二、基于物联网的智能图书馆系统关键技术

（一）物联网技术
1.物联网的定义
物联网，物物相连的互联网。物联网可以定义为：把所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化辨识、运作与管理功能的网络。
其次，物联网的全面感知是每时每刻地对被检测物体进行信息收集和信息处理，主要用到的技术种类有物联网智能感知技术、RFID技术、无线通讯技术。物联网是一种集成的多种感知技术，其应用过程中，需要各种技术相互配合来实现具体的检测功能。
物联网是一种以互联网为基础的网络，能够适应各种网络和通信协议，确保信息准确、及时的传输。作为互联网的一个分支，物联网也遵循传统的通信协议。采用相应的软硬件通信体系，将各种网络有机地结合起来，准确及时地传递所获取目标的感知信息。物联网将智能感知技术和信息处理技术相融合，再通过无线信息通讯技术，以及结合云计算及各种前沿智能科技，进一步扩充了物联网技术的应用领域。
2.物联网的体系结构
物联网主要应用于智慧城市管理、智能数字家庭服务、以RFID为基础的智慧数字医疗、通过成千上万的传感器节点和低空探测传感节点所组成的防入侵安全保护系统。其覆盖应用领域涉及国家民生的各个方面。解决好信息安全技术，是物联网发展面临的迫切问题。
物联网的作用，能确保对环境监测可以起到全面的感知能力和具有高速的处理能力。公认物联网的体系构造为三层，分别为感知层、网络层、应用层。这三个层次，每个体系层的职能不同，所起到的作用也不相同[2]。
感知层：物联网感知层是通过各种传感器、RFID、GPS等感知技术，通过相应的技术手段用来收集与检测环境信息。本层是运用传感器设备，通过感知技术来对相应区域的信息进行实时的监控，本层也接受上一层传输过来的控制信息。
网络层：网络层的主要作用是把最下层感知层感知到的物理信息数据高效率、安全的、进行数据传递。网络层需要解决的主要问题是第一层所感知到的数据在一定范围内，特别是远距离信息的传输问题。
应用层：应用层是物联网的核心处理层，是极其重要的一层。应用层的主要作用是把感知和传输来的信息进行分析和整理，最终做出正确的处理，这一层解决的是信息处理的问题。
物联网具有实时性和交互性的特点，使得物联网无处不在。智能图书馆是物联网技术在图书馆智能安防领域实际应用和不断发展的最终产物。图书馆信息感知技术，是通过RFID等智能感知技术，在任何时刻，具体的检测位置来对智能图书馆相应物理信息进行数据收集[3]。
3.物联网的应用
物联网技术的快速发展，得益于物联网广阔的应用领域。物联网应用是以底层的感知传输器技术为基础，中层通过网络传输层构成了数据传输，上层是单片机处理完信息后，通过前端或者别的形式所展现给使用者具体信息功能的应用层。物联网应用领域覆盖了智慧家居、智慧医疗、智慧交通、智慧农业、智能物流、智能安防、智能制造等领域，几乎覆盖了各行各业，其物联网应用模式正日益趋向成熟和稳定。物联网产业的快速发展，推动了国民经济的发展，使国民的生活质量得到了提高，同时推动了物联网产业链上下游的产业发展，带动了相关计算机科技的发展。作为战略新兴产业中的一个关键环节，物联网产业对促进经济转型起到了积极的促进作用。在场馆安防等应用领域已取得显著效果；在电力行业的应用正在逐步拓展；在交通领域，正在发挥着重要的作用；在物流领域，监测应用正在广泛推广；在医疗领域，远程医疗等应用日趋成熟[4]。
（二）智能图书馆关键技术
本项目关键技术主要用到以下几种。第一种，智能感知技术，传感器作为信息获取的重要设备。各种传感器是可以感受到规定的被测量并按一定规律转为可用输出讯号的电子器件或装置的总称。通过各种传感器，来获取所需要的物理信息，在图书馆相应的位置进行数据的实时收集。主要对图书馆的烟雾信息、图书储藏室以及阅览室的温湿度、以及夜间闭馆时，有人靠近图书馆等信息数据进行检测，来达到预期设计的图书馆防护效果。相应的传感器，可以及时的获得这些图书馆的数据信息，这对图书馆的安全防护是非常重要的。各种传感器可以用于采集各种图书馆需要的物理要素数据。
第二种，无线通信技术为主的信息传输技术，该技术在嵌入式物联网开发以及其它领域都有广阔的应用前景。无线通信是指利用电磁波信号能够在自由空间中传播的基本特性进行数据信息交换的一种通信形式[5]。现如今，进入5G时代无线通讯技术得到了快速的发展。
第三种，嵌入式开发技术，本智能图书馆系统的设计。结合软硬件开发，软件就是代码部分，硬件就是单片机和传感器。通过对智能图书馆功能的需求分析，在利用AltiumDesigner软件，来对系统的电路进行设计，设计完电路后。在通过对硬件单片机以及传感器等硬件器件工作原理的了解，在合理的通过KEIL软件进行代码编程。最后在进行硬件电路的焊接。

