基于RFID无线射频识别技术的智能超市购物车

1、(20160235 )：(基于RFID无线射频识别技术的智能超市购物车)2016年重庆地区第九届“盛群杯”大学生单片机应用设计竞赛基于RFID无线射频技术的智能超市购物车参赛编号:20160235重庆机电职业技术学院 自动化工程系指导老师：杨川参赛队员：张朋、张行、蒋各、朱宇E-mail Address:960172499日期: 2016年 5 月9日摘要本设计为基于RFID无线射频识别技术与HT32F1765单片机的智能超市购物车，解决了超市结账排队时间长，商品结算慢的问题。主要实现自主购物快速结算和促销信息显示功能。该系统主要由HT32F1765单片机、TFT触摸屏、商品条形码识读器、2.

2、4G无线数传及电源等几部分组成，显示器主要呈现购物清单和商品信息；射频电子标签用于标识商品与商品防盗。当人们选好商品放入购物车后，购物车通过RFID射频识别技术自动识别物品并通过触摸屏显示物品名称和购物总价，并且把电子清单发送到上位机超市结账出口终端，人们离开超市时可实现快速结账，并且系统还具备室内导航功能、促销信息显示功能和防盗功能。本作品创新性的将RFID无线射频技术应用于购物车上，使得购物车不再仅仅是盛装物品的工具，而是集快速结算和促销信息显示功能为一体的新型智能购物车。旨在改善购物环境，让消费者体会到超市购物的便利，在无形中提高超市销售量。关键词：智能购物车，HT32F1656单片机，

3、RFID射频识别技术，2.4G无线数传-6-作品介绍1.1设计背景随着人民生活水平的不断提高和快节奏的生活习惯，为满足广大消费者购物需求,连锁超市、便利店等购物形式越来越受到广大消费者青睐。繁忙的工作之余，还要抽时间到超市购买各种生活用品。一般大型超市购物人比较多，结账时要排很久的队伍；在规模大、品种多的大型超市中,顾客时常找不到欲购买的商品的位置； 并且目前顾客对于了解超市商品广告及打折信息也很不方便,以上几个经常出现的问题，直接影响到顾客购物情趣和超市服务质量和营业额。因此研发基于HT32F1765单片机的超市智能购物车就是为了改变这一现状,顾客可自行查询商品信息及位置，智能购物车还有价格

4、扫描功能，如果遇到价格标签标识不清楚的时候，用超市的智能购物车一查就可以显示出价格，且购物车能自动显示所购物品总价, 方便控制好购物的总量，大大节省购物时间, 真正让消费者体会到超市购物的便利。1.2作品创新考虑到在超市购物还存在几个大的问题，我们对智能购物车做了如下改进：实时显示价格及快速结账功能：找到商品后顾客把商品放上购物车上后配备的基于RFID射频识别技术的条形码识读器对商品进行自助扫描，价格将直接计入总价。可以使顾客根据预算理性购物。这样，就节省了顾客宝贵的购物时间。同时，利用2.4G无线数传将购物数据传到超市结账出口，形成电子清单，方面离开超市时快速结账。促销信息显示功能：电子显示

5、屏上也可显示出商品广告和打折信息，各类热销商品排行榜信息，便于超市对商品进行促销和方便消费者了解商品信息。防盗功能：我们还在购物车上安装一个自动门来区分商品是否已被顾客购买。当顾客将购物车推出门时，自动门将自动关闭，只有当顾客购物交易完成后，才会再次开启。该功能主要是通过屏蔽购物车以外的商品信号来实现。工作原理1.1整体工作原理本系统采用HT32F1765单片机作为主控制器，实现与超高射频天线的通信以及RFID射频卡信息的读取，信息读取过后的存储、价格计算、刷卡等功能，同时控制整个门禁，避免超市的损失。用触摸屏来进行人机交互，利用RFID射频识别技术实现贴有标签的商品识别，通过编写上位机软件来

6、存储超市各个种类的商品位置、价格等信息，使顾客能够通过使用触摸屏 完成快速购物过程。图1 新型智能购物车的功能结构图1.2 HOLTEK MCU之主要核心功能通过与短距离、低速率的无线网络技术2.4G数传的通信，实现超市的导航功能，为顾客实时导航，再与超高射频天线的通信以及RFID射频卡信息的读取，对读取的商品信息进行快速处理，包括信息存储、价格计算等功能。同时采用高效纠错算法，对处理额信息进行校验，以保证读取的准确性。同时控制整个门禁，避免超市的损失。1.3 RFID射频识别原理RFID应用系统具体的工作过程是应用系统通过发送应用指令到读写器，读写器通过编码器、解码器对指令进行处理后，命令响

