基于RFID技術(shù)的智能購(gòu)物車研究與設(shè)計(jì)

引言

目前國(guó)內(nèi)外很多大型超市以及商場(chǎng)都是采用的傳統(tǒng)的購(gòu)物方式和條碼掃描，這種流程工作下來(lái)既費(fèi)人力又費(fèi)物力。在人多擁擠的情況下，很多顧客找不到自己想要的物品就表現(xiàn)得十分惱火，也有顧客在排隊(duì)結(jié)賬時(shí)，對(duì)無(wú)休止的等待產(chǎn)生怨言。智能超市是融合射頻識(shí)別技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)于一體的現(xiàn)代化超市，具有運(yùn)轉(zhuǎn)速率高、風(fēng)險(xiǎn)成本低、管理科學(xué)先進(jìn)、服務(wù)品質(zhì)優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。智能超市的最大特點(diǎn)是采用射頻識(shí)別技術(shù)，不需要人工對(duì)每件商品進(jìn)行條碼掃描,這樣可以節(jié)約大量的人力和物力，提高效率，避免超市出口處長(zhǎng)長(zhǎng)的隊(duì)伍?；赗FID(RadioFrequencyIdentification)技術(shù)的智能購(gòu)物車既能解決顧客找不到商品的問題，又能夠在擁擠的超市輕松結(jié)賬，再也不用等待了。RFID技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，主要由讀卡器和射頻標(biāo)簽組成,它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別單個(gè)或多個(gè)目標(biāo)對(duì)象并獲取標(biāo)簽數(shù)據(jù)，識(shí)別工作由讀寫模塊完成，數(shù)據(jù)信息通過無(wú)線傳輸與數(shù)據(jù)庫(kù)同步，可大大減少人工操作量?；赗FID技術(shù)的智能購(gòu)物車，既能節(jié)約顧客的購(gòu)物時(shí)間，又能節(jié)省超市的人力和物力,還在很大程度上滿足用戶和商家本身，從而為大家?guī)?lái)了方便。

1系統(tǒng)工作原理

超市所有的供貨商都必須為每件貨物貼上RFID標(biāo)簽,然后在將貨物送至倉(cāng)庫(kù)之前，在貨物檢測(cè)區(qū)域稍作停留，待閱讀器檢測(cè)完貨物的類型、名稱和數(shù)量后，貨物入庫(kù)。同時(shí)閱讀器將入庫(kù)商品的信息通過網(wǎng)絡(luò)上傳至中心服務(wù)器，中心服務(wù)器進(jìn)行商品信息的更新。商品入庫(kù)以后，可以由檢驗(yàn)人員對(duì)貨物進(jìn)行檢驗(yàn)，然后再調(diào)整商品信息。商品上了智能貨架以后,顧客就可以推著智能購(gòu)物車進(jìn)行購(gòu)物了。智能購(gòu)物車是一個(gè)在傳統(tǒng)購(gòu)物車基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，集閱讀器模塊、無(wú)線通信模塊、觸摸屏及ARM芯片為一體的嵌入式系統(tǒng)叫其中閱讀器是和電子標(biāo)簽、天線組成RFID系統(tǒng)。閱讀器通過天線讀取商品標(biāo)簽里面存儲(chǔ)的內(nèi)容，ARM系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，并且在顯示屏上顯示出商品的價(jià)格、生產(chǎn)商、生產(chǎn)日期等信息。無(wú)線通信模塊是在ARM系統(tǒng)和超市的總數(shù)據(jù)庫(kù)之間傳輸數(shù)據(jù)的。比如，當(dāng)顧客輸入自己想買的商品時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)通過無(wú)線通信模塊與超市數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信,查詢?cè)撋唐肥欠翊嬖?。圖1所示為超市的整體場(chǎng)景圖，圖2所示為系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)圖。

1.1閱讀器

讀寫器的基本任務(wù)是啟動(dòng)數(shù)據(jù)載體（電子標(biāo)簽）與其進(jìn)行數(shù)據(jù)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)非接觸的無(wú)線通信。

RFID系統(tǒng)的讀寫器可以簡(jiǎn)化為三大基本功能模塊：由收發(fā)系統(tǒng)組成的高接口、控制系統(tǒng)和與外界其它設(shè)備通信用的各種標(biāo)準(zhǔn)接口。本課題閱讀器射頻讀寫芯片，采用RC522電利用先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議，支持ISO14443A的多層應(yīng)用。它負(fù)責(zé)接收主控ARM的控制信息并完成與RFID標(biāo)簽的通信操作，而為了發(fā)送、接收穩(wěn)定的高頻信號(hào)，射頻讀寫芯片要通過高頻濾波電路與天線部分連接。

1.2電子標(biāo)簽

在商品上貼的標(biāo)簽和在智能貨架貼的標(biāo)簽是不一樣的,商品上的標(biāo)簽是無(wú)源的，它們只能在有效范圍內(nèi)被閱讀器讀?。欢浖苌系臉?biāo)簽都是有源標(biāo)簽，可以主動(dòng)向閱讀器報(bào)告位置。有源是指卡內(nèi)有電池提供電源，其作用距離較遠(yuǎn)，但壽命有限、體積較大、成本高，且不適合在惡劣環(huán)境下工作;無(wú)源卡內(nèi)無(wú)電池，它利用波束供電技術(shù)將接收到的射頻能量轉(zhuǎn)化為直流電源為卡內(nèi)電路供電，其作用距離相對(duì)有源卡短，但壽命長(zhǎng)且對(duì)工作環(huán)境要求不高。

1.3ARM芯片

本課題采用的是三星公司的S3C2410,S3C2410處理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T處理器核，采用FBGA封裝，采用0.18um制造工藝的32位微控制器。主要是對(duì)觸摸屏、無(wú)線通信模塊、射頻讀寫芯片進(jìn)行收發(fā)控制操作。

