智能超市结算系统设计研究

【摘要】

随着物联网和智能移动终端的普及，人们对智能化的要求不断提高，针对目前超市结算排队等候时间过长的现象，我们提出了一个基于RFID技术的智能超市结算系统的解决方案。该方案主要包含以下几大模块：RFID标签的识读，商品弃置区的设置，结算区生成二维码支付，安全门报警系统。商品经识读之后，信息汇总至数据库，生成结算信息，可供顾客扫描二维码进行支付，同时有安全门执行监督。这一系统为顾客减少了大量的等待时间，既利于消费者，也便于超市的管理，一举多得。

【关键词】

RFID技术；数据同步；二维码；安全门

0引言

SuperMarket，即超市，自1930年诞生于美国以来，因其独有的便利性让这一新生事物在世界各地蔓延开来。然而，在人口第一大国的中国，每每看到收银台旁排起的长龙，总会在消费者心里将“方便”二字打了个大大的折扣。在生活节奏日益加快的现代社会，“时间就是金钱”的观念深入人心。目前，几乎所有的大型超市结算方式都采用条码技术，虽然这对零售业的工作效率来说已经有很大的提升，但依然无法满足越来越多的顾客人数的要求。排队结算不仅浪费了顾客的时间，也大大减少了超市单位时间内可接待顾客数量。显然，传统超市的条码结算方式已跟不上时代的步伐。针对这一问题，我们团队提出了相应的解决方案——使超市智能化。智能超市是融合射频识别技术、数据库等技术于一体的现代化超市。在本文中，结算过程被大大简化，不再需要人工对每件商品进行条码扫描，而是让商品贴上电子标签。标签进入识读区，即被激活，商品信息即被获取，将数据同步上传至后台，直接进行结算等工作。该设计不仅可以大大节约了消费者的时间，也避免超市出口排上长长的队伍，减少拥挤。还能为超市节约人力成本，避免商品被盗等。

1商品的RFID标签及其识读

1.1RFID技术简介

RFID(RadioFrequencyIdentification)无线射频识别技术，通常是以微小的无线收发器为标签来标志某个物体，标签上携带有一些关于该物体的数据信息，作为标签的无线收发器通过无线电波将这些数据发射到附近的识读器，识读器可以对这些数据进行收集和处理，并且可以通过计算机和网络处理和传送它们。总的来说，RFID技术的特点[A]是：(1)可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据；(2)读写范围可在几厘米到几十米之间；(3)读写速度快，可对高速运动物体进行快速识别；(4)同时识别多个标签，每秒可达50多个；(5)防水、防磁、耐高温等。

1.2RFID系统的组成[A]

RFID系统的硬件组件有：RFID标签、识读器、天线，硬件组件负责识别和捕捉数据。RFID标签是一个微型的无线收发装置，在RFID标签内保存有数据，当识读器查询时它会发送数据给识读器。RFID标签的内存属性可分为只读，写一次读多次或者可读可写三种，我们选择可读可写类型的。根据标签的带电源与否又可将其分为主动、半主动和被动标签，考虑成本以及使用年限等因素，来为不同的商品选择不同的标签。识读器是一个捕捉和处理RFID标签数据的装置，对于本文的智能超市结算系统，识读器要执行双重功能，既要能从标签中读出数据，也要能写数据到标签上（即修改）。具体说来，就是制造商或是超市工作人员把RFID标签用于产品包装时，已经把产品的唯一的识别符编码写入标签，不妨假设未购买编码为0，购买为1。标签中含有产品的信息，如产地、生产日期、保质期等。在商品通过识读区时，识读器读取标签信息，同时修改标签内该商品状态信息，把0修改为1。同时，识读器也要与服务器通信，它要实现RFID标签与后台服务器之间的数据传输。譬如，一件商品被购买，识读器将它读取到的商品信息上传到后台服务器，以便对库存商品数据库进行修改。天线是用于在RFID标签和识读器之间建立数据通信的通道，天线的设计和位置对于系统的覆盖范围、识读距离和操作通信的准确性起着重要作用。尽管直线状的识读器天线比环状的识读器天线能提供更远的识读范围，但是超市商品的朝向相对于直线状的识读器天线是随机的，这就会降低识读结果的准确性，所以我们选择环状，以覆盖整个识读区。RFID系统的软件组件可分为3类：RFID系统软件，RFID中间件和主机应用程序。RFID系统软件是在标签和识读器之间进行通信所必需的功能集合，包含有读/写功能，防冲突功能，错误探测和纠正功能，加密、认证和授权功能等。RFID中间件是在识读器和主机之间运行的一组软件，它是在标签和识读器上运行的RFID系统软件和在主机上运行的应用软件间的桥梁。而主机应用程序接收由RFID标签发出且经过识读器和RFID中间件软处理过滤后的数据。下图是基于凌阳实验箱的900MHz的RFID卡识别实验，从图中可以看到，RFID卡的识读是不接触的，并且可以多卡同时识别。

