本发明涉及一种基于物联网技术的智能图书柜，还涉及一种基于物联网技术的智能图书柜系统及其控制方法，属于智能化图书管理术领域。
背景技术：
随着国家经济的发展，人民生活质量的提高，各行各业信息化程度越来越高，很多领域也由信息化转向智慧化发展，其中图书管理行业也正在发生变化。目前，图书柜的需求日渐增长，图书柜相对于开放式图书馆有着独特的优势，比如：可快速部署，不受位置、地域限制，24h开放，为广大群众提供了更多的阅读机会。但是，市场上投放的图书柜存在无法监控设备运行状态，难以统一管理、运维等技术缺陷，因此亟待做智能化的改进。
技术实现要素：
针对上述现存的技术问题，本发明提供一种基于物联网技术的智能图书柜、系统及其控制方法，以对图书柜提供多功能、智能化的统一管理，实现完成借书、还书、预借等功能。
为实现上述目的，本发明提供一种基于物联网技术的智能图书柜，包括主柜和副柜；所述的主柜上安装有人脸识模块、显示触控屏、ic/身份证识别模块、指纹识别模块、条形码/二维码识别模块和语音模块；所述的主柜内安装有通讯模块、灯控模块、电源模块、rfid读写器和终端系统单元；所述的副柜柜顶安装有摄像头，柜门上安装有智能锁模块，柜内每一层均安装有led灯带和rfid天线；且终端系统单元分别连接显示触控屏、ic/身份证识别模块、指纹识别模块、人脸识模块、rfid模块、条形码/二维码识别模块、电源模块、智能锁模块、灯控模块、语音模块、通讯模块、视频监控模块和传感器。
其中，所述的显示触控屏用于内容展示和人机交互。
所述的ic/身份证识别模块、指纹识别模块、人脸识别模块，分别用于采集ic卡信息和身份证信息、指纹信息、人脸信息，并发送给终端系统单元，然后经通讯模块发送至云端，以进行读者身份验证。
所述的rfid模块包括rfid读写器和rfid天线，rfid读写器通过rfid天线读取副柜中图书的信息，并经终端系统单元上传至云平台，以找出被拿走或被放回的图书。rfid模块采用的是超高频rfid技术，其具有能一次性读取多个标签、穿透性强、可多次读写、数据的记忆容量大，无源电子标签成本低，体积小，使用方便，可靠性和寿命高等特点，用于读取图书信息，书名id、书名、作者、出版社、出版时间、索引号等。
所述的条形码/二维码识别模块用于识别读者证上的条码、二维码，并经系统控制单元传递给云平台，并通过云平台搜索来验证读者身份；所述的条形码/二维码识别模块还用于识别图书上的条码、二维码，并通过云平台检索图书信息。
所述的电源模块用于为所有硬件提供工作电源。
所述的智能锁模块由电控锁和控制器部分组成，副柜有若干个子柜组成，每个子柜都由一个智能锁控制柜门，智能锁模块通过终端系统单元控制副柜柜门上的电控锁。
所述的灯控模块连接光照传感器，副柜中有若干led灯带，灯控模块根据环境亮度来控制led灯带自动开启和关闭，实现灯光的自动化。
所述的语音模块用于播放语音操作提示，实现人机交互过程中的语音操作提示，增强人机交互体验感。
所述的通讯模块用于终端系统单元接入互联网，实现访问云平台。
所述的视频监控模块用于通过终端系统单元控制摄像头。
所述的云平台用于在线管理设备硬件，运行状态监控、设备故障反馈、软件在线升级。
本发明还提供一种基于物联网技术的智能图书柜系统，包括中心服务器，分别与之连接的至少一个权利要求1所述的智能图书柜、至少一个移动终端设备以及一个数据中心；所述的中心服务器用于统一管理智能图书柜；所述的移动终端设备用于通过app访问中心服务器来获取数据；所述的数据中心用于存储着所有数据。
