一种图书锁紧装置及书柜共享系统的制作方法

本发明涉及图书借阅领域，具体涉及一种图书锁紧装置及书柜共享系统。

背景技术：

过去借阅图书或绘本图书，靠人工来完成，后来，开始出现无人借书柜。无人借书柜书籍放在一个一个的小框内，外面有门锁上。无人借书机通过手机扫二维码，完成用户注册。用户点击借书或还书，点击过程中，计算机大数据云平台将用户要选择的书所在的书柜打开，书柜打开后，用户借书或还书，完成借阅过程。在借阅中每本书籍采用rfid无线射频识别技术对该书籍进行跟踪、管理。该种方式主要针对公共场所。也有另一种方式，除了用手机外，还必须用身份证。其原理大同小异。

针对特定的场所(主要是学校)，目前基本采用开放式的无人借书柜。其特点是：书籍没有用小框锁定。采用将书籍用挂钩形式锁定。用户能摸到书，但书籍用挂钩挂着，用户无法取下来阅读。用户采用刷卡的方式对书籍进行借还。即每个学生办理一张卡，针对要借阅的书籍，通过刷卡的方式进行借阅。

针对学生的借阅书籍方式，采用刷卡方式借阅书籍。通过学生办理卡，然后，每次根据自己要借阅的书籍，将书籍上方的手柄搬动，把书移动到指定的位置，然后用卡去刷指定位置上方的读卡器，在指定位置的书籍就释放出来，这样完成借书。如果换书，将有空隙的插孔搬动到指定位置，将卡刷读卡器，空隙的插孔打开，书籍往上插入，插孔锁定书籍，完成还书。

现有技术的技术方案：采用圆盘式的结构将书籍挂上，当学生想借阅某本书籍时，用手去转动圆盘到指定位置，然后，用卡去识别指定位置的读卡器，书就从挂钩处释放。

现有技术的缺点：

1采用刷卡式借阅模式。存在问题：a幼儿好动，容易掉卡，如卡掉了后，无法借阅绘本书籍。b如果忘记带卡，则不能借阅书籍。

2对要借阅的书，选定后，要采用手动搬动圆盘模式。(对要借阅的书籍，通过手放置在相应的手把柄上，移动手柄圆盘转动，把书籍移动到指定的位置，对书籍进行借阅。因为只有指定位置才有机构将锁定的书籍进行释放或锁定，其他位置没有机构可以实现借阅)存在问题：安全隐患。因为幼儿力量小，在移动手柄过程中，如果不注意，有可能损伤到手臂。

3圆盘移动模式。因为圆盘只有一个机构将锁定的书籍进行释放或锁定，幼儿在借阅中，通过移动手柄的办法进行借阅，耽误时间。存在问题：效率低下，耽误时间，不方便。(一个圆盘上锁定30本以上的书籍，移动手柄很花费时间，如果有2人及以上准备借阅，其他人只有等待，因为只有1个机构释放书籍。)

4圆盘移动模式。因为只有1个机构锁定和释放书籍，通过人搬动手柄方式操作，机械机构卡、坏现象严重。存在问题：不能长期稳定运行。

5刷卡借阅芯片设计为一对一借阅模式。(借还通过刷卡完成闭循环的借一还模式)存在问题：不人性化。针对节假日或寒暑假，幼儿无法多借阅书籍回家阅读。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种便于查看书目、使用方便图书锁紧装置及书柜共享系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种图书锁紧装置，包括连接装置、锁定装置和伸缩装置；

