基于RFID的超市物联网购物引导系统的设计与实现

    随着社会的发展，超市已经成为了人们日常生活的一部分。超市中的物品种类繁多，人们可以在超市中购买到任意所需商品。然而商品种类的增多给人们选购商品带来了一定的影响，人们可能会花大量的时间在寻找商品上。本方案意在让顾客在智能超市中感受到物联网给人们生活所带来的便捷，明白何为物联网及物联网对人们生活的影响。智能超市让顾客不再为购物找商品和排队结账而苦恼。因此，构建超市购物引导系统具有较大实际意义。电子标签和物联网的出现使得工业企业物联网系统得以实现。电子标签是用来识别物品的一种新技术，它是根据无线射频识别原理(RFID)而生产的，它与读写器通过无线射频信号交换信息，是未来识别技术的首选产品。物联网是在计算机互联网基础上，利用电子标签为每一物品确定唯一识别EPC码，从而构成一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网，简称“物联网”。物联网的提出给获取产品原始信息并自动生成清单提供了一种有效手段，而电子标签可以方便地实现自动化的产品识别和产品信息采集，这两者的有机结合可以使人们随时随地在超市中买到任意所需的商品。

    本文以电子标签和物联网为基础，列出了基于RFID技术的超市物联网导购系统的基本信息，对其结构和功能进行了分析，并利用电子标签实现了一个典型的工业企业物联网系统，大大提高超市运作的快速性和准确性，不但提高了工作效率，而且减少了人为差错。

    1 系统基本结构

    超市物联网导购系统有货架处的有源RFID标签、超市范围内的一定数量的读卡器和每个顾客的手持设备，该设备由顾客输入产品信息并与超市中的读卡器进行通信，引导顾客到达所需商品处。

    1.1 RFID企业生产系统

    负责前端的标签识别、读写和信息管理工作，将读取的信息通过计算机或直接通过网络传送给本地物联网信息服务系统。可以在每一类商品对应的货架处安装有源RFID标签，标签中包含着商品的信息，包括商品名称、价格、生产厂商以及商品所在处货架的位置信息。

    1.2 中间件系统

    中间件是处在阅读器和计算机Internet之间的一种中间件系统。该中间件可为企业应用提供一系列计算和数据处理功能。其主要任务是对阅读器读取的标签数据进行捕获、过滤、汇集、计算、数据校对、解调、数据传送、数据存储和任务管理，减少从阅读器传送的数据量。同时，中间件还可提供与其他RFID支撑软件系统进行互操作等功能。此外，中间件还定义了阅读器和应用2个接口。中间件如图1所示。 

    超市范围内安装一定数量的读卡器就是该中间系统的重要组成部分，同时为每一个进入超市选购商品的顾客配置一个手持设备，顾客在手持设备上输人所需的商品名称，手持设备与超市中的读卡器通过中间件操作系统通信，发布自己的信息，读卡器发布路由信息到手持设备引导顾客前往所需购买的商品处。

    1.3超市物联网导购系统的主要原理

    在超市一定的区域内安设读卡器，读取该范围内所有有源RFID标签，并建立自己的标签库。读卡器之间利用Zigbee协议进行信息交互。每个读卡器相当于物联网中的一个节点，节点中存放着自己邻居节点的信息。也就是说每个读卡器都能获得它的邻居读专器中的标签信息。

    顾客的手持设备为物联网中的移动节点，可以和读卡器进行实时通信[4]。同时，顾客手持设备还间有LCD显示功能。该手持设备具有与RFID标签通信的功能，即可以读取指定商品RFID信息的功能。

    该物联网系统网络为多跳网络[5]，当读卡器收到移动节点发来的商品信息时，如果商品信息不再自己的标签库中，则将消息转发给自己的邻居节点直到找到目标读卡器。读卡器节点根据目标读卡器节点的位置不断将路由指示发送到手持设备上并通过LCD显示给顾客。

    当顾客到达目标读卡器对应的区域时，目标读卡器将商品的标签信息发送给顾客，顾客通过标签信息所示的位置信息找到所需商品。

    2 系统主要组成部分及操作流程

    2.1 系统主要组成部分

    整个智能超市系统由身份识别、搜索导航、信息读取、广告推送、智能清算5部分组成。
    1)身份识别。由于超市是全智能无人管理，因此，在社区内只有持有智能“市民卡”的顾客才有权限进入超市购物。
    2)搜索导航。顾客在超市的智能购物车上可以搜索和选择所需要的商品，超市内的导航系统将读取顾客当前位置信息，并引导顾客前往相应购买区；
    3)信息读取。当顾客表现出对某类产品的兴趣后，将相关产品的广告信息展示给顾客；
    4)广告推送。智能购物车可以将顾客临近商品的特价或优惠等信息传递给顾客，供顾客挑选商品；
    5)智能清算。结账时无需像传统的条形码一样逐渐商品扫描，直接将整车的商品信息读取，得到消费金额，自动从“市民卡”上扣取。

