基于RFID及移動(dòng)終端的電子超市關(guān)鍵技術(shù)研究摘要本文提出了一種基于RFID及移動(dòng)終端的電子超市設(shè)計(jì)方案。電子超市是將物聯(lián)技術(shù)及移動(dòng)計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于超市業(yè)務(wù)，把實(shí)體超市自助選購(gòu)模式與電子商務(wù)的虛擬在線購(gòu)物模式相結(jié)合的新型超市。電子超市的核心問(wèn)題是商品的識(shí)別、商品信息的獲取、商品的定位與導(dǎo)航；購(gòu)物電子付款與電子配送。將電子標(biāo)簽作為商品識(shí)別的手段，以移動(dòng)終端為核心，WLAN為支撐，實(shí)現(xiàn)商品信息獲取、商品定位與導(dǎo)航、電子付款與電子配送全過(guò)程。關(guān)鍵字：電子超市；物聯(lián)網(wǎng)；RFID；WLAN; 移動(dòng)終端；Based on RFID electronic supermarket key technologies research and mobile terminalsAbstract：This paper presents a design scheme of RFID and Electronic Supermarket Based on mobile terminal. Electronic supermarket is the combined technology and mobile computingtechnology applied to the supermarket business, the new supermarket to buy virtual entitysupermarket self-service online shopping patterns and e-commerce combined. The core problem of electronic supermarket commodity identification, commodity information, commoditypositioning and navigation; electronic payment and electronic distribution of shopping. Electronic tag as a commodity identification method, the mobile terminal as the core, WLAN as the support, to realize the commodity information, commodity positioning and navigation, electronic payment and electronic delivery process.Key words:Electronic Supermarket，Internet of things，RFID，WLAN，mobile terminal（MT）正文1. 引言 隨著社會(huì)的發(fā)展，超市已經(jīng)成我國(guó)商品零售業(yè)的主要形態(tài)，超市的規(guī)模越來(lái)越大，商品種類也越來(lái)越多，這些給人們選購(gòu)商品帶來(lái)了一定的困擾。超市購(gòu)物存在商品信息不夠全面，難于查找商品位置，POS機(jī)人工結(jié)賬效率低，消費(fèi)者攜帶商品購(gòu)物不方便等不足。電子超市意在讓顧客在超市中感受到新一代超市經(jīng)營(yíng)模式給人們生活所帶來(lái)的便捷，讓顧客不再為購(gòu)物找商品，排隊(duì)結(jié)賬和商品過(guò)多無(wú)法攜帶而苦惱，超市購(gòu)物將更加方便、輕松。電子超市是將物聯(lián)技術(shù)及移動(dòng)計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于超市業(yè)務(wù)，把實(shí)體超市自助選購(gòu)模式與電子商務(wù)的虛擬在線購(gòu)物模式相結(jié)合的新型超市。將電子標(biāo)簽作為商品識(shí)別的手段，以移動(dòng)終端為核心，WLAN為支撐，實(shí)現(xiàn)商品信息獲取、定位與導(dǎo)航、電子付款與電子配送全過(guò)程。電子超市的優(yōu)點(diǎn)： 1、消費(fèi)者可以更容易、更全面、更準(zhǔn)確地了解商品信息，使消費(fèi)者放心消費(fèi)。移動(dòng)終端提供了高質(zhì)量展示商品信息的界面，后臺(tái)服務(wù)器可以提供幾乎無(wú)限的商品信息，包括商品自身信息和用戶反饋信息，從而使商品特性得到充分展示，幫助消費(fèi)者做出正確的消費(fèi)抉擇。2、商品信息通過(guò)RFID技術(shù)集中管理，可以有效提高超市賣場(chǎng)管理效率。RFID技術(shù)可以提供快速更新，快速讀取信息的手段，使商品管理更加科學(xué)，并提供了新型的超市-消費(fèi)者信息接口。 