所述的连接装置包括挂钩和连接环，连接环与图书连接，且连接环与挂钩相连；

挂钩包括端头部、连接部和安装部，连接部设置在端头部与安装部之间；

锁定装置包括锁定本体，锁定本体上设置锁孔；锁定本体与连接件固定；

伸缩装置包括伸缩驱动装置，连接件由伸缩驱动装置带动。

作为优选方式，伸缩装置还包括与连接件配合设置的驱动件，驱动件由伸缩驱动装置带动。

作为优选方式，连接环为钢环，在图书的左上角打孔，钢环穿过图书的过孔，钢环的两端焊接在一起。

作为优选方式，锁定装置还包括固定壳体，固定壳体设置在锁定本体外；

锁定本体包括锁定端和支杆，固定壳体上设置一个安装槽，锁定端设置在该安装槽内，支杆穿过安装槽底部并与连接件固定；

锁定端与安装槽底部之间设置有弹簧；

固定壳体上还设置有一个自上而下的通孔。

作为优选方式，端头部由圆台和第一圆柱构成，连接部包括第二圆柱，安装部包括第三圆柱；

锁孔的截面为一个大圆与小圆重叠后的轮廓形状，第一圆柱的直径比大圆的直径小，第一圆柱的直径比小圆的直径大，第二圆柱的直径比小圆直径小。

基于图书锁紧装置的书柜共享系统，书柜上安装导轨，导轨上设置可移动的安装座，安装座连接传动皮带，传动皮带由电机带动；

电机和伸缩驱动装置连接控制装置；

导轨的旁边安装若干锁定本体。

作为优选方式，书柜上安装至少两排导轨，导轨至少设置两列，每个导轨对应的电机分别连接至控制装置；

控制装置包括上位机和下位机，上位机包括计算机和/或大数据云平台，下位机包括plc和/或单片机和/或pcba主板；

上位机用于图书借阅管理、存储数据、下发控制指令；下位机用于接受上位机指令，并控制电机以及伸缩驱动装置。

作为优选方式，包括：

书柜：用于存放书籍；

锁紧装置：接到指令后将书释放或将书锁住；

借阅终端：采用人脸识别技术进行用户验证，用户能通过人脸识别系统对书籍进行借阅,作为上位机控制锁紧装置；

大数据云平台：存储用户信息，控制终端机，用户借阅权限计算,后台管理,与用户交流的使用；

手机微信小程序：实时知道用户关联人的借还信息；

nfc芯片：每本书籍安装nfc芯片，实时知道用户借阅的书籍；

扫码枪：通过扫码枪读取nfc芯片信息，将每本书籍的信息存储在大数据云平台。

作为优选方式，通过借阅终端实现人脸注册、用户人脸验证、图书借书或者还书；借阅终端中的人脸识别系统包括人体感应模组、语音模块、stm32系统、驱动模块、摄像头、触摸屏、显示屏以及pcba主板，pcba主板的通信模块带有wifi及4g物联卡接口；人脸识别系统通过通信模块，与大数据云平台无缝对接；

人体感应模组:当用户靠近人体识别系统附近时,系统能获知人员进入人脸识别系统范围；语音模块:为用户人脸识别、借还书操作提供语音提示；stm系统：为人脸识别系统的处理和控制系统；摄像头：获取用户图像信息；触摸屏：获取用户操作选择信息；显示屏：显示用户操作及选择信息；通信模块：实现人脸识别系统与大数据云平台的数据通信；pcba主板实现人脸识别模块的组装和集成；

用户人脸注册:用户通过手机注册后，大数据云平台将用户注册信息传递给借阅终端的人脸识别系统，人脸识别系统根据接收的信息判断借阅人是否为注册用户，如果是注册用户，则书柜上的人脸识别系统允许用户录入人脸信息；用户录入人脸信息后，可以开始借阅书籍；

用户借书：每本书籍挂钩上方均有一个带指示灯的按钮，用户点击按钮，指示灯闪烁，声音提示：可以借书；用户在人脸识别显示屏上进行人脸识别，识别到正常用户后，书籍自动从挂钩处释放，完成借书流程；

借书完成后，人脸识别系统将客户借阅信息传递给大数据云平台；

书籍上设置nfc芯片，人脸识别系统自动根据人脸及读码器信息进行综合判断出用户借书的书名等信息，计算机大数据云平台得到信息后，自动向用户的关联人发送借阅书籍的信息；

用户还书：用户按下书架上空余位置的按钮后，该位置指示灯闪烁提示，同时有语音提示，用户将书籍插入该空余的插孔，指示灯熄灭，完成还书过程；

用户还书后，人脸识别系统将相关信息进行比对，信息正确，完成借阅的闭循环，同时将相关信息传递给计算机大数据云平台，计算机大数据云平台再向用户的关联人发送还书信息；

书籍上下架管理：图书管理员在人脸识别后，可进行书籍的上架和下架管理；下架时，书架上的书依次逐一掉下；上架时，书架上的空位指示灯依次闪烁，提示插入书籍，书籍插入完成后，指示灯熄灭，下一指示等闪烁，继续下一本书的上架，直至全部上架或退出上架操作；

书籍上下架完成后，借阅终端记录图书管理员上下架操作情况，同时将相关信息传递给计算机大数据云平台；

借阅终端与大数据云平台保持实时通信：借阅终端实时发送用户注册信息、用户借还书籍信息、新书上架信息；终端在数据初始化的时候，将从大数据云平台获取用户信息、用户人脸信息、用户借阅信息、用户借阅权限信息；借阅终端在运行过程中，将实时获取终端启停、用户账户启停、新用户注册、用户权限变更等信息。

作为优选方式，通过大数据云平台实现图书借阅后台运行管理、借阅终端控制、与手机端用户的交换；大数据云平台包括基础管理、书籍管理、借阅管理、消息推送、运营管理、系统管理；