1.3射频识别系统工作原理

上图为射频识别的基本工作原理图，电子标签与识读器之间通过耦合实现射频信号的空间耦合；在耦合通道内，实现数据交换。射频识别系统的基本工作流程：识读器将无线电载波信号经过发射天线向外发射，覆盖整个识读区—>当电子标签进入识读区即被激活，将自身信息经天线发射—>读写器天线接收信号，通过网络传送至后台服务器。下一个阶段就是数据库对信息进行处理。服务器在收到消息后，在数据库的库存表中对被购买的商品信息做相应的增、删、改操作，同时在生成的结算表中添加新项。数据全部传送完毕后，数据库会通过服务器端将总的账单发送至结算门，这是数据库对一次识读所做的工作。

2系统模块———数据同步

数据库同步是指在两个不同的平台数据库之间进行数据交换，其中一个数据库的改变，能够以同样的方式反映在另一个数据库上。移动终端既可以向服务器端数据库同步数据，服务器端也可以同步数据到终端，在网络连接时，将本地数据更新到服务器或者从服务器请求同步数据，从而保持服务器与移动终端数据的一致性[B]。具体到本文，在购物车进入识读区之后，购物车内的商品信息被扫描识别，识读器将商品信息上传同步到服务器端，服务器端在SQLite数据库内修改商品的状态信息，并对商品价格进行汇总处理。处理完成的数据将由服务器端向结算终端实现下载同步。从而使得结算终端打印小票，生成二维码，完成支付。后台服务器也与安全门实现数据同步，在购物车经过安全门的瞬间，安全门将扫描到的商品信息与后台服务器中的商品信息进行比对，若有不为已购买状态的商品，即报警。

3最终结算———二维码扫描支付

二维码通过特定几何图形在二维平面上有规律分布形成黑白相间的图像来记录信息，并在图像被识读后，利用特定图形与二进制的对应规则实现数据符号的自动识别处理[E]。二维码技术具有保密性好，抗污性强而且快捷方便，灵活实用，成本低廉等特点，也是我们选择它的原因。手机主读是指将带有摄像头的手机作为识读二维码的工具，手机安装二维码识读客户端，客户端通过摄像头识读各种二维码图像并进行本地解析，执行业务逻辑，并与应用服务器发生在线交互，从而实现一系列的功能。本文中，在数据库收到商品信息并对其进行一系列的处理之后，将顾客所购商品综合以及各商品的信息发送至结算门，结算门打印购物小票，并生成二维码。顾客可用手机端扫描二维码，将数据提交与验证服务器，服务器将反馈结果发送回手机，核实此次购物金额，用户以此进行确认支付。而网银的使用也免去了现金找零和刷卡的麻烦，不仅安全，更节约了时间。

4超市防盗——安全门设置

防盗报警安全门的设计原理是，其会不间断地发射出识别感应式电子标签中的状态标志信号，只要发现有一个商品的状态标志为未读状态，则发出响声。在基于RFID技术的智能超市中，因为缺少人监管，可能会造成商品失窃，同时，因为RFID技术还不成熟，可能会发生商品未被识别的误差。为避免不必要的损失，在出口处，我们设置一道安全门，对商品进行二次扫描。与目前很多商场报警门不同的是，我们除了报警设置，还有一个LED显示屏。安全门处的识读器将扫描到的商品信息上传到后台中心数据库，进行信息比对后，若所有商品状态信息均为已购买，则安全门予以放行。否则，状态为未购买的商品的信息会由服务器端传送至LED显示屏，安全门发出报警声。这样不仅能保障财物安全，还能及时让保安人员发现所被盗商品信息，节省盘问时间，不会影响正常的客流量，一举多得。

5结束语

基于RFID技术的智能超市结算系统具有快速性，准确性和简便性。该系统能大大加快顾客结算支付的速度，为超市节省人力成本，防盗安全门还能减少超市的损失。虽然，RFID标签的识别所受的影响因素比较多，有一些也是目前无法解决的，而且电子标签的成本也应该是超市管理人员所要考虑的因素之一，但是我们更应该看到，它给商业带来的潜在利润是很可观的。提高了工作效率，创造了良好的购物环境，最大限度给予顾客方便，这便是我认为该系统会被普遍接受的原因。当然该系统也有很多需要完善的地方，毕竟这只是个初步的构想。具体的实施任重道远。

作者：黄雅娟 常郝 单位：安徽财经大学管理科学与工程学院计算机系

参考文献：

［1］慈新新,王苏滨,王硕,《无线射频识别（RFID）系统技术与应用》［A］,人民邮电出版社,2007年.

［2］张为,邹艳碧,《新型超市结算支付系统的设计》［C］,广州大学学报（自然科学版）,2006年4月,第2期,第5卷：36-37.

［3］郑红伟,《基于移动终端的嵌入式数据库同步系统研究与设计》［B］,广东工业大学硕士学位论文（2013年5月）：21-31.

［4］何小旭,《RFID技术在智能超市中应用问题研究》［D］,武汉理工大学工学硕士论文（2009年5月）：5-12.

［5］陈荆花,王洁,《浅析手机二维码在物联网中的应用及发展》［E］,电信科学2010年第4期：40-42