基于RFID的超市物聯(lián)網(wǎng)購(gòu)物引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著社會(huì)的發(fā)展，超市已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠帧３兄械奈锲贩N類繁多，人們可以在超市中購(gòu)買到任意所需商品。然而商品種類的增多給人們選購(gòu)商品帶來(lái)了一定的影響，人們可能會(huì)花大量的時(shí)間在尋找商品上。本方案意在讓顧客在智能超市中感受到物聯(lián)網(wǎng)給人們生活所帶來(lái)的便捷，明白何為物聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)對(duì)人們生活的影響。智能超市讓顧客不再為購(gòu)物找商品和排隊(duì)結(jié)賬而苦惱。因此，構(gòu)建超市購(gòu)物引導(dǎo)系統(tǒng)具有較大實(shí)際意義。電子標(biāo)簽和物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)使得工業(yè)企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。電子標(biāo)簽是用來(lái)識(shí)別物品的一種新技術(shù)，它是根據(jù)無(wú)線射頻識(shí)別原理(RFID)而生產(chǎn)的，它與讀寫器通過(guò)無(wú)線射頻信號(hào)交換信息，是未來(lái)識(shí)別技術(shù)的首選產(chǎn)品。物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，利用電子標(biāo)簽為每一物品確定僅有識(shí)別EPC碼，從而構(gòu)成一個(gè)實(shí)現(xiàn)全球物品信息實(shí)時(shí)共享的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)，簡(jiǎn)稱“物聯(lián)網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)的提出給獲取產(chǎn)品原始信息并自動(dòng)生成清單提供了一種有效手段，而電子標(biāo)簽可以方便地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的產(chǎn)品識(shí)別和產(chǎn)品信息采集，這兩者的有機(jī)結(jié)合可以使人們隨時(shí)隨地在超市中買到任意所需的商品。

本文以電子標(biāo)簽和物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，列出了基于RFID技術(shù)的超市物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)購(gòu)系統(tǒng)的基本信息，對(duì)其結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了分析，并利用電子標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)了一個(gè)典型的工業(yè)企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，大大提高超市運(yùn)作的快速性和準(zhǔn)確性，不但提高了工作效率，而且減少了人為差錯(cuò)。

1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

超市物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)購(gòu)系統(tǒng)有貨架處的有源RFID標(biāo)簽、超市范圍內(nèi)的一定數(shù)量的讀卡器和每個(gè)顧客的手持設(shè)備，該設(shè)備由顧客輸入產(chǎn)品信息并與超市中的讀卡器進(jìn)行通信，引導(dǎo)顧客到達(dá)所需商品處。

1.1 RFID企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)

負(fù)責(zé)前端的標(biāo)簽識(shí)別、讀寫和信息管理工作，將讀取的信息通過(guò)計(jì)算機(jī)或直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給本地物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)系統(tǒng)?？梢栽诿恳活惿唐穼?duì)應(yīng)的貨架處安裝有源RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽中包含著商品的信息，包括商品名稱、價(jià)格、生產(chǎn)廠商以及商品所在處貨架的位置信息。

1.2 中間件系統(tǒng)

中間件是處在閱讀器和計(jì)算機(jī)Internet之間的一種中間件系統(tǒng)。該中間件可為企業(yè)應(yīng)用提供一系列計(jì)算和數(shù)據(jù)處理功能。其主要任務(wù)是對(duì)閱讀器讀取的標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲、過(guò)濾、匯集、計(jì)算、數(shù)據(jù)校對(duì)、解調(diào)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和任務(wù)管理，減少?gòu)拈喿x器傳送的數(shù)據(jù)量。同時(shí)，中間件還可提供與其他RFID支撐軟件系統(tǒng)進(jìn)行互操作等功能。此外，中間件還定義了閱讀器和應(yīng)用2個(gè)接口。中間件如圖1所示。

超市范圍內(nèi)安裝一定數(shù)量的讀卡器就是該中間系統(tǒng)的重要組成部分，同時(shí)為每一個(gè)進(jìn)入超市選購(gòu)商品的顧客配置一個(gè)手持設(shè)備，顧客在手持設(shè)備上輸人所需的商品名稱，手持設(shè)備與超市中的讀卡器通過(guò)中間件操作系統(tǒng)通信，發(fā)布自己的信息，讀卡器發(fā)布路由信息到手持設(shè)備引導(dǎo)顧客前往所需購(gòu)買的商品處。