基础管理实现学校信息、用户信息、用户权限、终端启停等管理；书籍管理实现书籍的分类及基础信息管理、书籍报损、书籍盘点；借阅管理能根据不同的管理要求制定借阅规则、逾期处理规则等管理规则，根据管理方案和用户已借阅情况计算出用户当天的借阅权限，并下发到各借阅终端，根据用户借阅记录进行还书和逾期提醒；消息推送向用户推送通知公告、新书上架、借还书籍情况等信息；运营管理可实时统计各终端用户情况、书籍借阅情况；系统管理能监控各借阅终端运行参数及故障。

本发明的有益效果是：

通过伸缩装置开锁，用户不必直接操作锁紧装置，安全性高、开锁效率高；每个挂钩对应一本图书，各个图书相互独立，互不影响，便于翻阅。共享系统方便用户借书，且相对于传统的借书方式，引入了人脸识别，对于没有识字能力的幼儿特别适用。

附图说明

图1为本发明结构示意图之一；

图2为本发明结构示意图之二；

图3为本发明挂钩锁定状态示意图之一；

图4为本发明挂钩锁定状态示意图之二；

图5为本发明挂钩释放状态示意图之一；

图6为本发明挂钩释放状态示意图之二；

图7为挂钩锁定位置示意图；

图8为挂钩释放位置示意图；

图9为挂钩连接图书的示意图；

图10为挂钩结构示意图；

图11为图书锁紧装置安装在书柜上的结构示意图；

图12为系统结构示意图；

图13为系统原理图；

图14为本发明显示界面之一；

图15为本发明界面结构示意图；

图16为本发明显示界面之二；

图17为本发明登录界面示意图；

图18为本发明显示界面之三；

图19为本发明显示界面之四；

图20为本发明显示界面之五；

图21为本发明显示界面之六；

图22为本发明显示界面之七；

图23为本发明人脸识别界面示意图；

图24为本发明显示界面之八；

图25为本发明显示界面之九；

图26为“图书管理员”界面；

图27为本发明显示界面之十；

图28为本发明显示界面之十一；

图29为本发明显示界面之十二；

图30为本发明显示界面之十三；

图31为本发明显示界面之十四；

图32为本发明显示界面之十五；

图33为本发明借阅终端的结构示意图；

图中，1-安装座，2-伸缩驱动装置，3-连接件，4-固定壳体，5-挂钩，6-钢环，7-图书，8-弹簧，9-锁定本体，10-书柜。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1-图11所示，一种图书7锁紧装置，包括连接装置、锁定装置和伸缩装置；

所述的连接装置包括挂钩5和连接环，连接环与图书7连接，且连接环与挂钩5相连；

挂钩5包括端头部、连接部和安装部，连接部设置在端头部与安装部之间；

锁定装置包括锁定本体9，锁定本体9上设置锁孔，锁孔包括第一孔部和第二孔部(如图7和图8所示的两个圆弧部)；锁定本体9与连接件3固定；

伸缩装置包括伸缩驱动装置2，连接件3由伸缩驱动装置2带动。

在一个优选实施例中，伸缩装置还包括与连接件3配合设置的驱动件，驱动件由伸缩驱动装置2带动。驱动件带动连接件3实现锁定本体9的左右移动，进而实现开锁和关锁。如图2和图3所示，驱动件与连接件3是一种可拆式配合结构，驱动件的位置不同，可以带动相应位置的连接件3动作。

在一个优选实施例中，如图1、图3、图5和图9所示，连接环为钢环6(钢环6采用弯折成型，制成焊环的钢材，两端可以保留一个不超过2mm的缝隙或者两端焊接牢固)，在图书7的左上角打孔，钢环6穿过图书7的过孔，钢环6的两端焊接在一起。

在一个优选实施例中，钢环6的截面为圆形，圆形直径至少为2mm。

在一个优选实施例中，如图1-图6所示，锁定装置还包括固定壳体4，固定壳体4设置在锁定本体9外用于保护锁定本体9和/或固定壳体4内的挂钩5部分；

锁定本体9包括锁定端和支杆，固定壳体4上设置一个安装槽，锁定端设置在该安装槽内，支杆穿过安装槽底部并与连接件3固定(优选地，连接件3与支杆螺纹连接)；

锁定端与安装槽底部之间设置有弹簧8，弹簧8套在支杆上；通过弹簧8和驱动件的作用，可以使得锁定端左右运动，实现锁孔的位置移动；

固定壳体4上还设置有一个自上而下的通孔。

在一个优选实施例中，如图3-图6所示，连接件3包括相连的第一圆盘和第一空心圆柱；

驱动件包括相连的第二圆盘和第二空心圆柱；

第一空心圆柱与支杆连接(螺纹连接或者通过螺丝固定)，第二空心圆柱与伸缩驱动装置2连接(螺纹连接或者通过螺丝固定)，第一圆盘与第二圆盘位置对应后，即可通过第二圆盘带动第一圆盘。