上述技术方案包含了智能化图书柜、云平台、客户端，其中智能化图书馆包含硬件、终端客户端应用程序，终端设备通过4g网络连接云平台。中心服务器提供包含saas平台、总后台等服务。saas平台提供图书管理、视频监控、巡检、大数据分析等服务。总后台主要提供运营、运维服务、saas服务配置的业务。通过云平台即可实现统一管理设备、监控设备，及时反馈和处理设备异常、统计数据，并可视化，实现数据决策分析。
本发明还提供一种基于物联网技术的智能图书柜系统的控制方法，读者证的办理流程如下：
1-1、读者通过显示触控屏的菜单选择办证功能；
1-2、ic/身份证识别模块读取读者的身份证信息：当未能读取身份证信息时，系统会反馈提示，读者可选择继续或退出；当读取身份证信息成功后，系统进入下一步；
1-3、中心服务器查询数据中心的读者数据库是否存在与该读者信息身份证id相同的读者：当查询结果为存在该读者，系统则反馈提示读者，身份证已经办理；当查询结果为空时，系统将自动办理读者证，办理成功后，读者将可以使用身份证进行借阅；
1-4、读者办理读者证成功后，可以在读者中心添加个人的人脸或指纹，添加后身份认证就能通过指纹或人脸完成认证。
并且，本发明还提供一种基于物联网技术的智能图书柜系统的控制方法，读者借还书操作的具体步骤如下：
2-1、读者通过智能图书柜显示触控屏上的界面菜单，选择借还书功能；
2-2、系统进行身份认证，界面上会提供ic/身份证认证、人脸识别、指纹识别、二维码/条形码识别四种认证方式，读者可根据自身办理的实际情况，选择其中一种完成认证。当认证失败时，系统会提示；当认证成功后，系统会进入下一个操作；
2-3、选择界面上副柜柜门的编号，并点击打开，智能锁模块执行指令，打开相应柜门的智能锁；
2-4、读者在柜门打开后，选择要借阅的书籍并拿出，或归还借阅的书籍，然后关闭柜门；
2-5、柜门关闭后，系统将盘点书柜，通过比对数据中心的馆藏图书数据，确定读者拿走的书籍数量或归还的书籍数量，并更新读者的借阅数据和图书的借阅数据；
2-6、由于图书的借阅天数是有限的，系统会定时给读者发送归还书籍的短信与微信公众号消息，提醒读者及时归还书籍。
进一步的，所述的智能锁状态转换的具体步骤如下：
3-1、系统在闲置过程中，由读者发起开锁指令；
3-2、若副柜的智能锁开锁失败，则系统收到开锁失败信息后将再次发送开锁指令，最终将发送三次开锁指令，当三次都失败，则系统发出语音提示，并发送智能锁异常的消息至云平台，智能锁由闲置状态转换为异常状态，由售后人员修复，之后智能锁由异常状态转换为空闲状态；若开锁成功，智能锁由闲置状态转换为开锁状态；
3-3、读者在限定时间内关闭副柜柜门，则智能锁由开锁状态转换为关锁状态；读者超时未关闭副柜柜门，则系统会执行10s一次的语音提醒，且智能锁由开锁状态转换为异常状态，直至读者关闭副柜柜门或售后人员关闭副柜柜门，该柜门的智能锁才会由异常状态转换为闲置状态。
再者，本发明还提供一种基于物联网技术的智能图书柜系统的控制方法，图书管理人员在线盘点图书柜的具体操作步骤如下：
4-1、图书管理人员通过中心服务器的客户端，选择盘点功能，支持单台盘点或多台盘点；
4-2、选择要盘点的智能图书柜后开始盘点，中心服务器根据盘点操作信息，发送至对应的智能图书柜；
4-3、智能图书柜收到盘点指令，调用rfid模块，根据副柜编号依次启用rfid天线8扫描副柜中图书的条形码/二维码；
4-4、当所有rfid天线都完成扫描后，将本智能图书柜的盘点数据上传至中心服务器，中心服务器将盘点数据与数据中心存储的本柜馆藏图书信息进行比对；确认在柜图书、借阅图书、丢失图书，然后更新数据中心，并反馈给中心服务器的客户端，并将结果可视化展示给图书管理人员。
