要为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，XPM-RFID标签更可往小型化与多样形态发展，以应用于不同产品。 

      第三，抗污染能力和耐久性。传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但XPM-RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。此外，由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损；XPM-RFID标签是将数据存在芯片中，因而可以免受污损。其使用寿命长，而且可以在恶劣环境下工作。 

      第四，可重复使用。现今的条形码印刷上去之后就无法更改，XPM-RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID标签内储存的数据，方便信息的更新。 

      第五，穿透性和无屏障阅读。在被覆盖的情况下，XPM-RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才可以辨读信息。 

      第六，数据的记忆容量大。一维条形码的容量是50Bytes，二维条形码最大的容量可储存2至3000字符，XPM-RFID最大的容量则有256M Bytes。随着记忆载体的发展，数据容量也有不断扩大的趋势。未来物品所需携带的资料量会越来越大，对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。 

      第七，安全性高。由于XPM-RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护和物理特性改变，使其内容不会被伪造及变造。 

      四、XPM-RFID在图书馆中的应用 

      近年来，凯路微电子（KILOWAY）致力于在图书馆领域应用具有自主知识产权的XPM-RFID 技术， 推出了基于XPM-RFID 技术的图书馆管理系统。XPM-RFID 技术在图书馆主要应用于自助借书站、自助还书箱、柜台工作站、馆藏分检系统、机检服务站、电子安全门、书架管理系统等方面。 

     （一）   XPM-RFID图书馆管理系统概述 

      用XPM-RFID技术，不是简单的取代条形码，是以创建全新的服务理念和业务模式为先导，从内容和形式上带动读者服务质量和文献管理水平的提高，使现代图书馆的内涵在数字图书馆的基础上赋予智能化的意义。基于XPM-RFID的智能型图书馆管理系统，可以管理图书馆内各书籍与对象的位置、分布、流通及流向，可增强书籍分类、标码、定位及数据收集，进而大大提高图书馆效率，让图书馆人员有更多的时间协助阅读人士。 

      （二）系统组成 

      XPM-RFID标签可提供便捷的资料管理，又具有防窃保护功能；天线主要提供出入口的保安工作，它能准确地识别出触发警报的每一本书的书名，真正做到没有误报警；柜台工作站是供管理员在办理借还书手续时读取书本的RFID 码，方便图书馆管理员随时携带手持读码器来捕捉书上的智能标签的信息，快速搜索图书，将书架上放乱的书管理归类；自助借还书机能让读者自己办理借阅手续，它由借书卡读写器、RFID读写器、触控式荧幕以及一台收据打印机所组成；自动分拣系统，运用读写器识别标签，达到自动分拣的目的；应用软件以SIP2 的界面，通过以太网络的接口与LAS 以及其它的部件连接，将智能图书馆管理系统与图书馆的流通自动化系统连接起来，给读者和图书馆管理员带来便利。 

     （三）使用XPM-RFID系统的优点 

      1、加快了流通作业的速度 

      XPM-RFID系统在图书馆的应用，缩短了流通服务的所需花费的时间。依靠RFID射频识别技术的支持，借书过程变得十分简单。当用户挑选了几种馆藏资料来到阅读器面前借书时，不再需要象条形码系统那样进行一一扫描，而只需要进行批处理操作，借出状况一下子就清清楚楚地显示在屏幕上。同样，还书过程也是如此。另外，目前大多RFID系统还能够把条形码、磁条、书目信息和流通记录全部整合存储在一起，提供系统识别利用。这样，利用RFID电子标签不仅可以查询书目信息和借阅信息，更可以追寻特定馆藏资料在图书馆中的准确位置，从而加快了流通作业的速度。 

      2、  减轻了出纳台人员的工作量 

      XPM-RFID系统的用户界面非常简单友好，只需跟随屏幕提示进行操作即可轻松完成。用户进行自助借还操作，大大减轻了出纳台人员的工作强度，把他们从重复性劳动中解放出来，可以充实到图书馆其他方面的服务工作中去。 