在一个优选实施例中，如图1-图3，图5、图6所示，伸缩驱动装置2包括电机或者油缸或者电磁铁(推拉式电磁铁，比如eml-0530b)或者电磁推杆或者电磁阀，比如ly-078电磁阀。

在一个优选实施例中，如图3-图10所示，端头部由圆台和第一圆柱构成，连接部包括第二圆柱，安装部包括第三圆柱；

锁孔的截面为一个大圆与小圆重叠后的轮廓形状(8字形，形成第一孔部和第二孔部，其中大圆的直径比小圆的直径大(比如大2mm-10mm))，第一圆柱的直径比大圆的直径小(比如小1mm-3mm)，第一圆柱的直径比小圆的直径大(比如大1mm-10mm)，第二圆柱的直径比小圆直径小(比如小1mm-5mm)。引入大圆和小圆的概念是为了便于描述，实际上大圆和小圆都是虚拟的圆，锁孔的截面轮廓形状仅包含大圆和小圆的一部分。

在一个优选实施例中，第三圆柱的直径与第一圆柱的直径一致。第一圆柱和第三圆柱都能够顺利通过固定壳体4的通孔，即第一圆柱和第三圆柱的直径都比固定壳体4通孔直径小(比如小1mm-10mm)。

在一个优选实施例中，安装部上设置限位部，优选地，限位部为圆环状，圆环的最大直径比大圆直径大。设置限位部，主要用于对位和限位，既避免了整个挂钩5从下至上时穿出固定壳体4，也能够在锁紧过程中，便于第二圆柱与锁孔对位，避免错位。

在一个优选实施例中，安装部的端部设置挂环，连接环与挂环连接。

在一个优选实施例中，图书7锁紧装置安装在书柜10上，其中伸缩驱动装置2固定在安装座1上，安装座1与导轨连接且可在导轨上移动，通过移动安装座1即可带动驱动件移动，实现一个伸缩装置对应若干个挂钩5，即可通过一个伸缩装置对若干个挂钩5进行开锁。

本发明的伸缩驱动装置2(电机、油缸或者电磁铁)可以采用常见的按钮、二维码、指纹、ic卡、nfc卡或人脸识别等方式进行通断电操作，避免了用户，特别是小孩直接操作开锁装置，安全性和效率都得到了提高；除此之外，一本图书7对应一个挂钩5，而一个伸缩装置可以对应多个挂钩5，只需调节伸缩装置的位置就能实现对相应挂钩5的锁紧或者释放，结构合理，降低产品的成本。

本系统要解决的技术问题：

解决随身携带卡不方便的问题：本发明采用人脸识别技术代替用卡的模式。解决掉卡或未带卡不能借阅书籍的问题。

解决用卡只能借阅一本方式：本发明通过计算机大数据云平台与人脸识别对接，可随时设定借阅时间和借阅数量。

基于图书7锁紧装置的书柜共享系统，书柜10上安装导轨，导轨上设置可移动的安装座1，安装座1连接传动皮带，传动皮带由电机带动；

电机和伸缩驱动装置2连接控制装置；

导轨的旁边安装若干锁定本体9，锁定本体9的安装位置要保证连接件3与驱动件能够相互配合，即当驱动件到位后能够带动与其对应的连接件3。

在一个优选实施例中，书柜10上安装至少两排导轨，导轨至少设置两列，(即导轨的数量至少为4个)，每个导轨对应的电机分别连接至控制装置；

控制装置包括上位机和下位机，上位机包括计算机和/或大数据云平台，下位机包括plc和/或单片机和/或pcba主板；

上位机用于图书7借阅管理、存储数据、下发控制指令；下位机用于接受上位机指令，并控制电机以及伸缩驱动装置2。

在一个优选实施例中，包括：

书柜10：用于存放书籍；

锁紧装置：接到指令后将书释放或将书锁住；

借阅终端：采用人脸识别技术进行用户验证，用户能通过人脸识别系统对书籍进行借阅,作为上位机控制锁紧装置；

大数据云平台：存储用户信息，控制终端机，用户借阅权限计算,后台管理,与用户交流的使用；

手机微信小程序：实时知道用户关联人的借还信息；

nfc芯片：每本书籍安装nfc芯片，实时知道用户借阅的书籍；

扫码枪：通过扫码枪读取nfc芯片信息，将每本书籍的信息存储在大数据云平台。

在一个优选实施例中，如图33所示，通过借阅终端实现人脸注册、用户人脸验证、图书7借书或者还书；借阅终端中的人脸识别系统包括人体感应模组、语音模块、stm32系统、驱动模块、摄像头、触摸屏、显示屏以及pcba主板，pcba主板的通信模块带有wifi及4g物联卡接口；人脸识别系统通过通信模块(4g的物联卡和/或wifi模块)，与大数据云平台无缝对接(连接)；