7、应单元发出标签读写命令，通过天线向标签发送指令，标签响应后将标签中存储数据经由天线通过空中接口返回到读写器天线，再经过编码、解码后，命令响应单元将读取结果返回到应用系统。应用系统除了发送读写指令外，还应实现对RFID设备的配置工作。图2所示为RFID的系统结构。RFID读写器读取RFID标签的数据位于较低的硬件层，读取的原始数据被传送到中间件处理，在中间件的设备和数据管理层，具有重复识别读了多次的RFID标签过滤机制的功能。利用过滤冗余数据机制，数据被过滤，只有和上层相关的数据才被传送到中间件。实时产生的RFID信息经过事件管理层处理供上层的交易过程和解决方案使用。图2：RFID射频识别原理1

8、.4 RFID高频读写器通信协议此通信协议是上位机通过串行通信接口操作读写器的通信规范，命令和响应数据由连续的字节流 组成数据包，长度可变，并采用校验和方法进行检错。串口参数设置1位起始位、8位数据位、1位停止位、无奇偶校验，默认波特率为9600bps。其中数据包格式定义包含上位机指令数据包格式定义、读写器命令完成响应包格式定义、读写器返回数据包格式定义三个板块；该读写器包含27个指令集，分别为系统设置指令、18000-6C 标签操作命令、缓存操作命。通过这些数据包格式定义和指令集，就可以编写程序，上位机与下位机通过该协议进行数据之间的传递。1.5 2.4G通信协议在无线模块组成的网络中，一个

9、无线模块就被称为一个节点。每个无线模块都有唯一的，不重复的8字节的MAC地址。MAC地址的高4字节固定为0x0080E102。因此在对模块进行寻址时，只使用低4字节的MAC地址即可。2.4G通信方式的物理层是IEEE 802.15.4，工作频段在2.4GHz，其中组网 协议AODV路由，适用于无线信号很稳定的场合； 2.4G使用网内专用地址，地址为16位或者64位，地址有限，互联网主机无法访问，协议适应无线传感器的低花费、低能量、高容错性等的要求。2.4G是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。1.6纠错算

10、法在超市购物系统中，RFID系统将读取的信号，传输到后台服务器，信号经过服务器处理分析，从而识别商品的数量价格等信息，实现快速结账。一方面，在超市购物时，读写卡会读取大量的商品数量、价格等数据，信息量会相当大，在信息传递过程中，往往产生冗余现象。另一方面，在实际信号传输中，信号会受到电磁信号、人为的电气脉冲的干扰，这些干扰往往造成信号的成串错误或者是缺码等现象，从而影响商品信息读取的精确度。本文针对这种现状，通过查阅资料，应用了一种专门用于纠正突发错误的码。在无线通信中，突发错误会导致连续符号错误，交织技术可以有效的对抗突发错误，另外还有一些可以纠正突发错误的信道编译码技术，法尔码便是其中一类

11、能够有效地纠正单个突发错误的循环码，它广泛应用在通信和计算机中等地方，本作品将采用法尔码算法处理在信息传输过程中存在的缺码、丢码、突发错误等情况。法尔码是用来纠正单个突发错误而系统构造的第一类循环码，为了理解法尔码，首先，介绍素多项式。若一个m次多项式P（x），它不能被任何次数小于m,但不小于零的多项式除尽，则称此多项式为素多项式。若m次素多项式P（x）除尽的的最小正整数满足，就称其为本原的。例如：二次多项式和都不是素多项式。这是因为他们都能被和整除，即0和1为根。但是多项式是三次素多项式，因为他不能被任何一次多项式或者整除，所以也不能被二次多项式整除。 由此可知法尔码的定义为：若是m次素多项

12、式，令是使整除的最小整数，则整数称为的周期，令是使，且是不能被整除的正整数，则可纠正长度为的突发差错的法尔码可由下列多项式生成。且两因子与互素，即：而该码的长度n是和的周期的最小公倍数。即：此码的监督（检验）位数目：法尔码纠错之后，可采用捕错译码的方案进行译码，具体译码过程如下：图3 法尔码捕错译码器接收多项式与y(x)同时移入伴随式寄存器和缓冲寄存器，一旦y(x)全部移入伴随式寄存器，就形成了伴随多项式是s（x）;门2打开，伴随式寄存器开始移位，一旦当它最左边全为0时，它的最右边级中就包含了突发差错图样，此时纠错开始。 纠错之后采用调库的方式，将表示商品信息的字符串与库数据进行比对，从而提高