3、 實(shí)現(xiàn)超市內(nèi)無(wú)貨物流動(dòng)，消費(fèi)者不需要自己費(fèi)力攜帶購(gòu)買的商品，超市工作人員也無(wú)需搬運(yùn)貨物上架，既減輕了消費(fèi)者和工作人員的體力消耗，也減少了店場(chǎng)擁擠，改善了購(gòu)物環(huán)境。 4、實(shí)現(xiàn)無(wú)人結(jié)賬?；谝苿?dòng)終端的在線付款取代POS機(jī)，不需要排隊(duì)結(jié)賬付款，提高結(jié)賬付款效率。5. 購(gòu)物流程與物流服務(wù)自然銜接，購(gòu)物更加方便。6. 系統(tǒng)可以提供更加實(shí)時(shí)、全面的商品銷售信息，為超市管理決策提供有效支持。2. 電子超市技術(shù)特點(diǎn)及系統(tǒng)組成 2.1.電子超市技術(shù)特點(diǎn)電子超市將RFID技術(shù)、WLAN技術(shù)、移動(dòng)計(jì)算技術(shù)集成為一體，以智能移動(dòng)終端為核心，WLAN技術(shù)為支撐，RFID為手段，提供一種更加方便的新型超市購(gòu)物模式。 2.2.系統(tǒng)功能部分 2.2.1.商品信息查詢 消費(fèi)者使用移動(dòng)終端閱讀商品上的RFID標(biāo)簽獲取商品的名稱、價(jià)格等基本信息，同時(shí)通過(guò)商品鏈接經(jīng)WLAN從后臺(tái)服務(wù)器獲取更詳細(xì)的商品信息，包括商品規(guī)格、品質(zhì)、產(chǎn)地、銷量以及用戶評(píng)價(jià)等。 2.2.2.WLAN定位與導(dǎo)航 消費(fèi)者根據(jù)商品的類別或名稱，使用移動(dòng)終端搜索出商品的具體位置，在WLAN的支持下實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者的定位，從而在移動(dòng)終端上顯示出消費(fèi)者與商品間的導(dǎo)航路線，實(shí)現(xiàn)WLAN的定位與導(dǎo)航。 2.2.3基于移動(dòng)終端的自助購(gòu)物 消費(fèi)者在全面了解商品的基礎(chǔ)上，通過(guò)移動(dòng)終端在線選擇購(gòu)買，使用移動(dòng)終端生成電子訂單，并通過(guò)移動(dòng)終端經(jīng)在線支付系統(tǒng)為訂單付款。付款訂單通過(guò)超市內(nèi)的WLAN系統(tǒng)傳送到配送中心。 2.2.4.自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ) 傳統(tǒng)超市需要較多人力和設(shè)備投入，經(jīng)營(yíng)成本比較高。末端工作人員在電子倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)支持下，根據(jù)訂單為消費(fèi)者拼配商品并加以包裝。 2.3.電子超市購(gòu)物流程： 整個(gè)電子超市系統(tǒng)主要由會(huì)員登錄、商品檢索與購(gòu)物導(dǎo)航、商品信息獲取、選擇商品、提交訂單、在線支付、商品交付7個(gè)部分組成。1）會(huì)員登錄：由于超市是全智能無(wú)人管理，因此，只有會(huì)員才能登錄電子超市系統(tǒng)進(jìn)行購(gòu)物。2）商品檢索與購(gòu)物導(dǎo)航：消費(fèi)者根據(jù)商品類別或商品名稱搜索出導(dǎo)航路線并且檢索商品。3）商品信息獲?。合M(fèi)者使用移動(dòng)終端閱讀商品上的RFID標(biāo)簽及商品鏈接獲取商品信息。4）選擇商品：消費(fèi)者在全面了解商品的基礎(chǔ)上，通過(guò)移動(dòng)終端在線選擇購(gòu)買。5）提交訂單：消費(fèi)者使用移動(dòng)終端將訂單提交給系統(tǒng)。6）在線支付：通過(guò)移動(dòng)終端經(jīng)在線支付系統(tǒng)為訂單付款。開始7）商品交付：末端集中拼配商品交付消費(fèi)者或物流送貨上門。提貨方式會(huì)員登錄商品搜索與商品導(dǎo)航自提送貨上門商品信息獲取等待自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)配貨 商品放入電子購(gòu)物車是是否確認(rèn)購(gòu)買確認(rèn)商品確認(rèn)并生成訂單重新購(gòu)物終止自動(dòng)支付否3. 電子超市關(guān)鍵技術(shù)3.1 RFID 在電子超市中的應(yīng)用 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）產(chǎn)生的，通過(guò)無(wú)線射頻信號(hào)與讀寫器交換信息，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)簽為每一個(gè)物品確定唯一識(shí)別ID，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)合使得基于RFID及移動(dòng)終端的電子超市得以實(shí)現(xiàn)。RFID標(biāo)簽為一種商品提供唯一識(shí)別ID，用戶通過(guò)移動(dòng)終端掃描RFID標(biāo)簽獲取商品ID，獲取的ID與超市商品數(shù)據(jù)中的ID匹配，獲得商品單價(jià)、種類等詳細(xì)信息，實(shí)現(xiàn)商品的購(gòu)買與付款。