1 引言

        射頻識別技術(shù)應(yīng)用于超級市場，能迅速查詢、調(diào)用各商品的信息，能對商品的信息實時改寫和對商品進行遠距離的群識別，達到宏觀管理、實現(xiàn)信息共享、提高工作效率的目的；而且能加快顧客支付速度，提高顧客的滿意度和忠誠度，降低超市的風險度。本文主要探討將RFID技術(shù)應(yīng)用在智能超市中的相關(guān)問題。

   2 智能超市工作原理

        智能超市是融合射頻識別技術(shù)、計算機通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)于一體的現(xiàn)代化超市，具有運轉(zhuǎn)效率高、風險成本低、管理科學(xué)先進、服務(wù)品質(zhì)優(yōu)良等優(yōu)點。智能超市最大特點是采用射頻識別技術(shù)，不需人工對每件商品條碼進行掃描，這樣可以節(jié)約大量的人力和物力，提高效率 ，避免超市出口排長長的隊伍。由于射頻信號能夠穿透衣服等障礙物，這樣還可以防止超市商品被盜。超市的每件商品都貼上電子標簽，標簽內(nèi)存儲的信息包括商品的編碼、價格等。當標簽進入讀寫器的識別范圍內(nèi)，標簽馬上就能被激活，商品所有的信息都能被讀寫器獲取，然后顯示給顧客和工作人員。讀寫器內(nèi)部采用防碰撞算法，能同時識別多個標簽，并且無遺漏?；赗FID的智能超市不但安全，而且快捷，具有很大的市場前景。

       對于大型的智能超市，是由多個下屬分店、連鎖總部、配送中心等機構(gòu)組成。超市的總部、分店、配送中心往往處于一個城市不同的地理位置，它們各自的局域網(wǎng)服務(wù)器需通過Internet方式實現(xiàn)遠程連接。智能超市信息管理系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)：即一級數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)在總部，二級數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)在各分店。所有服務(wù)器在整體上構(gòu)成一個分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

        智能超市分店結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，每個分店由支付系統(tǒng)、進貨系統(tǒng)、無線手持終端、管理系統(tǒng)組成，四個系統(tǒng)由計算機網(wǎng)絡(luò)連接起來。支付系統(tǒng)、進貨系統(tǒng)、無線手持終端的核心設(shè)備同為RFID讀寫器，區(qū)別在于支付系統(tǒng)是從數(shù)據(jù)庫中刪除商品記錄，進貨系統(tǒng)是向數(shù)據(jù)庫中添加商品記錄，而無線手持終端供顧客和工作人員使用。

      3 射頻識別相關(guān)技術(shù)

      3．1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)及組成

        由于射頻識別技術(shù)綜合了射頻技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等多學(xué)科的技術(shù)，故其表現(xiàn)出多種不同的特征和特性。按照不同的分類標準，可以把市場上的RFID系統(tǒng)按照系統(tǒng)的功能、特性等分類。(1)按照能量供應(yīng)方式進行分類，可以分為有源和無源。制約RFID技術(shù)推廣的一種重要因素是成本，故智能超市中RFID系統(tǒng)選用無源標簽。(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134．2kHz兩種，中頻射頻卡頻率為l3．56MHz，高頻射頻卡頻率主要有433MHz、915MHz、2．45GHz、5．8GHz等。智能超市對射頻識別的讀寫距離和讀寫速度都有嚴格的要求，所以本設(shè)計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式和被動式。由于智能超市使用的是無源標簽，其反射調(diào)制散射可以確保讀寫器只激活識別范圍內(nèi)的射頻卡。因此在智能超市中選用被動式最合適。

        3.2 RFID工作原理

        最基本的射頻識別系統(tǒng)由兩部分組成：一是電子標簽，用于存儲信息，為被識別對象；二是瀆寫器，用于讀取電子標簽信息。電子標簽與讀寫器之問通過禍合實現(xiàn)射頻信號的空間耦合；在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時序關(guān)系，實現(xiàn)能量的傳遞和數(shù)據(jù)的交換。

        在典型的磁場中，如915MHz的射頻系統(tǒng)中，讀寫器和標簽之間的作用可視同雷達原理模型，電子標簽在接收到讀寫器發(fā)出的高頻信號后，經(jīng)過射頻檢波、倍壓、穩(wěn)壓、存儲電路處理，轉(zhuǎn)化為電子標簽工作所需要的工作電壓。在發(fā)送電子標簽所載數(shù)據(jù)時，通過一個混頻器(邏輯門)將數(shù)據(jù)信號與中頻信號進行調(diào)制，并用調(diào)制結(jié)果控制天線的“阻抗開關(guān)”改變天線的發(fā)射系數(shù)，使得讀寫器接收到的能量呈現(xiàn)出不同的幅度，從而完成調(diào)制和傳輸過程。

        4 RFID在智能超市中的應(yīng)用問題

        目前，國內(nèi)外有大量人員在進行RFID相關(guān)研究，取得許多成果，并且成功將RFID技術(shù)應(yīng)用到日常生活生產(chǎn)中去。但無論是國外還是國內(nèi)，還沒有一家公司將RFID技術(shù)應(yīng)用到超市管理中去，僅有法國沃爾瑪在個別超市在做試點運行。沃爾瑪公司近期還沒有打算將這種基于RFID的智能超市推廣開來，不僅是電子標簽成本太高的原因，最主要原因是在超市這種特殊環(huán)境中，RFID還存在許多技術(shù)上的缺陷，許多關(guān)鍵問題亟待解決。

