毕业设计(论文)-基于RFID及移动终端的电子超市关键技术研究.doc

基于RFID及移动终端的电子超市关键技术研究
摘要
本文提出了一种基于RFID及移动终端的电子超市设计方案。电子超市是将物联技术及移动计算技术应用于超市业务，把实体超市自助选购模式与电子商务的虚拟在线购物模式相结合的新型超市。电子超市的核心问题是商品的识别、商品信息的获取、商品的定位与导航；购物电子付款与电子配送。将电子标签作为商品识别的手段，以移动终端为核心，WLAN为支撑，实现商品信息获取、商品定位与导航、电子付款与电子配送全过程。
关键字：电子超市；物联网；RFID；WLAN; 移动终端；
Based on RFID electronic supermarket key technologies research and mobile terminals
Abstract：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
随着社会的发展，超市已经成我国商品零售业的主要形态，超市的规模越来越大，商品种类也越来越多，这些给人们选购商品带来了一定的困扰。超市购物存在商品信息不够全面，难于查找商品位置，POS机人工结账效率低，消费者携带商品购物不方便等不足。电子超市意在让顾客在超市中感受到新一代超市经营模式给人们生活所带来的便捷，让顾客不再为购物找商品，排队结账和商品过多无法携带而苦恼，超市购物将更加方便、轻松。
电子超市是将物联技术及移动计算技术应用于超市业务，把实体超市自助选购模式与电子商务的虚拟在线购物模式相结合的新型超市。将电子标签作为商品识别的手段，以移动终端为核心，WLAN为支撑，实现商品信息获取、定位与导航、电子付款与电子配送全过程。
电子超市的优点：
1、消费者可以更容易、更全面、更准确地了解商品信息，使消费者放心消费。移动终端提供了高质量展示商品信息的界面，后台服务器可以提供几乎无限的商品信息，包括商品自身信息和用户反馈信息，从而使商品特性得到充分展示，帮助消费者做出正确的消费抉择。
2、商品信息通过RFID技术集中管理，可以有效提高超市卖场管理效率。RFID技术可以提供快速更新，快速读取信息的手段，使商品管理更加科学，并提供了新型的超市-消费者信息接口。
3、 实现超市内无货物流动，消费者不需要自己费力携带购买的商品，超市工作人员也无需搬运货物上架，既减轻了消费者和工作人员的体力消耗，也减少了店场拥挤，改善了购物环境。 4、实现无人结账。基于移动终端的在线付款取代POS机，不需要排队结账付款，提高结账付款效率。
5. 购物流程与物流服务自然衔接，购物更加方便。
6. 系统可以提供更加实时、全面的商品销售信息，为超市管理决策提供有效支持。
2. 电子超市技术特点及系统组成
2.1.电子超市技术特点
电子超市将RFID技术、WLAN技术、移动计算技术集成为一体，以智能移动终端为核心，WLAN技术为支撑，RFID为手段，提供一种更加方便的新型超市购物模式。
2.2.系统功能部分
2.2.1.商品信息查询
消费者使用移动终端阅读商品上的RFID标签获取商品的名称、价格等基本信息，同时通过商品链接经WLAN从后台服务器获取更详细的商品信息，包括商品规格、品质、产地、销量以及用户评价等。
2.2.2.WLAN定位与导航
消费者根据商品的类别或名称，使用移动终端搜索出商品的具体位置，在WLAN的支持下实现消费者的定位，从而在移动终端上显示出消费者与商品间的导航路线，实现WLAN的定位与导航。
2.2.3基于移动终端的自助购物
消费者在全面了解商品的基础上，通过移动终端在线选择购买，使用移动终端生成电子订单，并通过移动终端经在线支付系统为订单付款。付款订单通过超市内的WLAN系统传送到配送中心。
2.2.4.自动仓储
传统超市需要较多人力和设备投入，经营成本比较高。末端工作人员在电子仓储系统支持下，根据订单为消费者拼配商品并加以包装。
2.3.电子超市购物流程：
整个电子超市系统主要由会员登录、商品检索与购物导航、商品信息获取、选择商品、提交订单、在线支付、商品交付7个部分组成。
1）会员登录：由于超市是全智能无人管理，因此，只有会员才能登录电子超市系统进行购物。
2）商品检索与购物导航：消费者根据商品类别或商品名称搜索出导航路线并且检索商品。
3）商品信息获取：消费者使用移动终端阅读商品上的RFID标签及商品链接获取商品信息。
4）选择商品：消费者在全面了解商品的基础上，通过移动终端在线选择购买。
5）提交订单：消费者使用移动终端将订单提交给系统。
6）在线支付：通过移动终端经在线支付系统为订单付款。
开始
7）商品交付：末端集中拼配商品交付消费者或物流送货上门。