13、信号精确度，避免出现商品与代码不一样的现象。实作设计结构11硬件部分系统总体框图如图4：图4 系统总体框图1.1.1下位机系统设计智能购物车的MCU选取了HT32F1765单片机，此单片机支持可在线编程, 用户可直接将程序通过串口下载到单片机中即可运行,非常方便。内含128K的Flash程序存储器字节,可重复擦写 其中内容。 因此选用此型号的单片机极大的方便了超市工作人员根据超市商品情况的变化（价格，位置等）及时地更改单片机中储存的相关信息，以使顾客能够了解到超市商品的最新情况。工作电压3.3V，加上晶振和复位电路后即构成了单片机的最小系统。下位机结构框图如图5：图5 下位机结构框图1.1.2

14、上位机（超市主机端）系统上位机端 仍用2.4G无线模块收发数据,输出端与上位机 （即超市的电脑主机）相连。 整个无线网络采用多对一通讯方式，即数个下位机购物车与一个上位机进行通讯。如果超市规模较大,购物车数量较多，超市也可设立多台 上位机，每个上位机负责与一定数量的购物车进行通讯。1.2软件部分1.2.1 主程序流程图程序的初始化主要包括触摸屏的初始化,包括清屏,功能设置及输入方式等;定时器工作方式的设置（用于波特率发生器）;串口工作方式的设置。主程序流程图如图6所示。图6 主程序流程图1.2.2 RFID射频识别程序设计核心RFID射频识别程序设计流程图如下图7所示。图67RFID射频识别程

15、序流程图1.2.3无线传输模块子程序下位机的无线传输模块主要功能有发送商品信息查询或商品排行榜查询请求、接收商品位置信息或商品排行榜清单，相应地，上位机的无线传输模块主要有接收下位机的请求和发送相关信息的功能。为了避免上位机出现死机现象，下位机在发送查询请求之前，先给上位机发送一个信号查询上位机是否空闲，如果上位机正忙，则下位机等待回应，直到上位机空闲，下位机才开始发送信息查询请求。无线传输模块程序流程见图8。图8 无线收发模块子程序流程图1.2.4上位机子程序流程图上位机的主要完成的任务是显示下位机的当前状态，控制无线模块响应下位机的请求以及管理超市已有的数据库，并统计商品排行榜 供下位机调

16、用，其程序流程图如图9所示。图9 上位机子程序框图实物测试1.1基本功能测试表1.1基本功能测试测试功能测试条件测试效果价格实时显示将贴有标签的不同商品分别放入智能购物车，数目为20每放入一件商品，显示一件商品信息，并计算总价结账信息传输到结账平台在上述功能完成的前提下，购物车距离结账平台距离为0商品单价、所有商品总价在结账平台无误差显示1.2秒速结账测试表1.2秒速结账测试测试条件测试次数结账平均时间在基本功能检测无误的前提下，购物车距离结账平台距离为0，秒表检测结账显示的更新时间51.67s101.63s201.57s301.56s1.3无线数传距离测试表1.3无线数传距离测试测试条件测试

17、距离测试效果在基本功能完全实现的条件下，商品数量为10，改变购物车与平台的距离，观察显示结果10cm正确显示50cm正确显示100cm正确显示150cm正确显示300cm正确显示1.4可读取商品数量测试表1.4可读取商品数量测试测试条件测试数量测试效果在基本功能完全实现的条件下，购物车与平台的距离为10cm，一件一件改变购物车内商品数量，观察显示结果。5正确显示10正确显示20正确显示40正确显示60正确显示图10：付账结账显示图11：商品信息显示图12：快速结账功能结论：经过多次测试，RFID超市智能购物车都能准确的读出商品信息，并显示在显示屏上，读取成功率达到100%，完全符合超市智能结账付费。参考文献1 徐斌.低频射频识别技术研究D. 西安电子科技大学 2015 2 刘大鹏.基于射频识别技术的冷链监管系统D. 西安电子科技大学 2014 3 李寿强.关于嵌入式电子标签质量监测技术的研究J. 中国测试. 2012(05) 4 董雪婷,何世伟,申永生.RFID电子标签在集装箱港站中的应用研究J. 物流技术. 2012(17) 5 元媛,姜岩峰.射频识别(RFID)技术综述J. 半导体技术. 2006(11) 6 赵毅强,曾隽芳.Web Services在RFID系统中的应用综述J. 计算