人体感应模组:当用户靠近人体识别系统附近时,系统能获知人员进入人脸识别系统范围；语音模块:为用户人脸识别、借还书操作提供语音提示；stm系统：为人脸识别系统的处理和控制系统；摄像头：获取用户图像信息；触摸屏：获取用户操作选择信息；显示屏：显示用户操作及选择信息；通信模块：实现人脸识别系统与大数据云平台的数据通信；pcba主板实现人脸识别模块的组装和集成；

用户人脸注册:用户通过手机注册后，大数据云平台将用户注册信息传递给借阅终端的人脸识别系统，人脸识别系统根据接收的信息判断借阅人是否为注册用户，如果是注册用户，则书柜10上的人脸识别系统允许用户录入人脸信息；用户录入人脸信息后，可以开始借阅书籍；

用户借书：每本书籍挂钩5上方均有一个带指示灯的按钮，用户点击按钮，指示灯闪烁，声音提示：可以借书；用户在人脸识别显示屏上进行人脸识别，识别到正常用户后，书籍自动从挂钩5处释放，完成借书流程；

借书完成后，人脸识别系统将客户借阅信息传递给大数据云平台；

书籍上设置nfc芯片，人脸识别系统自动根据人脸及读码器信息进行综合判断出用户借书的书名等信息，计算机大数据云平台得到信息后，自动向用户的关联人发送借阅书籍的信息；

用户还书：用户按下书架上空余位置的按钮后，该位置指示灯闪烁提示，同时有语音提示，用户将书籍插入该空余的插孔，指示灯熄灭，完成还书过程；

用户还书后，人脸识别系统将相关信息进行比对，信息正确，完成借阅的闭循环，同时将相关信息传递给计算机大数据云平台，计算机大数据云平台再向用户的关联人发送还书信息；

书籍上下架管理：图书7管理员在人脸识别后，可进行书籍的上架和下架管理；下架时，书架上的书依次逐一掉下；上架时，书架上的空位指示灯依次闪烁，提示插入书籍，书籍插入完成后，指示灯熄灭，下一指示等闪烁，继续下一本书的上架，直至全部上架或退出上架操作；

书籍上下架完成后，借阅终端记录图书7管理员上下架操作情况，同时将相关信息传递给计算机大数据云平台；

借阅终端与大数据云平台保持实时通信：借阅终端实时发送用户注册信息、用户借还书籍信息、新书上架信息；终端在数据初始化的时候，将从大数据云平台获取用户信息、用户人脸信息、用户借阅信息、用户借阅权限信息；借阅终端在运行过程中，将实时获取终端启停、用户账户启停、新用户注册、用户权限变更等信息。

借阅终端在获取用户及人脸信息、用户借阅信息、用户借阅权限后，在网络不佳或断网后，可继续运行，在网络连通后，再同步或更新数据。

在一个优选实施例中，通过大数据云平台实现图书7借阅后台运行管理、借阅终端控制、与手机端用户的交换；大数据云平台包括基础管理、书籍管理、借阅管理、消息推送、运营管理、系统管理；

基础管理实现学校信息、用户信息、用户权限、终端启停等管理；书籍管理实现书籍的分类及基础信息管理、书籍报损、书籍盘点；借阅管理能根据不同的管理要求制定借阅规则、逾期处理规则等管理规则，根据管理方案和用户已借阅情况计算出用户当天的借阅权限，并下发到各借阅终端，根据用户借阅记录进行还书和逾期提醒；消息推送向用户推送通知公告、新书上架、借还书籍情况等信息；运营管理可实时统计各终端用户情况、书籍借阅情况；系统管理能监控各借阅终端运行参数及故障。

在一个优选实施例中,图书7共享系统如下设置:

本系统由绘本书柜10、大数据云平台、人脸识别系统、机械机构、手机微信小程序组成,如图12所示。

书柜10：用于存放书籍。

机械机构(包括锁紧装置)：书柜10里装置直臂式长条形机械机构将书锁住，接到指令后将书释放或将书锁住。

借阅终端：采用人脸识别系统与用户进行交流，用户能通过人脸识别系统对书籍进行借阅。

大数据云平台：存储用户信息，控制终端机，与用户交流的使用。

手机微信小程序：实时知道用户关联人的借阅信息。

每本书籍安装nfc芯片：实时知道用户借阅的书籍。

通过扫码枪读取nfc芯片信息，将每本书籍的信息存储在云数据大平台。

图书7借阅管理的原理如图13所示，分别对借阅终端、运营后台(大数据云平台)和手机端的功能进行了描述。

1在每本书籍左上方打孔，用钢丝线穿孔，将钢丝线两端合并在一起，用一挂钩5的一端固定钢丝线，另一端用于插入直臂式长条形挂杆的孔中。

2将每本书籍信息写入每一片nfc芯片，在每本书籍的挂钩5内将该nfc芯片镶入其中，(挂钩5采用空心挂钩5，nfc芯片镶入其中)。

3通过扫码枪读取每本书籍的nfc信息，将扫码枪内的每本书籍信息通过程序传递到计算机大数据云平台保留。

4将书籍通过挂钩5插入在直臂式长条形挂杆的孔中，每个孔对应有1套微型的操作机构，操作机构内安装读码器。当用户借阅或归还书籍时，读码器根据位置远近判断书籍的存在和消失，确定书籍的借阅和归还状态。

5读码器将判断数据通过pcba主板传递至云端大数据平台，平台将信息传递至用户关联人。

借阅终端包括：书柜10、人脸识别系统、nfc芯片及读码器、机械机构，如图1-图12所示。

人脸识别系统原理说明：

一协议约定部分

1技术指标确定

1.1控制方式为主从机通信控制方式(控制板为主，底层设备为从)

1.2通信方式：rs485和wifi

1.3从机数量：4

1.4硬件要求：485总线带屏蔽地，保证数据可靠性

2通信协议确定

2.1初始化

2.2驱动头位置检测

2.3读取指定位置书id号

2.4驱动头运动到指定位置

2.5操作指定位置双色灯

2.6检测按钮状态

2.7解除按钮锁定

2.8出书

3通信协议格式确定

通过协议书名查询、出书驱动头位置检测、出书、锁定、指示灯状态控制等工作。

二硬件部分

实现的功能为：提前录入人脸数据并存入数据库(本地和云端)，人脸事件触发后，将识别结果与本地数据库比对，成功过后提供用户相应操作权限，操作完成后记录数据并与云端同步(定时或事件触发方式)

设备具有离线工作能力，在无网络时，也可进行借还书操作，待网络恢复时将数据向服务器同步。(如果无网络无法进行录入、更换管理员等操作)

1技术指标确定

1.1人脸识别部分指标

1.2识别方式：红外+可见光

1.3人脸识别率(far)：<0.0001％

1.4识别拒真率(frr)：<0.1％

1.5识别时间：<1s

1.6识别距离：30－80cm

1.7识别角度：±10度(可能会出现摄像头安装位置高于人脸的情况)

1.8近红外自动补光

1.9唤醒方式：人体感应+触摸屏

1.10活体检测

2pcba控制主板技术指标确定

2.1电源5v或12v功率不大于15w(不含执行机构)

2.2使用环境温度-20－40度

2.3主控芯片fpga

2.4保存人脸特征数据≧500条

2.5数据存储空间≧100m

2.63个月定时更新人脸特征数据

2.7显示屏能显示实时人脸图像，并用绿线标识出最佳识别区域

2.8语音输出功能

2.9语音条数≧50条，每条时间不超10秒

2.10显示屏接口：lvds或mipi或rgb

2.11显示屏分辨率：800x480或800x600

2.12触摸屏结构：多点触摸电容屏

2.13网络接口：gprs无线通信。

2.14使用物联网专用卡

2.15带相应状态指示灯

2.16带断电检测接功能可，并能自动切换至备用电源(切换至备用电源仅保存数据用，一但断电系统自动待机)

2.17接口：电源、sim卡座、

2.18带一键初始化功能，将所有数据清0

2.19所有数据可备份至云端，也可从云端导入

3底层驱动技术确定

3.1控制方式为主从机通信控制方式(控制板为主，底层设备为从)

3.2通信方式：rs485

3.3从机数量：4

3.4数据包长度：≧120字节

3.5输出控制点数：≧100点(通信方式控制)

4与云端通信技术确定

4.1能实时与云端服务器通信

4.2与服务器需心跳连接

4.3云端可保存人脸特征数据(仅做数据备份用)

系统ui结构如图14和图15所示。

系统的数据库包括如下内容：

包括终端连接信息表、用户注册信息表、书架信息表和上下架记录表。

终端连接信息表包括学校编号、学校名称、服务器地址、服务器账号、访问密码以及备注字段。

用户注册信息表包括用户编号、学校编号、学校名称、班级、姓名、性别、电话、更改前电话、登录密码、人脸注册码、人脸数据、类型、状态、借阅状态、注册日期、注销日期以及备注字段。

其中，登录密码为微信小程序登录密码；人脸注册码为缴费后生成的人脸注册码，可以重复使用；类型包括：会员、非会员、学校管理员、图书7管理员、运营管理人员以及超级管理员；状态包括：在用、停用、注销，停用后可以还书；借阅状态包括：可借、不可借(根据借书规则和已借阅书本数判断)