提货方式
会员登录

商品搜索与商品导航

自提
送货上门

商品信息获取

等待自动仓储系统
配货

商品放入电子购物车
是

是
否
确认购买

确认商品

确认并生成订单
重新购物

终止
自动支付
否

3. 电子超市关键技术
3.1 RFID 在电子超市中的应用
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）产生的，通过无线射频信号与读写器交换信息，物联网是在计算机互联网基础上，利用电子标签为每一个物品确定唯一识别ID，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，这两者的有机结合使得基于RFID及移动终端的电子超市得以实现。RFID标签为一种商品提供唯一识别ID，用户通过移动终端扫描RFID标签获取商品ID，获取的ID与超市商品数据中的ID匹配，获得商品单价、种类等详细信息，实现商品的购买与付款。
3.2 基于移动终端的电子超市软件
Android系统是基于Linux和Java技术，它在底层采用Linux内核和本地库，在上层提供Java支持框架和开发接口。它借助于Linux强大的稳定性、开放性和可移植性，Java语言开发的广泛性、简单性和可移植性，一经推出就受动广泛关注和欢迎，在嵌入式开发中产生比较深远的影响。Android系统具有如下优势：1、开放性2、挣脱运营商的束缚3、丰富的硬件选择4、无缝结合的Google应用。
IOS是运行于iPhone、iPod touch以及iPad设备的操作系统，它管理设备硬件并为手机本地应用程序的实现提供基础技术。根据设备不同，操作系统具有不同的系统应用程序，例如Phone、Mail以及Safari，这些应用程序可以为用户提供标准系统服务。IOS系统具有如下优势：1、模块性2、灵活性3、可伸缩性4、可操作性。
3.3 基于WLAN的定位与导航
无线信号的强度随着传播距离的增加而衰减，接收方与发送方距离越近，则接收方的信号强度就越强；接收方离发送方距离越远，则接收到的信号强度就越弱。根据移动终端测量接收到的信号强度和已知的无线信号衰落模型，可以估算出收发放之间的距离，如果有三个发送基站，则可以建立起多个双曲线方程，这些曲线方程的交点就是移动终端的二维坐标位置。
3.3.1 WLAN的定位方法
移动终端与AP距离越近，则移动终端接收到的信号强度就越强；移动终端与AP距离越远，则接收到的信号强度就越弱。通过AP信号强度与距离测试实验如（图3-1）表明，移动终端接收到的信号强度与AP之间的距离呈线性关系，根据移动终端测量接收到的AP信号强度和已知的无线信号衰减模型，可以估算出移动终端到AP之间的距离，如果同时有三个以上的AP确定与移动终端的距离，则移动终端可以由AP为圆心的交点确定。

图3.3.1-1 AP信号强度与距离线性关系图

AP2
AP1

终端设备

AP3

图3.3.1-2 WLAN定位图
3.3.2导航系统的设计及工作原理
根据超市实际情况，将超市以网格形式划分，建造超市二维网格模型图并存储到终端设备中。确定各类商品所在位置的二维坐标，创建商品种类的空间数据库。使用WLAN定位技术，确定用户所在位置的二维坐标（x,y），将（x,y）点在超市二维网格模型图中显示。用户选择所要购买的商品，终端设备通过空间数据库调出商品的坐标，并在二维网格模型图中显示位置，通过路径最优选择算法，计算出用户
3.4电子超市系统的系统结构