3.2 基于移動(dòng)終端的電子超市軟件 Android系統(tǒng)是基于Linux和Java技術(shù)，它在底層采用Linux內(nèi)核和本地庫(kù)，在上層提供Java支持框架和開發(fā)接口。它借助于Linux強(qiáng)大的穩(wěn)定性、開放性和可移植性，Java語(yǔ)言開發(fā)的廣泛性、簡(jiǎn)單性和可移植性，一經(jīng)推出就受動(dòng)廣泛關(guān)注和歡迎，在嵌入式開發(fā)中產(chǎn)生比較深遠(yuǎn)的影響。Android系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢(shì)：1、開放性2、掙脫運(yùn)營(yíng)商的束縛3、豐富的硬件選擇4、無(wú)縫結(jié)合的Google應(yīng)用。 IOS是運(yùn)行于iPhone、iPod touch以及iPad設(shè)備的操作系統(tǒng)，它管理設(shè)備硬件并為手機(jī)本地應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)技術(shù)。根據(jù)設(shè)備不同，操作系統(tǒng)具有不同的系統(tǒng)應(yīng)用程序，例如Phone、Mail以及Safari，這些應(yīng)用程序可以為用戶提供標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)服務(wù)。IOS系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢(shì)：1、模塊性2、靈活性3、可伸縮性4、可操作性。3.3 基于WLAN的定位與導(dǎo)航 無(wú)線信號(hào)的強(qiáng)度隨著傳播距離的增加而衰減，接收方與發(fā)送方距離越近，則接收方的信號(hào)強(qiáng)度就越強(qiáng)；接收方離發(fā)送方距離越遠(yuǎn)，則接收到的信號(hào)強(qiáng)度就越弱。根據(jù)移動(dòng)終端測(cè)量接收到的信號(hào)強(qiáng)度和已知的無(wú)線信號(hào)衰落模型，可以估算出收發(fā)放之間的距離，如果有三個(gè)發(fā)送基站，則可以建立起多個(gè)雙曲線方程，這些曲線方程的交點(diǎn)就是移動(dòng)終端的二維坐標(biāo)位置。3.3.1 WLAN的定位方法 移動(dòng)終端與AP距離越近，則移動(dòng)終端接收到的信號(hào)強(qiáng)度就越強(qiáng)；移動(dòng)終端與AP距離越遠(yuǎn)，則接收到的信號(hào)強(qiáng)度就越弱。通過(guò)AP信號(hào)強(qiáng)度與距離測(cè)試實(shí)驗(yàn)如（圖3-1）表明，移動(dòng)終端接收到的信號(hào)強(qiáng)度與AP之間的距離呈線性關(guān)系，根據(jù)移動(dòng)終端測(cè)量接收到的AP信號(hào)強(qiáng)度和已知的無(wú)線信號(hào)衰減模型，可以估算出移動(dòng)終端到AP之間的距離，如果同時(shí)有三個(gè)以上的AP確定與移動(dòng)終端的距離，則移動(dòng)終端可以由AP為圓心的交點(diǎn)確定。 圖3.3.1-1 AP信號(hào)強(qiáng)度與距離線性關(guān)系圖AP2AP1終端設(shè)備 AP3 圖3.3.1-2 WLAN定位圖3.3.2導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及工作原理 根據(jù)超市實(shí)際情況，將超市以網(wǎng)格形式劃分，建造超市二維網(wǎng)格模型圖并存儲(chǔ)到終端設(shè)備中。確定各類商品所在位置的二維坐標(biāo)，創(chuàng)建商品種類的空間數(shù)據(jù)庫(kù)。使用WLAN定位技術(shù)，確定用戶所在位置的二維坐標(biāo)（x,y），將（x,y）點(diǎn)在超市二維網(wǎng)格模型圖中顯示。用戶選擇所要購(gòu)買的商品，終端設(shè)備通過(guò)空間數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)出商品的坐標(biāo)，并在二維網(wǎng)格模型圖中顯示位置，通過(guò)路徑最優(yōu)選擇算法，計(jì)算出用戶3.4電子超市系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.相關(guān)問(wèn)題討論4.1 WLAN下定位與導(dǎo)航問(wèn)題4.1.1 WLAN下定位與導(dǎo)航問(wèn)題討論 隨著WLAN無(wú)線局域網(wǎng)和移動(dòng)通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，WLAN下的定位也日漸受人們重視，基于RFID及終端設(shè)備的電子超市系統(tǒng)中對(duì)用戶的精確定位非常重要，目前，基于網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線定位技術(shù)有一下幾種。