基于物聯(lián)網(wǎng)的無人超市購物裝置研究

王璐杰 陳萬通 李潤生

摘 要：設(shè)計并實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)下的智能超市的構(gòu)建方案，將RFID讀寫技術(shù)、Zigbee無線通信技術(shù)與嵌入式技術(shù)相融合，實現(xiàn)商品的自動識別、計價、支付等功能。本文介紹了該購物裝置的系統(tǒng)功能，軟硬件設(shè)計等。

關(guān)鍵詞：無人超市；RFID讀寫技術(shù)；無線傳感網(wǎng)絡(luò)；嵌入式技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.137

1 引言

超市購物與人們的日常生活息息相關(guān)，傳統(tǒng)超市需要顧客挑選完商品后再返回收銀臺排隊結(jié)賬，而收銀員需要對每件商品的條形碼進行逐個掃描。這種購物模式繁瑣、冗長，難以滿足顧客的高消費節(jié)奏，給顧客帶來了極大的不便，造成時間的耽擱和顧客的流失。本文給出基于嵌入式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無人超市經(jīng)營管理物聯(lián)網(wǎng)裝置，為無人超市硬件平臺設(shè)計提供參考。

2 系統(tǒng)功能及設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能

無人超市購物裝置由購物終端、無線傳感網(wǎng)絡(luò)和上位機3部分組成。裝置上電后，安裝于購物車上的購物終端通過無線射頻識別模塊同時識別放入購物車內(nèi)多個商品的RFID標簽，通過顯示屏模塊顯示出商品種類、制造商、生產(chǎn)日期、價格等信息，并在確認購買商品后在屏幕上生成供給支付的二維碼，通過Zigbee通信模塊在一定范圍內(nèi)的協(xié)調(diào)器節(jié)點與路由器節(jié)點之間以多跳中繼的方式傳遞商品變更的信息，協(xié)調(diào)器節(jié)點由串行線連接至上位機，使倉庫可以實時跟蹤并補充商品。

2.2 硬件設(shè)計

無人超市購物裝置采用模塊化設(shè)計方法將主控模塊、RFID讀寫器和無線通信模塊相連，其中，主控模塊將ARM微處理器、顯示屏模塊、輸入輸出接口等集成到一塊嵌入式核心板上，并提供了與RFID交互的管腳插槽。

2.2.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)

考慮到超市購物傳輸信息量小及購物環(huán)境復(fù)雜等特點，無線通信模塊應(yīng)具有短距離、低速率的特點，本文將Zigbee芯片與傳感器節(jié)點相配合構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)。將具有通信與計算能力的各個傳感器節(jié)點布設(shè)在無人超市內(nèi)，從而根據(jù)顧客的購物動作自主完成指定任務(wù)，實現(xiàn)整個超市范圍內(nèi)商品的實時監(jiān)控。本文選用TI公司生產(chǎn)的CC2530射頻芯片，該芯片支持IEEE 802.15.4標準和ZigBee2007協(xié)議，為使用者提供無線收發(fā)器、UART等外設(shè)。上電后，三線接口以異步串行通信方式經(jīng)UART串口連接ARM核心板。

2.2.2 RFID識別模塊設(shè)計

本裝置讀寫器為KLM900系列，支持 ISO18000-6C/EPC C1G2 標準協(xié)議，通過其接口上的RS232-TTL 管腳即可與ARM核心板進行互聯(lián)通信，穩(wěn)定識別距離60cm，每秒可識別50張以上的電子標簽。讀寫器內(nèi)集成接收電路、解碼電路、天線匹配電路等，可以將識別出來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串口數(shù)據(jù)；將此RFID讀寫器安裝在購物車上，可以形成一個固定的“詢問區(qū)”，當攜帶有RFID標簽的商品被放入購物車時，信息就會被讀取。

2.2.3 顯示屏模塊

考慮到購物終端的尺寸，成本，視覺效果等因素，選用9寸210x126的四線電阻觸摸屏，在觸摸屏上顯示出RFID讀寫器讀取的商品信息，設(shè)置商品結(jié)算選項，當用戶點擊該選項后顯示結(jié)算付款的二維碼。

2.3 軟件設(shè)計

2.3.1 ZigBee無線通信程序設(shè)計

首先配置CC2560芯片的參數(shù)，CC2530處理任務(wù)分為以下6步：關(guān)閉所有中斷；芯片外部（板載外設(shè)）初始化；芯片內(nèi)部初始化；初始化操作系統(tǒng)；打開所有中斷；執(zhí)行操作系統(tǒng)。初始化后，不間斷地檢測是否有任務(wù)發(fā)生。如果有，則根據(jù)任務(wù)ID號響應(yīng)事件處理函數(shù)：來自ARM的串口數(shù)據(jù)，則相應(yīng)數(shù)據(jù)接收處理函數(shù)uartRxCB（），并調(diào)用函數(shù)zb_SendDataRequest（）將數(shù)據(jù)發(fā)送到ZigBee網(wǎng)絡(luò)中；來自周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)，則響應(yīng)數(shù)據(jù)接收處理函數(shù)zb_ReceiveDataIndication（），并調(diào)用函數(shù)HalUARTWrite（）將數(shù)據(jù)發(fā)送至ARM。

2.3.2 購物金額二維碼顯示程序設(shè)計

二維碼全稱Quick Response，系統(tǒng)使用ARM處理器的LCD屏幕顯示付款的二維碼供顧客掃碼結(jié)算，用C語言編寫生成二維碼的底層驅(qū)動，所購商品的總價字符作為參數(shù)傳入BOOL EncodeData（）函數(shù)，這時候二維碼的轉(zhuǎn)換結(jié)果已保留在全局變量二維數(shù)組中，二維數(shù)組中保存的都是0、1比特值，0代表二維碼的空白點，1代表二維碼的黑點。經(jīng)過顯示屏顯示出來，就得到最終的二維碼。

2.3.3 RFID處理算法

RFID讀寫器在對商品標簽中的射頻信號接收、解碼后，通過異步串行接口與ARM核心板連接，通信協(xié)議為以字符為單位傳輸數(shù)據(jù)的起止式異步串行通信，在Linux圖形界面下配置波特率為9600bps，數(shù)據(jù)幀格式以及10ms定時器和槽函數(shù)等。采用setOutputPower（int value）函數(shù)設(shè)置發(fā)射功率用來調(diào)節(jié)讀取標簽距離，槽函數(shù)中調(diào)用read（）實現(xiàn)射頻信息的讀取。

3 結(jié)束語

參考RFID射頻識別原理，將基于嵌入式技術(shù)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于無人超市購物裝置上，設(shè)計自主結(jié)算的購物設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)識別所買商品后生成二維碼供給支付，同時上位機中的倉庫通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)跟蹤并及時補充商品。

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作者簡介：王璐杰（1997-），男，內(nèi)蒙古人，本科在讀。