综上，本发明通过物联网技术解决了现有技术中无法大规模管理图书柜、运维难、监控难等技术问题，并提供了更丰富的服务。相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、通过构建物联网，实现了平台统一管理和监控、运维智能图书柜。
2、读者可通过手持移动终端，进行预借书籍、查询图书位置、附近的图书柜位置。
3、实现了智能图书柜和读者信息大数据统计分析，精准推送。
4、图书管理人员通过中心服务器即可实现在线盘点图书柜业务，无需现场盘点，降低了时间成本和人力成本。
附图说明
图1为本发明智能图书柜的结构示意图；
图2为本发明智能图书柜的电原理框图；
图3为本发明智能图书柜系统的原理框图；
图4为本发明智能图书柜的办证流程图；
图5为本发明智能图书柜的借还书流程；
图6为本发明智能体书柜的门锁状态转换图；
图7为本发明在线盘点智能图书柜图书的方框图；
图中：1、摄像头，2、主柜，3、副柜，4、人脸识模块，5、led灯带，6、显示触控屏，7、智能锁模块，8、rfid天线，9、ic/身份证识别模块，10、指纹识别模块，11、条形码/二维码识别模块，12、语音模块，13、通讯模块，14、灯控模块，15、电源模块，16、rfid读写器，17、终端系统单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2所示，包括主柜2和副柜3；所述的主柜2上安装有人脸识模块4、显示触控屏6、ic/身份证识别模块9、指纹识别模块10、条形码/二维码识别模块11和语音模块12；所述的主柜内安装有通讯模块13、灯控模块14、电源模块15、rfid读写器16和终端系统单元17；所述的副柜3柜顶安装有摄像头1，柜门上安装有智能锁模块7，柜内每一层均安装有led灯带5和rfid天线8；且终端系统单元17分别连接显示触控屏6、ic/身份证识别模块9、指纹识别模块10、人脸识模块4、rfid模块、条形码/二维码识别模块11、电源模块15、智能锁模块7、灯控模块14、语音模块12、通讯模块13、视频监控模块和传感器。
其中，所述的显示触控屏6用于内容展示和人机交互。
所述的ic/身份证识别模块9、指纹识别模块10、人脸识别模块4，通过usb接入终端系统单元17，分别用于采集ic卡信息和身份证信息、指纹信息、人脸信息，并发送给终端系统单元17，然后经通讯模块13发送至云平台，以进行读者身份验证。
所述的rfid模块通过232串口接入终端系统单元17，包括rfid读写器16和rfid天线8。副柜3中的每层书柜都有若干个rfid天线8，当读者从书柜上拿出或放回图书，并关闭副柜3柜门后，rfid读写器16通过rfid天线8读取副柜中图书的信息，并经终端系统单元17上传至云平台，云平台经过计算找出被拿走或被放回的图书。
所述的条形码/二维码识别模块11用于识别读者证上的条码、二维码，并经系统控制单元17传递给云平台，并通过云平台搜索来验证读者身份；所述的条形码/二维码识别模块11还用于识别图书上的条码、二维码，并通过云平台检索图书信息。
所述的电源模块15为ac220转dc12v的电源变压器，通过变压为智能柜上的所有硬件提供工作电源。
所述的智能锁模块7用于通过终端系统单元控制副柜3柜门上的智能锁。