4.1.2 基于電波傳播時(shí)間的定位（TOA） 假設(shè)電波從移動(dòng)終端到AP的傳播時(shí)間為t，電波傳輸速度為c，則移動(dòng)終端位于以AP位置為圓心，以c*t為半徑的圓上，如果同時(shí)有三個(gè)以上的AP收到移動(dòng)終端的無(wú)線信號(hào)，則移動(dòng)終端的二維位置的坐標(biāo)可由以AP為圓心的三個(gè)圓的交點(diǎn)確定。基于TOA的無(wú)線定位，時(shí)間上1us的誤差將導(dǎo)致在空間上產(chǎn)生300m左右的誤差，對(duì)AP的時(shí)鐘精度要求非常高，AP與移動(dòng)終端必須能夠精確同步。4.1.3 基于電波傳播時(shí)間差的定位（TDOA） 通過(guò)測(cè)量移動(dòng)終端無(wú)線信號(hào)到達(dá)AP的時(shí)間而不是無(wú)線信號(hào)到達(dá)AP的絕對(duì)時(shí)間來(lái)對(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行定位，從而降低對(duì)時(shí)間同步的要求，根據(jù)信號(hào)到達(dá)兩個(gè)AP的時(shí)間差，可以確定移動(dòng)終端位于兩個(gè)AP為焦點(diǎn)的雙曲線上，如果有三個(gè)以上的AP，則可以建立起多個(gè)雙曲線方程，這些雙曲線方程的交點(diǎn)就是移動(dòng)終端的二維坐標(biāo)位置。4.1.4基于信號(hào)強(qiáng)度的定位（RSSI） 無(wú)線信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度隨著傳播距離的增加而減弱，移動(dòng)終端與AP距離越近，則移動(dòng)終端接收到的信號(hào)強(qiáng)度就越強(qiáng)；移動(dòng)終端與AP距離越遠(yuǎn)，則接收到的信號(hào)強(qiáng)度就越弱，根據(jù)移動(dòng)終端測(cè)量接收到的信號(hào)強(qiáng)度和已知的無(wú)線信號(hào)衰落模型，可以估算出移動(dòng)終端到AP之間的距離，根據(jù)多個(gè)估計(jì)的距離值，可以計(jì)算出移動(dòng)終端的位置，這種方法相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)添加額外的硬件設(shè)備。 4.1.5 基于電波射入角的定位（AOA）在這種方法中AP通過(guò)接收機(jī)天線陣列測(cè)出移動(dòng)終端發(fā)送電波的入射角，并確定一條從AP到移動(dòng)終端的焦徑線，通過(guò)多個(gè)AP對(duì)移動(dòng)終端無(wú)線信號(hào)的測(cè)量，能夠得到多條焦徑線，這些直線的交點(diǎn)就是移動(dòng)終端的位置。由于無(wú)線信號(hào)具有多徑衰落等特性，采用此種方法在障礙物較少的地區(qū)可以得到較高的精確度，并且設(shè)備復(fù)雜價(jià)格昂貴。4.2 RFID 在超市中的應(yīng)用方式討論4.2.1、RFID工作原理最基本的射頻識(shí)別系統(tǒng)由兩部分組成：一是電子標(biāo)簽，用于存儲(chǔ)信息，為被識(shí)別對(duì)象；二是瀆寫器，用于讀取電子標(biāo)簽信息。電子標(biāo)簽與讀寫器之問(wèn)通過(guò)禍合實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的空間耦合；在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時(shí)序關(guān)系，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞和數(shù)據(jù)的交換。4.2.2 RFID標(biāo)簽種類選擇 （1）RFID電子標(biāo)簽按照能量供應(yīng)方式進(jìn)行分類，可以分為有源和無(wú)源，在本電子超市中移動(dòng)終端對(duì)商品進(jìn)行的是近距離掃描，故使用無(wú)源標(biāo)簽即可。 （2）按照工作頻率分為低頻系統(tǒng)、中頻系統(tǒng)和高頻系統(tǒng)。低頻系統(tǒng)主要有125kHz和1342kHz兩種，中頻射頻卡頻率為1356MHz，高頻射頻卡頻率主要有433MHz、915MHz、245GHz、58GHz等，由于電子超市對(duì)射頻識(shí)別的讀寫距離和讀寫速度都有嚴(yán)格的要求，所以本設(shè)計(jì)方案采用高頻射頻系統(tǒng)。 （3）按調(diào)制方式的不同可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式。由于本電子超市使用的是無(wú)源標(biāo)簽，其反射調(diào)制散射可以確保讀寫器只激活識(shí)別范圍內(nèi)的射頻卡，因此在本電子超市中選用被動(dòng)式最為合適。結(jié)論 本作品采用智能移動(dòng)終端作為應(yīng)用平臺(tái)，在RFID技術(shù)及WLAN技術(shù)支持下，提供全方位的商品展示，現(xiàn)場(chǎng)選購(gòu)，訂單生成，支付結(jié)