4.相关问题讨论
4.1 WLAN下定位与导航问题
4.1.1 WLAN下定位与导航问题讨论
随着WLAN无线局域网和移动通信技术的广泛应用，WLAN下的定位也日渐受人们重视，基于RFID及终端设备的电子超市系统中对用户的精确定位非常重要，目前，基于网络的无线定位技术有一下几种。
4.1.2 基于电波传播时间的定位（TOA）
假设电波从移动终端到AP的传播时间为t，电波传输速度为c，则移动终端位于以AP位置为圆心，以c*t为半径的圆上，如果同时有三个以上的AP收到移动终端的无线信号，则移动终端的二维位置的坐标可由以AP为圆心的三个圆的交点确定。基于TOA的无线定位，时间上1us的误差将导致在空间上产生300m左右的误差，对AP的时钟精度要求非常高，AP与移动终端必须能够精确同步。
4.1.3 基于电波传播时间差的定位（TDOA）
通过测量移动终端无线信号到达AP的时间而不是无线信号到达AP的绝对时间来对移动终端进行定位，从而降低对时间同步的要求，根据信号到达两个AP的时间差，可以确定移动终端位于两个AP为焦点的双曲线上，如果有三个以上的AP，则可以建立起多个双曲线方程，这些双曲线方程的交点就是移动终端的二维坐标位置。
4.1.4基于信号强度的定位（RSSI）
无线信号的信号强度随着传播距离的增加而减弱，移动终端与AP距离越近，则移动终端接收到的信号强度就越强；移动终端与AP距离越远，则接收到的信号强度就越弱，根据移动终端测量接收到的信号强度和已知的无线信号衰落模型，可以估算出移动终端到AP之间的距离，根据多个估计的距离值，可以计算出移动终端的位置，这种方法相对简单，不需要对网络添加额外的硬件设备。
4.1.5 基于电波射入角的定位（AOA）
在这种方法中AP通过接收机天线阵列测出移动终端发送电波的入射角，并确定一条从AP到移动终端的焦径线，通过多个AP对移动终端无线信号的测量，能够得到多条焦径线，这些直线的交点就是移动终端的位置。由于无线信号具有多径衰落等特性，采用此种方法在障碍物较少的地区可以得到较高的精确度，并且设备复杂价格昂贵。

4.2 RFID 在超市中的应用方式讨论
4.2.1、RFID工作原理
　　最基本的射频识别系统由两部分组成：一是电子标签，用于存储信息，为被识别对象；二是渎写器，用于读取电子标签信息。电子标签与读写器之问通过祸合实现射频信号的空间耦合；在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换。
4.2.2 RFID标签种类选择
　 （1）RFID电子标签按照能量供应方式进行分类，可以分为有源和无源，在本电子超市中移动终端对商品进行的是近距离扫描，故使用无源标签即可。
（2）按照工作频率分为低频系统、中频系统和高频系统。低频系统主要有125kHz和134．2kHz两种，中频射频卡频率为13．56MHz，高频射频卡频率主要有433MHz、915MHz、2．45GHz、5．8GHz等，由于电子超市对射频识别的读写距离和读写速度都有严格的要求，所以本设计方案采用高频射频系统。
（3）按调制方式的不同可分为主动式和被动式。由于本电子超市使用的是无源标签，其反射调制散射可以确保读写器只激活识别范围内的射频卡，因此在本电子超市中选用被动式最为合适。
结论
本作品采用智能移动终端作为应用平台，在RFID技术及WLAN技术支持下，提供全方位的商品展示，现场选购，订单生成，支付结账的整个自助购物过程。配合电子仓储及物流系统，可大大方便消费者购物，并有效提高超市管理效率，降低管理和运营成本。
基于移动终端的购物系统不需要传统超市的大量的商品存储设施，超市只需要提供商品展示及体验环境，提供商品的配送物流能力即可。商品可以通过购物系统及现场观察体验得到更加全面的展示；购物过程不需要携带商品移动，也不需要通过收款台结账。购物过程从传统的实体购物到实体加虚拟结合的过程，使得超市购物过程更加方便。该系统与现有超市销售和管理模式相比具有明显的优势。本作品适用于各种类型的超市，由于超市已经成为城市居民日常购物的主要场所，该类超市存量较大，本作品推广前景广阔。
参考文献
【1】王爱英主编.智能卡技术（第三版）IC卡与RFID标签.清华大学出版社，2009
【2】慈新新，王苏滨，王硕主编.无线射频识别（RFID）系统技术与应用.人民邮电出版社，2007
【3】谢志军等译.RFID与传感器网络：构架、协议、安全与集成.机械工业出版社，2012
【4】刘岩编著.RFID通信测试技术及应用.人民邮电出版社，2010
【5】斯桃枝.局域网技术与局域网组建.人民邮电出版社，2009
【6】刘乃安编.无线局域网：WLAN原理技术与应用.西安电子科技大学出版.2004
【7】[美]多伊尔（Doyle,J.）著,毕立波等译.TCP/IP路由技术.人民邮电出版社.2002
【8】蒋贵全主编.VOWLAN终端原理及WLAN组网.国防工业出版社.2009