1.4無(wú)線通信模塊

采用LSDRF4310N01,它是基于T1射頻集成芯片CC1101的射頻模塊，是一種高性能射頻收發(fā)器，可廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合的短距離無(wú)線通信領(lǐng)域。無(wú)線通信模塊在這里的作用是查詢和上傳數(shù)據(jù)，顧客可以通過智能購(gòu)物車查詢要買東西的地點(diǎn)，以及它的各種指標(biāo)都是通過無(wú)線通信模塊把數(shù)據(jù)傳送給中心服務(wù)器，然后中心服務(wù)器再反饋信息給顧客,這樣就方便多了。

1.5觸摸屏

本課題采用電容式觸摸屏，它是利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行工作的當(dāng)手指觸摸在金屬層上時(shí)，由于人體電場(chǎng)，用戶和觸摸屏表面形成以一個(gè)耦合電容，對(duì)于高頻電流來(lái)說，電容是直接導(dǎo)體，于是手指從接觸點(diǎn)吸走一個(gè)很小的電流。這個(gè)電流分從觸摸屏的四角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對(duì)這四個(gè)電流比例的精確計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)的位置。

2系統(tǒng)工作流程圖

2.1商品查詢

我們走進(jìn)超市，首先要取得智能購(gòu)物車，然后進(jìn)行愉快的購(gòu)物時(shí)間。智能購(gòu)物車上的一個(gè)嵌入式系統(tǒng)就是實(shí)現(xiàn)智能購(gòu)物的關(guān)鍵，也是基于RFID和ARM系統(tǒng)的智能購(gòu)物。我們?cè)诶弥悄苜?gòu)物車進(jìn)行物品查詢時(shí)，其嵌入式工作流程如圖3所示。

2.2尋找已查詢并存在的商品

我們?cè)诖笾抡业轿锲返奈恢煤?，還不是很準(zhǔn)確，所以又設(shè)計(jì)了一個(gè)基于RFID的系統(tǒng)，因?yàn)樯唐飞弦操N有無(wú)源的RFID電子標(biāo)簽，當(dāng)購(gòu)物車經(jīng)過剛才輸入的商品時(shí)，購(gòu)物車就會(huì)有提示，并發(fā)出吱吱的聲音，提醒商品已找到。其尋物流程圖如圖4所示。

智能購(gòu)物車還能進(jìn)行商品的價(jià)格運(yùn)算，當(dāng)所找到的商品都放進(jìn)購(gòu)物車?yán)铮聊簧蠒?huì)顯示是否購(gòu)物完畢，如果點(diǎn)擊是,系統(tǒng)會(huì)把整體數(shù)據(jù)傳送到中心服務(wù)器，然后中心服務(wù)器進(jìn)行處理和運(yùn)算，把總價(jià)格反饋到屏幕上，這樣就減小了柜臺(tái)上的工作量，只需付錢就可以，再也不必排隊(duì)掃描商品然后付錢,不會(huì)產(chǎn)生擁擠的現(xiàn)象。

3程序?qū)崿F(xiàn)

程序設(shè)計(jì)主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序和讀卡器模塊中的控制程序。

3.1數(shù)據(jù)庫(kù)中的的管理程序

數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序主要完成數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的查詢、設(shè)置。同時(shí)要負(fù)責(zé)接收從讀卡器傳來(lái)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)處理操作，數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序用C語(yǔ)言編寫。中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中建一張表，這張表由商品的價(jià)格、生產(chǎn)日期、數(shù)量、類型、名稱等字段組成。這張表可以在有權(quán)限的條件下進(jìn)行添加、修改、刪除等操作；查詢則不設(shè)權(quán)限。讀卡器傳來(lái)的數(shù)據(jù)存放在程序緩沖區(qū)中，此緩沖區(qū)已在程序初始化時(shí)分配。一旦檢測(cè)到程序緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)就對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取,并經(jīng)處理后寫人數(shù)據(jù)庫(kù)中。其數(shù)據(jù)更新流程如圖5所示。

3.2讀卡器中的控制程序

通過對(duì)主控ARM的編程，控制射頻讀寫芯片根據(jù)ISO/IEC14443A協(xié)議與RFID卡進(jìn)行射頻通信，完成對(duì)RFID卡的各種操作。主要由數(shù)據(jù)發(fā)送、通信握手、數(shù)據(jù)接收中斷服務(wù)、RC522通信、譯碼糾錯(cuò)、控制觸摸屏顯示以及讀數(shù)據(jù)，所有控制程序采用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。

4結(jié)語(yǔ)

智能超市是融合射頻識(shí)別技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)于一體的現(xiàn)代化超市，具有運(yùn)轉(zhuǎn)速率高、風(fēng)險(xiǎn)成本低、管理科學(xué)先進(jìn)、服務(wù)品質(zhì)優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。智能超市的最大特點(diǎn)是采用射頻識(shí)別技術(shù)，不需人工對(duì)每件商品進(jìn)行條碼掃描，這樣可以節(jié)約大量的人力和物力，提高效率，避免超市出口排長(zhǎng)長(zhǎng)的隊(duì)伍。由于射頻信號(hào)能夠穿透衣服等障礙物，這樣還可以防止超市物品被盜。超市的每件商品都貼上電子標(biāo)簽,標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的信息包括商品的編碼、價(jià)格等。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的識(shí)別范圍內(nèi)，標(biāo)簽?zāi)荞R上被激活，商品的所有信息都能被讀寫器獲取，然后顯示給顧客和工作人員。讀寫器內(nèi)部采用防碰撞算法，能同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，并且無(wú)遺漏。

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