所述的灯控模块14连接光照传感器，光照传感器实时采集环境亮度，当光照亮度小于阈值时，灯控模块14接通led灯带5的电源；当光照亮度大于阈值时，灯控模块14断开led灯带5的电源。实施时，还可以通过灯控模块14对led灯带5配置定时开启、定时关闭等功能，根据定时时间，灯控模块14控制led灯带5电源的接通和断开；通过云平台也可以对led灯带5进行远程控制的开启和关闭，并监测灯控模块14的状态，以及led灯带5是否正常接通或断开电源。
所述的语音模块11用于播放语音操作提示。当读者操作终端系统单元17的应用程序时，语音模块11通过播放语音操作提示，以帮助提示读者进行操作。语音内容由终端系统单元17输出，并通过喇叭进行播放。
所述的通讯模块13是一个4g模块，终端系统单元17的主板通过rj45口接入4g模块，从而接入外网络，从而实现了访问云平台，实现数据交互，增加部署的简易性。
所述的视频监控模块用于通过终端系统单元17控制摄像头1，实时采集视频画面，存入nvr，并通过rj45接入通讯模块13，实现对云平台的访问。同时，系统能够通过视频监控模块实现远程监控，监控智能图书柜周围的环境和副柜3的柜门。并且，摄像头由nvr组成，具有24h监控、远程监控、抓拍等功能。
所述的终端系统单元包含了基于x86方案的主板和lcd液晶显示屏和触控版，载有win7系统和终端应用程序，启用应用程序进行人机交互，即可调用设备模块，进行信息采集和业务办理；并通过通讯模块s12接入互联网，实现访问云平台。
所述的云平台用于在线管理设备硬件，运行状态监控、设备故障反馈、软件在线升级。
如图3所示，本智能图书柜系统包括中心服务器，分别与之连接的至少一个上述智能图书柜、至少一个手持移动终端设备以及一个数据中心。其中，所述的中心服务器用于统一管理若干个智能图书柜。所述的移动终端设备用于通过app访问中心服务器来获取数据，例如查询附近的智能图书柜，查询图书位置等。所述的数据中心用于存储着所有数据，为服务做支撑。
如图4所示，本智能图书柜系统提供办证功能，读者若想通过智能图书柜完成借书、还书、预借等功能，需要先使用二代身份证办理读者证，只有办理读者证的读者才能使用本智能图书柜，以下为办证流程：
1-1、终端系统单元17运行，读者通过显示触控屏6的菜单选择办证功能开始办证操作。
1-2、终端系统单元17调用ic/身份证识别模块，读取读者的身份证信息。当未能读取身份证信息时，系统会反馈提示，读者可选择继续或退出；当读取身份证信息成功后，系统进入下个判断。
1-3、中心服务器查询数据中心的读者数据库是否存在与该读者信息身份证id相同的读者：当查询结果为存在该读者，系统则反馈提示读者，身份证已经办理；当查询结果为空时，系统将自动办理读者证，办理成功后，读者将可以使用身份证进行借阅。
1-4、读者办理读者证成功后，可以在读者中心添加个人的人脸或指纹，添加后身份认证就能通过指纹或人脸完成认证。
如图5所示，读者通过智能图书柜系统进行借还书操作的具体步骤如下：
2-1、读者通过智能图书柜显示触控屏6上的界面菜单，选择借还书功能。
2-2、系统进行身份认证，界面上会提供ic/身份证认证、人脸识别、指纹识别、二维码/条形码识别四种认证方式，读者可根据自身办理的实际情况，选择其中一种完成认证。当认证失败时，系统会提示；当认证成功后，系统会进入下一个操作。
2-3、选择界面上副柜3柜门的编号，并点击打开，智能锁模块7执行指令，则相应的柜门打开。
2-4、读者在柜门打开后，选择要借阅的书籍并拿出，或归还借阅的书籍，然后关闭柜门。
2-5、柜门关闭后，系统将盘点书柜，通过比对数据中心的馆藏图书数据，确定读者拿走的书籍数量或归还的书籍数量，并更新读者的借阅数据和图书的借阅数据。
2-6、由于图书的借阅天数是有限的，系统会定时给读者发送归还书籍的短信与微信公众号消息，提醒读者及时归还书籍。