      3、  增加了防盗监控的功能 

      由于RFID电子标签中包含了条形码和磁条的信息，大多图书馆RFID系统 都具有防盗监控的功能，能够替代图书馆多年以来一直使用的电机防盗监控系统（Electro-Mechanical，简称EM）和射频防盗监控系统（Radio Frequency，简称RF）。 

      4、  提高了典藏管理的效率 

      XPM-RFID系统在书库典藏管理方面所发挥出来的独一无二的优势，是条形码系统所无法比拟的。当书库管理人员在进行图书盘点或顺架作业时，利用RFID远距离读取、批次处理的特点，无须将书一一从架上拿出，只要手持阅读器掠过书架，即可全自动瞬间读取大量标签的信息，并对乱架及丢失的情况了然于胸。XPM-RFID系统大幅度减少了追踪查找馆藏资料的时间，提高了查询和盘点的精确度，节省了对人力资源的消耗。 

      5、  电子标签比条形码寿命长 

      由于采用了非接触式的读取方式，加上具有防水、防磁、耐高温的特性，RFID电子标签的寿命比条形码长得多。每个电子标签最少能被读取十万次以上。这样，电子标签一旦贴上后就可以长期使用。 

      6、数据保持力 
    由于采用物理上不可擦写的方法，相比采用高压电盒来进行储存数据，采用EEPROM技术的RFID数据则最多保存10年，而XPM-RFID的数据保持力可达100年以上。 

      7、成本优势 

      XPM-RFID芯片是当今世界上唯一的可用最先进的标准CMOS逻辑工艺（当前为0.18μm和0.13μm）制造的RFID芯片。它采用100%的深亚微米标准CMOS工艺，不需增加浮置栅工艺。所以，在同样的工艺档次上，XPM存储器比传统的EEPROM或Flash存储器成本降低30%。又由于XPM存储器可应用最先进的CMOS工艺（0.13um）生产，芯片面积(Die Size) 为0.25umCMOS工艺的1/4，所以产品的最终成本可进一步降低。因此XPM-RFID比采用其他技术的RFID更具成本优势。在大批量的RFID进行应用时，其标签成本可降低在5美分以下。 

      五、XPM-RFID系统的发展趋势 

      由于目前我国图书馆的发展现状与XPM-RFID 的实现存在一定的差距，XPM-RFID 在中国图书馆领域的推广和应用受到各种因素的制约，即使少数有实力的图书馆在短期内能实现RFID ，但对于多数图书馆来说，实现RFID 则需要较长时间的努力。但是，RFID 可以让图书馆实现真正的智能化管理，通过RFID 技术可以为读者提供简捷迅速的自助式服务，提高图书管理员的工作效率，为图书馆节省人力，为读者提供安全的环境。XPM-RFID 所具备的独特优势是其它识别技术无法比拟的，XPM-RFID 系统是图书馆管理系统的发展趋势，它将最终取代和淘汰目前广泛使用的条形码识别技术。 

      我国一些图书馆已经认识到RFID 的先进性和优越性，正在为逐步实现RFID 而努力。深圳图书馆经过系统的前期论证和实地应用考察，已经采用了RFID 系统，这标志着深图率先实现了自动化图书馆向智能化图书馆的转变，也意味着中国图书馆界向RFID 技术迈进了一步。同时，武汉图书馆、国家图书馆、集美大学诚毅图书馆都已经实施了RFID图书馆管理系统。现在国际上正致力于将标签价格降至50美分，如果实现，RFID 将会大规模在图书馆使用。我们坚信，随着RFID 技术的不断改进、RFID 技术标准的统一、RFID 相关设备价格的调整以及国内图书馆发展观念的更新、图书馆适当加大经费投入，通过各方面的共同努力，在不久的将来，RFID 在中国图书馆领域会日益推广和普及，RFID 技术的应用将推动我国数字图书馆的建设与发展。