书架信息表包括终端编号、分区号、书槽位置、状态、书本编号、书名以及备注字段，其中分4个区：a、b、c、d，书槽位置有25个：1-25进行编号，状态包括：有和无。分区可与书的类型对应，比如：a为童话区，b为机械区，c为历史地理区，d为3d绘本区。

上下架记录表包括终端编号、分区号、书槽位置、书本编号、书名、操作、操作人、手机号、时间、备注字段。上架时将从nfc获取书本编号，并从后台(云端或者大数据云平台)获取书名记录上架操作，同时更新书架信息。下架记录后，同时消除书架中书本信息。本表循环记录，最新记录冲掉或者覆盖最老记录，最对记录200条，每次上下架记录上传云端或者大数据云平台。操作包括上架和下架操作。

会员信息录入流程

连续单击图16“录入”按钮三次进入用户录入界面图17。在图17单击“请输入注册手机号”文本框时，弹出0－9的小键盘(含退格、确认键)填入注册时留下的手机号码，然后再单击“请输6位会员注册码”文本框输入系统自动生成的注册码，单击“确定”，人脸模块需完成以下功能：

备注：为简化说明过程在后面的说明中，凡有信息输入，只需单击文本框，显示屏自动弹出输入键盘，即可完成输入。

①检测手机、注册码号是否有误，只需检测输入位数是否正确，如果有误系统语音提示“手机号码输入错误”或“注册码输入错误”

②如果无问题将手机号和注册码发送至云端查询是否正确(具体通信协议需与做后台的对接)，如果不正确可根据返回数据信息进行判断，语音提示“手机号码输入错误”或“注册码输入错误”或“无网络信号，请稍候再次尝试！”

③如果查询成功，则将用户相关数据(参考用户数据库格式)发送到本地后进入图18界面。进入图18界面后可进行人脸数据录入。

信息录入成功后，需将此用户的信息参考用户数据库标准存入主板。

幼儿园管理员信息录入

在图16主界面单击三次进入图19界面。

在图19界面中单击“幼儿园管理员”按钮进入图20界面，在图20界面中单击录入，进入图21界面。

在图21中输入幼儿园管理员手机号，单击“发送验证码”，云端后台会向输入手机发送一个验证码。

人脸模块需完成以下工作：

①单击“发送验证码”，需检测输入手机位数是否正确，如果有误系统语音提示“手机号码输入错误”，手机号无误需向云端后台发送求信息，发送成功后手机会收到一个六位验证码。

②人脸模块将手机号和用户填入的验证码发送至云端查询是否正确(具体通信协议需与做后台的对接)，如果不正确可根据返回数据信息进行判断，语音提示“注册码输入错误”或“无网络信号，请稍候再次尝试！”

③如果查询成功，则将用户相关数据(参考用户数据库格式)则将用户相关数据存入本地后进入图22界面。进入图22界面后可进行人脸数据录入，具体录入流程由贵方定。

信息录入成功后，需将此用户的信息参考用户数据库标准存入主板。

幼儿园管理员借书

首先幼儿园管理员将书柜10上的100按钮任意一个按下，选择需借的书。

在图16主界面单击三次进入图19界面，然后在图19界面单击“幼儿园管理员”进入图20界面并单击“借还书”按钮弹出人脸识别界面，如图23所示。

在图23界面中人脸模块识别人脸，如果识别出为非幼儿园管理员信息则课语音提示“人脸识别无效，请确认是否为幼儿园管理员”，如果识别成功则进入图24界面。在图24中单击借书，弹出图25界面。

在图25界面中输入要代借的用户手机号，单击确定完成借书，并将数据上传至云端服务器。

详细操作流程如下：

当按钮按下过后，人脸模块通过485总线查询到有按钮按下，马上通过485总线将相应区域按钮锁定，并控制执行机构运动到按钮按下位置。如果幼儿园管理员进入识别界面且识别成功后，则进入图25界面，输入用户手机号，确定后人脸模块，在本地数据库中查找手机号对应的用户id，并获取用户的状态，看用户状态是否正常，如果不正常用语音进行提示“用户无效”或“用户本日累计借书已达上限”等。

如果用户正常，则向机械机构发送借书指令，需等待若干秒(具体时间后面再定，暂定3－5秒)如果出书成功人脸模块可检测到机械机构通过485发送上来的数据信息。

完成以上操作后，还需通过网络将用户借阅记录发送至云端后台。

幼儿园管理员还书

在图16主界面单击三次进入图19界面，然后在图19界面单击“幼儿园管理员”进入图20界面并单击“借还书”按钮弹出人脸识别界面，如图23所示。

在图23界面中人脸模块识别人脸，如果识别出为非幼儿园管理员信息则课语音提示“人脸识别无效，请确认是否为幼儿园管理员”，如果识别成功则进入图24界面。在图24中单击还书，弹出图25界面。