    方案设计图如图2所示： 

    2.2 系统的具体操作流程

    1)顾客佩戴智能“市民卡”通过身份验证进入超市；无“市民卡”将无法进入超市，强行进入会进行报警；
    2)顾客人选一个智能购物车，利用其配备的手持设备进行商品的浏览和选购；
    3)如果顾客需选购商品，则将顾客临近商品的信息(包括产品名称、厂商、价格)通过手持设备展示给顾客；当顾客表现出对某类商品的信息时，将其相关信息(含购买率等信息)通过手持设备展示给顾客。
    4)当顾客选定好商品后，手持设备将显示出顾客当前所处位置，以及选购商品所处位置，并选择一条最佳路线引导顾客前往购买；
    5)顾客购买好商品后通过RFID计算通道进行智能结算，并自动从“市民卡”内扣钱，如市民卡内金额不足则予以提示不予放行，否则直接报警；
    6)没有购买商品的顾客从正常出口离开超市，如果购买商品却没有通过结账通道则进行报警。

    系统流程图如图3所示： 

     3 系统的相关技术模块原理 

     超市物联网导购系统由身份识别模块、搜索导航模块、信息读取模块、广告推送模块、智能清算模块组成。

    3.1身份识别模块

    该项功能是建立在共享平台应用子集功能的基础上，利用博览中心的智能“市民卡”进行身份的识别，该功能只需博览园配置相应的设备即可；超市内通过安装“市民卡”读卡器，感知身份信息，同时将身份信息发送到应用子集进行身份验证。

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    3.2搜索导航模块

    在现有的超市购物车上配置具有读卡器功能的手持设备，通过手持设备可以浏览商品的信息，并且选购商品。手持设备嵌入了RFID读卡器，可以实现1～2 m的读取距离。手持设备及操作界面如图4所示。图5为搜索导航操作界面。 

    当选择好商品后，手持设备将购置信息传给读卡器节点，读卡器节点读取其监测环境中的标签信息，如果某读卡器节点范围内没有相关物品信息，则传送信息给其邻居读卡器节点，直到找到相关物品。同时将物品的位置信息返回手持设备，获取当前位置信息和物品信息，自动选择一条最优路径引导顾客购物。搜索导航流程图如图6所示。 

     3.3信息读取模块

    手持设备可以通过读卡器读取附近商品的信息，通过手持设备上的附近商品介绍选项可以浏览商品信息。当用户表现出对某种商品的兴趣时，将产品的相关信息展示给顾客。信息读取操作界面如图7所示。 

    3.4广告推送模块

    当顾客处于某类商品的区域时，特价商品通过推荐选项将相关商品的促销活动以及购买情况展示给顾客。其读取界面如图8所示，信息读取和广告推送流图。 

    3.5智能清算模块

    建立RFID收货通道，顾客采购商品后只须推着购物车通道一道安装RFID阅读器的结账出口，系统便会即刻对购物车内所有贴有RFID标签的货品进行一次性扫描，并自动从顾客的市民卡上扣除相应的金额，打印购物清单凭条。整个结账过程在短短数秒内即可完成。为了安全起见，我们采用两次信息收集核对，在顾客将商品放入购物牵时，记录商品信息，并返回终端结算系统。如果有商品从购物车中拿出，则将对应信息从终端清除。当顾客通过RFID收货通道时，进行结算嚣配，如果两次终端的清单一致则结算完成。

    4结论

    本文主要结合RFID技术提出了一种基于RFID技术的超市导购物联网系统设计方案。项目完成聪，可方使人们赡物，大大提高了工髂效率，节省了顾客的等待时闻。最后，该系统的实现能使超市更加智能化和人性化，促进商家售货，并能满足购物者的个性化服务，应用前景良好。当然，诸如电子标签的成本问题、电子标签与物联网应用相关标准和规范的制定、物联网的信息安全等都是影响该系统应惩普及的关键因素，因此，有必要对这些基础性问题作进一步深入的研究。