1.3超市物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)購(gòu)系統(tǒng)的主要原理

在超市一定的區(qū)域內(nèi)安設(shè)讀卡器，讀取該范圍內(nèi)所有有源RFID標(biāo)簽，并建立自己的標(biāo)簽庫(kù)。讀卡器之間利用Zigbee協(xié)議進(jìn)行信息交互。每個(gè)讀卡器相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)中存放著自己鄰居節(jié)點(diǎn)的信息。也就是說(shuō)每個(gè)讀卡器都能獲得它的鄰居讀專器中的標(biāo)簽信息。

顧客的手持設(shè)備為物聯(lián)網(wǎng)中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，可以和讀卡器進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。同時(shí)，顧客手持設(shè)備還間有LCD顯示功能。該手持設(shè)備具有與RFID標(biāo)簽通信的功能，即可以讀取指定商品RFID信息的功能。

該物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為多跳網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)讀卡器收到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的商品信息時(shí)，如果商品信息不再自己的標(biāo)簽庫(kù)中，則將消息轉(zhuǎn)發(fā)給自己的鄰居節(jié)點(diǎn)直到找到目標(biāo)讀卡器。讀卡器節(jié)點(diǎn)根據(jù)目標(biāo)讀卡器節(jié)點(diǎn)的位置不斷將路由指示發(fā)送到手持設(shè)備上并通過(guò)LCD顯示給顧客。

當(dāng)顧客到達(dá)目標(biāo)讀卡器對(duì)應(yīng)的區(qū)域時(shí)，目標(biāo)讀卡器將商品的標(biāo)簽信息發(fā)送給顧客，顧客通過(guò)標(biāo)簽信息所示的位置信息找到所需商品。

2 系統(tǒng)主要組成部分及操作流程

2.1 系統(tǒng)主要組成部分

整個(gè)智能超市系統(tǒng)由身份識(shí)別、搜索導(dǎo)航、信息讀取、廣告推送、智能清算5部分組成。

1)身份識(shí)別。由于超市是全智能無(wú)人管理，因此，在社區(qū)內(nèi)只有持有智能“市民卡”的顧客才有權(quán)限進(jìn)入超市購(gòu)物。

2)搜索導(dǎo)航。顧客在超市的智能購(gòu)物車上可以搜索和選擇所需要的商品，超市內(nèi)的導(dǎo)航系統(tǒng)將讀取顧客當(dāng)前位置信息，并引導(dǎo)顧客前往相應(yīng)購(gòu)買區(qū)；

3)信息讀取。當(dāng)顧客表現(xiàn)出對(duì)某類產(chǎn)品的興趣后，將相關(guān)產(chǎn)品的廣告信息展示給顧客；

4)廣告推送。智能購(gòu)物車可以將顧客臨近商品的特價(jià)或優(yōu)惠等信息傳遞給顧客，供顧客挑選商品；

5)智能清算。結(jié)賬時(shí)無(wú)需像傳統(tǒng)的條形碼一樣逐漸商品掃描，直接將整車的商品信息讀取，得到消費(fèi)金額，自動(dòng)從“市民卡”上扣取。

方案設(shè)計(jì)圖如圖2所示：

2.2 系統(tǒng)的具體操作流程

1)顧客佩戴智能“市民卡”通過(guò)身份驗(yàn)證進(jìn)入超市;無(wú)“市民卡”將無(wú)法進(jìn)入超市，強(qiáng)行進(jìn)入會(huì)進(jìn)行報(bào)警；

2)顧客人選一個(gè)智能購(gòu)物車，利用其配備的手持設(shè)備進(jìn)行商品的瀏覽和選購(gòu)；

3)如果顧客需選購(gòu)商品，則將顧客臨近商品的信息（包括產(chǎn)品名稱、廠商、價(jià)格）通過(guò)手持設(shè)備展示給顧客;當(dāng)顧客表現(xiàn)出對(duì)某類商品的信息時(shí)，將其相關(guān)信息（含購(gòu)買率等信息）通過(guò)手持設(shè)備展示給顧客。

4)當(dāng)顧客選定好商品后，手持設(shè)備將顯示出顧客當(dāng)前所處位置，以及選購(gòu)商品所處位置，并選擇一條路線引導(dǎo)顧客前往購(gòu)買；

5)顧客購(gòu)買好商品后通過(guò)RFID計(jì)算通道進(jìn)行智能結(jié)算，并自動(dòng)從“市民卡”內(nèi)扣錢，如市民卡內(nèi)金額不足則予以提示不予放行，否則直接報(bào)警；