进一步的，如图6所示，本发明智能图书柜系统的智能锁状态转换的具体步骤如下：
3-1、系统在闲置过程中，由读者发起开锁指令。
3-2、若副柜3的智能锁开锁失败，则系统收到开锁失败信息后将再次发送开锁指令，最终将发送三次开锁指令，当三次都失败，则系统发出语音提示，并发送智能锁异常的消息至云平台，智能锁由闲置状态转换为异常状态，由售后人员修复，之后智能锁由异常状态转换为空闲状态；若开锁成功，智能锁由闲置状态转换为开锁状态。
3-3、读者在限定时间内关闭副柜3柜门，则智能锁由开锁状态转换为关锁状态；读者超时未关闭副柜3柜门，则系统会执行10s一次的语音提醒，且智能锁由开锁状态转换为异常状态，直至读者关闭副柜3柜门或售后人员关闭副柜3柜门，该柜门的智能锁才会由异常状态转换为闲置状态。
如图7所示，图书管理人员通过中心服务器即可实现在线盘点图书柜业务，具体操作步骤如下：
4-1、图书管理人员通过中心服务器的客户端，选择盘点功能，支持单台盘点或多台盘点。
4-2、选择要盘点的智能图书柜后开始盘点，中心服务器根据盘点操作信息，发送至对应的智能图书柜。
4-3、智能图书柜收到盘点指令，调用rfid模块，根据副柜3编号依次启用rfid天线8扫描副柜3中图书的条形码/二维码。
4-4、当所有rfid天线8都完成扫描后，将本智能图书柜的盘点数据上传至中心服务器，中心服务器将盘点数据与数据中心存储的本柜馆藏图书信息进行比对。确认在柜图书、借阅图书、丢失图书，然后更新数据中心，并反馈给中心服务器的客户端，并将结果可视化展示给图书管理人员。
综上，本发明基于物联网技术的智能图书柜系统的采集层有ic/身份证识别模块、指纹识别模块、人脸识别模块、光照传感器、视频监控模块，通讯层有通讯模块，应用层有设备管理、设备运维、图书管理、读者管理、图书流通管理等服务应用，还可以通过lbs服务，手机客户端查找附近的图书柜，进行导航，或者通过查找热门书籍或者自己喜欢的书籍，然后计算出距离最近的图书柜，提供导航服务。
1.一种基于物联网技术的智能图书柜，其特征在于，包括主柜和副柜；
所述的主柜上安装有人脸识模块、显示触控屏、ic/身份证识别模块、指纹识别模块、条形码/二维码识别模块和语音模块；所述的主柜内安装有通讯模块、灯控模块、电源模块、rfid读写器和终端系统单元；
所述的副柜柜顶安装有摄像头，柜门上安装有智能锁模块，柜内每一层均安装有led灯带和rfid天线；
且终端系统单元分别连接显示触控屏、ic/身份证识别模块、指纹识别模块、人脸识模块、rfid模块、条形码/二维码识别模块、电源模块、智能锁模块、灯控模块、语音模块、通讯模块、视频监控模块和传感器。
所述的显示触控屏用于内容展示和人机交互；
所述的ic/身份证识别模块、指纹识别模块、人脸识别模块，分别用于采集ic卡信息和身份证信息、指纹信息、人脸信息，并发送给终端系统单元，然后经通讯模块发送至云平台，以进行读者身份验证；
所述的rfid模块包括rfid读写器和rfid天线，rfid读写器通过rfid天线读取副柜中图书的信息，并经终端系统单元上传至云平台，以找出被拿走或被放回的图书；
所述的条形码/二维码识别模块用于识别读者证上的条码信息，并经系统控制单元传递给云平台，并通过云平台搜索来验证读者身份；所述的条形码/二维码识别模块还用于识别图书的标签，并通过云平台检索图书信息；
所述的电源模块用于为所有硬件提供工作电源；
所述的智能锁模块用于通过终端系统单元控制副柜柜门上的智能锁；
所述的灯控模块连接光照传感器，用于根据环境亮度来控制led灯带5；
所述的语音模块用于播放语音操作提示；