       4.1．讀寫器的硬件電路設(shè)計

        讀寫器是射頻識別系統(tǒng)不可缺少的設(shè)備裝置，是系統(tǒng)與諸多流動的電子標簽進行數(shù)據(jù)交換的工具，是系統(tǒng)運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其技術(shù)參數(shù)指標對系統(tǒng)的整體性能和可靠性有著決定性影響。硬件設(shè)計是決定讀寫器性能的關(guān)鍵，其目標是要達到閱讀距離遠、識別速率快、識別率100％的要求。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，能夠采取一些措施提高閱讀器的性能。針對超市應(yīng)用特點，我們設(shè)計了一個無源后向散射式RFID讀寫器。從構(gòu)成上，它可以分作兩個部分，即射頻前端和數(shù)字基帶 。圖2為讀寫器結(jié)構(gòu)框圖，射頻前端部分包括了發(fā)射電路、接收電路、環(huán)行器和天線；數(shù)字基帶包括DSP和FPGA芯片。其中，發(fā)射電路可以細分為載波電路、調(diào)制電路、放大電路，其工作過程如下：(1)載波電路通過鎖相環(huán)控制壓控振蕩器，產(chǎn)生載波頻率(860～960MHz)，送至調(diào)制電路；(2)調(diào)制電路中混頻器將載波信號和讀寫器的基帶信號混合成調(diào)制信號，經(jīng)過低噪聲放大器和濾波后，送至放大器；(3)讀寫器根據(jù)需要通過衰減器調(diào)節(jié)發(fā)射信號的增益，發(fā)射信號經(jīng)過RF功率放大器后經(jīng)環(huán)形器送至讀寫器天線發(fā)出。

       4.2．數(shù)據(jù)傳輸與完整性研究

         如何提高對電子標簽的識別速率，也是本課題的研究重點之一。

       對于智能超市，商品眾多，如果單個商品電子標簽識別上需要花費大量時間，那么仍然無法避免超市出口排長隊的現(xiàn)象。提高標簽識別速率的關(guān)鍵問題是提高系統(tǒng)的編解碼和數(shù)據(jù)校驗速率。RFID系統(tǒng)采用無接觸的方式進行數(shù)據(jù)傳輸，因此在傳輸過程中很容易受到干擾，包括系統(tǒng)內(nèi)部的熱噪聲和系統(tǒng)外部的各種電磁干擾，這些都會使傳輸?shù)男盘柊l(fā)生畸變，從而導(dǎo)致傳輸錯誤。為了提高數(shù)字傳輸系統(tǒng)的可靠性，降低信息傳輸?shù)牟铄e率，采用CRC一16對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行校驗。當發(fā)現(xiàn)接收的數(shù)據(jù)錯誤時，讓數(shù)據(jù)進行重新發(fā)送。并且，在讀寫器設(shè)計時，采用一些抗干擾措施，提高系統(tǒng)抗干擾能力。

       4.3．防碰撞算法研究

        防碰撞算法研究是智能超市RFID系統(tǒng)研究的最關(guān)鍵問題，也是難點，是制約RFID系統(tǒng)在超市應(yīng)用的重要因素。顧客從超市采購的商品，一般數(shù)量較多，要在盡可能短的時間內(nèi)準確、完全的識別出這些商品，這是防碰撞算法需要解決的問題。當顧客推著購物車進入讀寫器識別范圍內(nèi)，所有電子標簽同時產(chǎn)生響應(yīng)，發(fā)生標簽的碰撞，需要一種算法能夠從這堆商品中逐個識別出這些標簽。所以，RFID系統(tǒng)會采用一定的策略或算法來避免沖突現(xiàn)象的發(fā)生，控制標簽的響應(yīng)信息逐個通過射頻信道被閱讀器接收。防碰撞問題的研究主要解決兩個問題：一是如何避免或減少閱讀器與標簽之問的沖突問題。二是避免或減少閱讀器之間的干擾碰撞問題 。為降低超市成本，提高超市利潤，在智能超市系統(tǒng)中采用無源標簽。根據(jù)EIC／ISO 18000-6，只能采用TYPEB型標簽，故防碰撞算法也只能采用二進制算法，二進制搜索算法是最常用的RFID系統(tǒng)防沖突算法，其算法非常靈活，不會發(fā)生防沖突失敗的情況。對于N個標簽發(fā)生沖突的情況，只需要一定次數(shù)的防碰撞循環(huán)就能將適合的標簽準確的識別出來。這種算法的基本思想就是讀寫器判斷出標簽的序列號發(fā)送時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)沖突位置，然后強制地命令那些在沖突位置發(fā)送信息為“0”或者為“1”的標簽退出沖突。當N-1個應(yīng)答器退出沖突后信道就會被剩下的一個標簽完全占有并被讀寫器識別出來。

       5 結(jié)語

        由于射頻識別具有速度快、距離遠等優(yōu)點，可以將射頻識別技術(shù)成功的應(yīng)用到超市管理，提高超市管理水平、降低超市運營成本。經(jīng)過調(diào)研，選擇915MHz頻段作為讀寫器工作主頻，能夠遠距離快速識別。在超市倉庫人口安裝進貨系統(tǒng)、超市出口安裝支付系統(tǒng)，通過計算機網(wǎng)絡(luò)與管理系統(tǒng)相連，這樣就構(gòu)成完整的超市管理系統(tǒng)。