6)沒(méi)有購(gòu)買商品的顧客從正常出口離開(kāi)超市，如果購(gòu)買商品卻沒(méi)有通過(guò)結(jié)賬通道則進(jìn)行報(bào)警。

系統(tǒng)流程圖如圖3所示：

3 系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)模塊原理

超市物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)購(gòu)系統(tǒng)由身份識(shí)別模塊、搜索導(dǎo)航模塊、信息讀取模塊、廣告推送模塊、智能清算模塊組成。

3.1身份識(shí)別模塊

該項(xiàng)功能是建立在共享平臺(tái)應(yīng)用子集功能的基礎(chǔ)上，利用博覽中心的智能“市民卡”進(jìn)行身份的識(shí)別，該功能只需博覽園配置相應(yīng)的設(shè)備即可;超市內(nèi)通過(guò)安裝“市民卡”讀卡器，感知身份信息，同時(shí)將身份信息發(fā)送到應(yīng)用子集進(jìn)行身份驗(yàn)證。

3.2搜索導(dǎo)航模塊

在現(xiàn)有的超市購(gòu)物車上配置具有讀卡器功能的手持設(shè)備，通過(guò)手持設(shè)備可以瀏覽商品的信息，并且選購(gòu)商品。手持設(shè)備嵌入了RFID讀卡器，可以實(shí)現(xiàn)1～2 m的讀取距離。

當(dāng)選擇好商品后，手持設(shè)備將購(gòu)置信息傳給讀卡器節(jié)點(diǎn)，讀卡器節(jié)點(diǎn)讀取其監(jiān)測(cè)環(huán)境中的標(biāo)簽信息，如果某讀卡器節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)沒(méi)有相關(guān)物品信息，則傳送信息給其鄰居讀卡器節(jié)點(diǎn)，直到找到相關(guān)物品。同時(shí)將物品的位置信息返回手持設(shè)備，獲取當(dāng)前位置信息和物品信息，自動(dòng)選擇一條最優(yōu)路徑引導(dǎo)顧客購(gòu)物。搜索導(dǎo)航流程圖如圖6所示。

3.3信息讀取模塊

手持設(shè)備可以通過(guò)讀卡器讀取附近商品的信息，通過(guò)手持設(shè)備上的附近商品介紹選項(xiàng)可以瀏覽商品信息。當(dāng)用戶表現(xiàn)出對(duì)某種商品的興趣時(shí)，將產(chǎn)品的相關(guān)信息展示給顧客。

3.4廣告推送模塊

當(dāng)顧客處于某類商品的區(qū)域時(shí)，特價(jià)商品通過(guò)推薦選項(xiàng)將相關(guān)商品的促銷活動(dòng)以及購(gòu)買情況展示給顧客。

3.5智能清算模塊

建立RFID收貨通道，顧客采購(gòu)商品后只須推著購(gòu)物車通道一道安裝RFID閱讀器的結(jié)賬出口，系統(tǒng)便會(huì)即刻對(duì)購(gòu)物車內(nèi)所有貼有RFID標(biāo)簽的貨品進(jìn)行一次性掃描，并自動(dòng)從顧客的市民卡上扣除相應(yīng)的金額，打印購(gòu)物清單憑條。整個(gè)結(jié)賬過(guò)程在短短數(shù)秒內(nèi)即可完成。為了安全起見(jiàn)，我們采用兩次信息收集核對(duì)，在顧客將商品放入購(gòu)物牽時(shí)，記錄商品信息，并返回終端結(jié)算系統(tǒng)。如果有商品從購(gòu)物車中拿出，則將對(duì)應(yīng)信息從終端清除。當(dāng)顧客通過(guò)RFID收貨通道時(shí)，進(jìn)行結(jié)算囂配，如果兩次終端的清單一致則結(jié)算完成。

4結(jié)論

本文主要結(jié)合RFID技術(shù)提出了一種基于RFID技術(shù)的超市導(dǎo)購(gòu)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。項(xiàng)目完成聰，可方使人們贍物，大大提高了工髂效率，節(jié)省了顧客的等待時(shí)聞。最后，該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)能使超市更加智能化和人性化，促進(jìn)商家售貨，并能滿足購(gòu)物者的個(gè)性化服務(wù)，應(yīng)用前景良好。當(dāng)然，諸如電子標(biāo)簽的成本問(wèn)題、電子標(biāo)簽與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定、物聯(lián)網(wǎng)的信息安全等都是影響該系統(tǒng)應(yīng)懲普及的關(guān)鍵因素，因此，有必要對(duì)這些基礎(chǔ)性問(wèn)題作進(jìn)一步深入的研究。

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