基于RFID技术的智能购物车研究与设计

引言

目前国内外很多大型超市以及商场都是采用的传统的购物方式和条码扫描，这种流程工作下来既费人力又费物力。在人多拥挤的情况下，很多顾客找不到自己想要的物品就表现得十分恼火，也有顾客在排队结账时，对无休止的等待产生怨言。智能超市是融合射频识别技术、计算机通信网络、数据库管理技术于一体的现代化超市，具有运转速率高、风险成本低、管理科学先进、服务品质优良等优点。智能超市的最大特点是采用射频识别技术，不需要人工对每件商品进行条码扫描,这样可以节约大量的人力和物力，提高效率，避免超市出口处长长的队伍。基于RFID(RadioFrequencyIdentification)技术的智能购物车既能解决顾客找不到商品的问题，又能够在拥挤的超市轻松结账，再也不用等待了。RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，主要由读卡器和射频标签组成,它通过射频信号自动识别单个或多个目标对象并获取标签数据，识别工作由读写模块完成，数据信息通过无线传输与数据库同步，可大大减少人工操作量。基于RFID技术的智能购物车，既能节约顾客的购物时间，又能节省超市的人力和物力,还在很大程度上满足用户和商家本身，从而为大家带来了方便。

1系统工作原理

超市所有的供货商都必须为每件货物贴上RFID标签,然后在将货物送至仓库之前，在货物检测区域稍作停留，待阅读器检测完货物的类型、名称和数量后，货物入库。同时阅读器将入库商品的信息通过网络上传至中心服务器，中心服务器进行商品信息的更新。商品入库以后，可以由检验人员对货物进行检验，然后再调整商品信息。商品上了智能货架以后,顾客就可以推着智能购物车进行购物了。智能购物车是一个在传统购物车基础上进行改进，集阅读器模块、无线通信模块、触摸屏及ARM芯片为一体的嵌入式系统叫其中阅读器是和电子标签、天线组成RFID系统。阅读器通过天线读取商品标签里面存储的内容，ARM系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作，并且在显示屏上显示出商品的价格、生产商、生产日期等信息。无线通信模块是在ARM系统和超市的总数据库之间传输数据的。比如，当顾客输入自己想买的商品时，系统就会通过无线通信模块与超市数据库进行通信,查询该商品是否存在。图1所示为超市的整体场景图，图2所示为系统的硬件设计图。

1.1阅读器

读写器的基本任务是启动数据载体（电子标签）与其进行数据交换来实现非接触的无线通信。

RFID系统的读写器可以简化为三大基本功能模块：由收发系统组成的高接口、控制系统和与外界其它设备通信用的各种标准接口。本课题阅读器射频读写芯片，采用RC522电利用先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议，支持ISO14443A的多层应用。它负责接收主控ARM的控制信息并完成与RFID标签的通信操作，而为了发送、接收稳定的高频信号，射频读写芯片要通过高频滤波电路与天线部分连接。

1.2电子标签

在商品上贴的标签和在智能货架贴的标签是不一样的,商品上的标签是无源的，它们只能在有效范围内被阅读器读取；而货架上的标签都是有源标签，可以主动向阅读器报告位置。有源是指卡内有电池提供电源，其作用距离较远，但寿命有限、体积较大、成本高，且不适合在恶劣环境下工作;无源卡内无电池，它利用波束供电技术将接收到的射频能量转化为直流电源为卡内电路供电，其作用距离相对有源卡短，但寿命长且对工作环境要求不高。

1.3ARM芯片

本课题采用的是三星公司的S3C2410,S3C2410处理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T处理器核，采用FBGA封装，采用0.18um制造工艺的32位微控制器。主要是对触摸屏、无线通信模块、射频读写芯片进行收发控制操作。

1.4无线通信模块

采用LSDRF4310N01,它是基于T1射频集成芯片CC1101的射频模块，是一种高性能射频收发器，可广泛应用于各种场合的短距离无线通信领域。无线通信模块在这里的作用是查询和上传数据，顾客可以通过智能购物车查询要买东西的地点，以及它的各种指标都是通过无线通信模块把数据传送给中心服务器，然后中心服务器再反馈信息给顾客,这样就方便多了。

1.5触摸屏

本课题采用电容式触摸屏，它是利用人体的电流感应进行工作的当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。

2系统工作流程图

2.1商品查询

我们走进超市，首先要取得智能购物车，然后进行愉快的购物时间。智能购物车上的一个嵌入式系统就是实现智能购物的关键，也是基于RFID和ARM系统的智能购物。我们在利用智能购物车进行物品查询时，其嵌入式工作流程如图3所示。

2.2寻找已查询并存在的商品

我们在大致找到物品的位置后，还不是很准确，所以又设计了一个基于RFID的系统，因为商品上也贴有无源的RFID电子标签，当购物车经过刚才输入的商品时，购物车就会有提示，并发出吱吱的声音，提醒商品已找到。其寻物流程图如图4所示。

智能购物车还能进行商品的价格运算，当所找到的商品都放进购物车里，屏幕上会显示是否购物完毕，如果点击是,系统会把整体数据传送到中心服务器，然后中心服务器进行处理和运算，把总价格反馈到屏幕上，这样就减小了柜台上的工作量，只需付钱就可以，再也不必排队扫描商品然后付钱,不会产生拥挤的现象。

3程序实现

程序设计主要包括数据库管理程序和读卡器模块中的控制程序。

3.1数据库中的的管理程序

数据库管理程序主要完成数据库的建立和对数据库中数据的查询、设置。同时要负责接收从读卡器传来的数据并进行相应处理操作，数据库管理程序用C语言编写。中心服务器的数据库中建一张表，这张表由商品的价格、生产日期、数量、类型、名称等字段组成。这张表可以在有权限的条件下进行添加、修改、删除等操作；查询则不设权限。读卡器传来的数据存放在程序缓冲区中，此缓冲区已在程序初始化时分配。一旦检测到程序缓冲区中有数据就对数据进行读取,并经处理后写人数据库中。其数据更新流程如图5所示。

3.2读卡器中的控制程序

通过对主控ARM的编程，控制射频读写芯片根据ISO/IEC14443A协议与RFID卡进行射频通信，完成对RFID卡的各种操作。主要由数据发送、通信握手、数据接收中断服务、RC522通信、译码纠错、控制触摸屏显示以及读数据，所有控制程序采用C语言实现。

4结语

智能超市是融合射频识别技术、计算机通信网络、数据库管理技术于一体的现代化超市，具有运转速率高、风险成本低、管理科学先进、服务品质优良等优点。智能超市的最大特点是采用射频识别技术，不需人工对每件商品进行条码扫描，这样可以节约大量的人力和物力，提高效率，避免超市出口排长长的队伍。由于射频信号能够穿透衣服等障碍物，这样还可以防止超市物品被盗。超市的每件商品都贴上电子标签,标签内存储的信息包括商品的编码、价格等。当标签进入读写器的识别范围内，标签能马上被激活，商品的所有信息都能被读写器获取，然后显示给顾客和工作人员。读写器内部采用防碰撞算法，能同时识别多个标签，并且无遗漏。

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