在图25界面中输入要还书的用户手机号，单击确定则语音提示“请将书插入灯闪烁位置”，成功过后并将数据上传至云端服务器。

详细操作流程如下：

如果幼儿园管理员进入识别界面且识别成功后，则进入图25界面，输入用户手机号，确定后人脸模块，在本地数据库中查找手机号对应的用户id，读取用户借书的记录，通过记录可知道用户借书的分类，如在a区，则通过485总线控制机械机构运动到指定位置并将指示灯点亮，此时可将书卡入槽内。

人脸模块可检测到机械机构通过485发送上来的数据信息。判断成功还入后则将书本信息记录入书本数据库

完成以上操作后，还需通过网络将用户借阅记录发送至云端后台。

图书7管理员信息录入

在图16主界面单击三次进入图19界面，在图19界面中单击“图书7管理员”按钮进入图26界面，在图26界面中单击录入，进入图27界面。

在图27中输入图书7管理员手机号，单击“发送验证码”，云端后台会向输入手机发送一个验证码。

人脸模块需完成以下工作：

④单击“发送验证码”，需检测输入手机位数是否正确，如果有误系统语音提示“手机号码输入错误”，手机号无误需向云端后台发送求信息，发送成功后手机会收到一个六位验证码。

⑤人脸模块将手机号和用户填入的验证码发送至云端查询看是否正确，如果不正确可根据返回数据信息进行判断，语音提示“验证码输入错误”或“无网络信号，请稍候再次尝试！”

⑥如果查询成功，则将用户相关数据(参考用户数据库格式)则将用户相关数据发送到本地后进入图28界面。进入图28界面后可进行人脸数据录入。

信息录入成功后，需将此用户的信息参考用户数据库标准存入主板。

图书7管理员书本下架

在图16主界面单击三次进入图19界面，在图19界面中单击“学校管理员”按钮进入图26界面，按“更换书”按钮弹出如图29人脸识别界面。人脸识别成功后进入图30界面。当按下“书本下架”按钮后，书柜10上所有的书逐一从卡槽中掉出。

具体操作流程如下：

人脸模块通过485总线向机械机构发送指令(检测有无书指令、运动到指定位置指令，出书指令)，将书柜10上书一一掉出，并记录下每个区域掉书的数量。

图书7管理员书本上架

在图16主界面单击三次进入图19界面，在图19界面中单击“学校管理员”按钮进入图26界面，按“更换书”按钮弹出如图29人脸识别界面。人脸识别成功后进入图30界面。当按下“书本上架”按钮后，可将书一本一本插入卡槽内。

具体操作如下：

人脸模块首先调取下架时每个区记录的书本数，通过485总线向机械机构发送指令，让驱动头运动至第一个位置，并点亮第一个位置的指示灯，等待上架的书卡入，当书成功卡入后，读取书本作息，如果书不为本区域书则自动掉出，并语音提示“插入非本区域书本”，如果书本无误，则将书本信息记录入书本数据库。驱动头运动至下一个位置并点亮指示灯。

重复以上步骤上架书本与下架书本数量一至则完成。完成过后将书本数据库同步至云端后台。

借书操作流程

首先会员将书柜10上的100按钮任意一个按下，选择需借的书。然后会员走到人脸识别机前在图31界面中进行人脸识别，如果识别成功则出书。

具体操作如下：

当人脸模块通过485总线查询到某个按钮按下后，人脸模块马上发送指令让其区域的按钮锁定和点亮指示灯，然后驱动机械机构的驱动头运动至按钮按下位置，此时开始计时如果30秒无操作则解除锁定。如果人脸识别模块检测到人脸数据后，根据人脸数据查找用户id并看用户有无权限进行借阅，有则发送指令让书柜10出书，完成过后记录至本地数据库和云端后台。

还书操作流程

会员如果没有按下按钮而直接到人脸识别模块进行识别，识别成功后进入图32界面。单击“还书”，人脸模块根据用户借阅记录，将相应区域指示灯点亮，提示可以将书还到此处。如果检测书本信息无误，则还入成功，将书本信息记录至本地数据库和云端后台。

具体操作如下：

首先人脸模块根据人脸数据查找出用户id，并查询借阅记录，知道用户在哪个区域借书后，向机械机构发送指令，将所在区域的空置的卡槽点亮，并将机械机构的驱动头运动至空置位置。用户书本卡入后，若检测是本区域书本，则将数据更新至本地数据库和云端后台。

由于幼儿的识字能力不强，通常幼儿也没有智能设备，因此通过人脸识别的方式，使得本发明特别适合幼儿使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。