三、智能图书馆的系统设计

（一）智能图书馆的定义
智能图书馆安防系统，融合物联网智能感知技术、无线网络通讯技术、嵌入式技术于一体。根据用户需要的检测数据，把相应的传感器放在恰当的检测位置，对需要检测的位置实施实时的安全防护检测。通过无线通讯网络把众多的传感器所获取的物理数据信息，及时、准确、高效、安全的传输给应用层进行处理和控制。
以无线通讯网络为纽带，就可以随时随地的掌握图书馆内的各种信息，能实现对图书馆智能设备远程控制。与传统图书馆防护相比，智能图书馆不仅能提供给阅读学习者舒适的阅读体验生活空间，更能带给工作人员便捷的工作体验。把图书馆环境由原来静止结构转变为具有动态智慧化的数据环境，提供更加便捷的数据交互功能。
物联网时代的到来，为智能图书馆的发展创造了前所未有的条件。发展智能图书馆防护，需要使用物联网应用技术、无线通信技术等技术对烟雾检测、夜间红外感应、储藏室内温湿度对图书馆的信息进行检测和防护。要进行严谨化设计、精准化控制、合理化运行和科学化管理。实现对各种需要检测数据要素的“全面感知、可靠传输和智慧化处理”[6]，最终达到可靠、高效、安全、稳定、准确的物联网应用目标。
（二）智能图书馆的功能需求
随着社会的发展，用户对智能图书馆监控防护的功能需求主要体现在全面的安全保护、舒适的阅读学习环境。图书馆防护系统的设计所用的物联网开发技术，使用户能够对图书馆内的情况进行实时了解。图书馆监控系统主要做到如下功能。
对图书馆内情况进行随时监控。通过各种类别的传感器获取图书馆室内的环境物理信息，主要包括图书馆内相应区域内的温度、湿度、烟雾等数据信息的检测，这些物理环境信息直接的体现出了图书馆内的环境以及安全情况。
对图书馆内环境信息异常的区域进行及时传输与处理。当图书馆现场的传感器所获取到异常数据信息时，系统处理器可以对异常区域进行及时的处理，以便及时对将要发生的事故进行处理，避免图书馆受到破坏。
对于图书馆防盗方面，是通过红外传感器及蜂鸣器来实现报警功能，来实现夜间对图书馆的安全防护。实时监测，当检测到有人接近到图书馆一定距离时，当发生危险的时候，通过单片机及时报警。此次，系统设计要能做到远程实时监测的目标。
通过WIFI模块，来实现远距离的信息通讯。把实时检测到的图书馆室内环境物理信息，及时的传输给一定范围内的终端并显示具体的检测数据信息。
（三）智能图书馆监控系统的功能结构
此次，图书馆的项目用的是C52型号的单片机，为控制处理核心。利用MQ-2烟雾传感器来检测图书馆室内环境的烟雾信息，用来防护图书馆室内的火灾情况。人体红外传感器，来检测夜间人员对图书馆进行非法进入、破坏等行为。用DHT11温湿度模块、LCD1602显示模块、蜂鸣器报警模块来实现具体的检测功能。传感器所获取到的室内环境信息，通过网络层进行传输数据。最后，STC89C52单片机作为处理与控制中心，来对传输过来的信息数据进行运算处理。显示中心是LCD1602为主体的，作为主要的人机交互界面，可以让负责图书馆值班工作人员能直观的对图书馆室内实时环境信息变化情况的监视与掌控，及时准确的对图书馆设备进行调节。系统的整体功能框架如图所示。

图3-3为系统整体功能框架图
（五）系统整体结构
图书馆防护系统作为物联网的其中一个应用领域能按照物联网的体系结构将其整体划分为如下三个层次：感知层、网络层以及应用层。基于物联网的智能图书馆监控系统的设计要求划分为三层。