所述的通讯模块用于终端系统单元接入互联网，实现访问云平台；
所述的视频监控模块用于通过终端系统单元控制摄像头；
所述的云平台用于在线管理设备硬件，运行状态监控、设备故障反馈、软件在线升级。
2.一种基于物联网技术的智能图书柜系统，其特征在于，包括中心服务器，分别与之连接的至少一个权利要求1所述的智能图书柜、至少一个移动终端设备以及一个数据中心；所述的中心服务器用于统一管理智能图书柜；所述的移动终端设备用于通过app访问中心服务器来获取数据；所述的数据中心用于存储着所有数据。
3.一种基于物联网技术的智能图书柜系统的控制方法，其特征在于，读者证的办理流程如下：
1-1、读者通过显示触控屏的菜单选择办证功能；
1-2、ic/身份证识别模块读取读者的身份证信息：当未能读取时，系统反馈提示，读者可选择继续或退出；当读取成功后，系统进入下一步；
1-3、中心服务器查询数据中心的读者数据库是否存在该读者身份证：当查询结果为存在时，系统则反馈提示，身份证已经办理；当查询结果为空时，系统将自动办理读者证；
1-4、读者证办理成功后，添加个人的人脸或指纹信息。
4.一种基于物联网技术的智能图书柜系统的控制方法，其特征在于，读者借还书操作的具体步骤如下：
2-1、读者通过显示触控屏的菜单选择借还书功能；
2-2、系统进行身份认证，读者从界面上提供的ic/身份证认证、人脸识别、指纹识别、二维码/条形码识别四种认证方式中选择一种完成认证；当认证失败时，系统会提示；当认证成功后，系统会进入下一步；
2-3、选择界面上副柜柜门的编号，并点击打开，智能锁模块执行指令，打开相应柜门的智能锁；
2-4、读者在柜门打开后，将要借阅的书籍并拿出，或归还借阅的书籍，然后关闭柜门；
2-5、柜门关闭后，系统将盘点书柜，通过比对数据中心的馆藏图书数据，确定读者拿走的书籍数量或归还的书籍数量，并更新读者的借阅数据和图书的借阅数据；
2-6、系统会定时给读者发送归还书籍的短信与微信公众号消息，提醒读者及时归还书籍。
5.根据权利要求4所述的一种，其特征在于，所述的智能锁状态转换的具体步骤如下：
3-1、系统在闲置时，由读者发起开锁指令；
3-2、若副柜的智能锁开锁失败，则系统收到开锁失败信息后将再次发送开锁指令；最终将发送三次开锁指令，当三次都失败，则系统发出语音提示，并发送智能锁异常的消息至云平台，智能锁由闲置状态转换为异常状态，由售后人员进行修复，之后智能锁由异常状态转换为空闲状态；若开锁成功，则智能锁由闲置状态转换为开锁状态；
3-3、读者在限定时间内关闭副柜柜门，则智能锁由开锁状态转换为关锁状态；读者超时未关闭副柜柜门，则系统会执行10s一次的语音提醒，且智能锁由开锁状态转换为异常状态，直至读者或售后人员关闭柜门，该柜门的智能锁才会由异常状态转换为闲置状态。
6.一种基于物联网技术的智能图书柜系统的控制方法，其特征在于，图书管理人员在线盘点图书柜的具体操作步骤如下：
4-1、图书管理人员通过中心服务器的客户端，选择盘点功能，支持单台盘点或多台盘点；
4-2、选择要盘点的智能图书柜后开始盘点，中心服务器根据盘点操作信息，发送至对应的智能图书柜；
4-3、智能图书柜收到盘点指令，调用rfid模块，根据副柜编号依次启用rfid天线扫描副柜中图书的条形码/二维码；
4-4、当所有rfid天线都完成扫描后，将本智能图书柜的盘点数据上传至中心服务器，中心服务器将盘点数据与数据中心存储的本柜馆藏图书信息进行比对；确认在柜图书、借阅图书、丢失图书，然后更新数据中心，并反馈给中心服务器的客户端，并将结果可视化展示给图书管理人员。
技术总结