图3-5为系统整体的划分结构

四、系统硬件设计

此次基于智能图书馆监控系统的设计，目的是及时的感知与获取图书馆监控的环境信息，经过分析得到的环境变量对图书馆防护产生的影响。
单片机对传输过来的信息，及时的做出处理与正确的控制操作。本次研究的成果能为之后的研究者，提供了较为全面信息数据的参考。对图书馆监控防护功能的实现，能满足当今社会对智能图书馆信息化、智慧化的需求。信息采集是此系统正常运转的第一步，获取到的馆内环境信息无误可靠，是系统正常运转的前提保障。要做好众多传感器，遍布图书馆各处，节点间均匀分布，互不干预获取环境信息。此次，智能图书馆防护的项目，其无线模块是通过WIFI模块进行无线信息通讯传输信息的。
功耗低：怎么减轻节点的损耗，增长各个传感器节点的使用时间，这对于系统的安全运行是极其重要的。
微小化：各个传感器需要在图书馆馆内检测区域要大量的布置，对此次系统各个传感器单独的体积要尽可能的小。造价成本低：在此次防护系统中传感器数目众多且性能简单，独个传感器的成本可以很大程度上的影响整个系统的成本。因此，在确保各个节点功能的前提下要尽量的减少单个传感器的成本，进而降低整个图书馆项目的造价。
可扩展兼容性：根据不同的用户要求添加传感器硬件。基于以上四点要求规划，在此次系统中的各个传感器硬件结构如下图所示。

图4-0为系统传感器硬件结构图
（一）烟雾及可燃气体检测模块的设计
本次选择的传感器设备所工作的场所包括工厂和场馆等应用场所。能当做检测可燃气体泄露的设备，也能用做烟雾检测，多用于检测火灾的发生。该传感器探查范围广并具有良好的性能，工作时能稳定的运行，损耗能量较少。具有良好的抗干扰性。经过大量的市场调查各类传感器，最终发现MQ-2的性价比高。
在火灾发生之前，一开始都会产生大量的烟雾，在此次系统中是用气敏型烟雾传感器来进行火灾前的探测。该气敏型传感器按照检测到的气体或烟雾含量，采集到的信号经过单片机进行处理，最终传给蜂鸣器，从而判断发生火灾，发出火灾报警信号。根据硬件的特性，通过AltiumDesigner来画出该模块的电路图。
根据合理的布局，把硬件焊接到恰当的位置。

图4-1烟雾传感器电路

五、系统测试

（一）系统测试目的
在对智能图书馆系统研究的硬件做了周密的设计后，本章内容重点进行了系统功能模块的测试。此次，系统功能测试是对系统中的烟雾采集报警测试、温度和湿度采集测试、人体红外模块测试、连接手机端显示数据模块的测试。在此次功能测试之前，进行了测试试验步骤的设计，使用的是STC89C52单片机对各个模块功能进行安全运转的测试。在系统测试中，将硬件传感器模块接上电源，在进行各个功能模块的安全运转测试。
（二）系统测试结果
1.温湿度传感器模块和烟雾传感器模块测试结果
先测试的是，温度与湿度的检测功能，能否在显示屏上显示温度与湿度。证明本系统实现了对图书馆内环境信息的获取与显示。系统运行后，当检测到的温湿度，当本模块所检测到的温度与湿度的数据信息达到之前预先设定的湿度与温度的范围时，报警传感器能及时进行讯响，提醒值班的工作人员按照应急预案的规范进行处理。
通过在烟雾传感器旁边点燃一张纸或者使用打火机放出一些可燃气体，来对防火报警模块功能进行安全测试。当检测到的烟雾信息含量大于设定的烟雾含量时，蜂鸣器进行报警，及时提醒相关的工作人员按照应急预案规定，进行规范处理。经过以上的功能测试，检测结果证明，本次设计的智能图书馆系统实现了对馆内环境温湿度信息及烟雾信息的检测。
通过不同的场景情况来进行相应的功能测试。经测试，本系统对图书馆馆内环境信息采集的功能检测，经检测温湿度模块和烟雾传感器模块工作运转稳定，已经达到了预期的目的。

图5-1温湿度及烟雾传感器测试结果

文章底部可以获取博主的联系方式，获取源码、查看详细的视频演示，或者了解其他版本的信息。
所有项目都经过了严格的测试和完善。对于本系统，我们提供全方位的支持，包括修改时间和标题，以及完整的安装、部署、运行和调试服务，确保系统能在你的电脑上顺利运行。