王璐杰 陳萬通 李潤生

摘 要：設(shè)計(jì)并實(shí)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(shí)現(xiàn)商品的自動(dòng)識(shí)別、計(jì)價(jià)、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(jì)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(tái)排隊(duì)結(jié)賬，而收銀員需要對(duì)每件商品的條形碼進(jìn)行逐個(gè)掃描。這種購物模式繁瑣、冗長，難以滿足顧客的高消費(fèi)節(jié)奏，給顧客帶來了極大的不便，造成時(shí)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(tái)設(shè)計(jì)提供參考。

2 系統(tǒng)功能及設(shè)計(jì)

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(jī)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(shí)別模塊同時(shí)識(shí)別放入購物車內(nèi)多個(gè)商品的RFID標(biāo)簽，通過顯示屏模塊顯示出商品種類、制造商、生產(chǎn)日期、價(jià)格等信息，并在確認(rèn)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(diǎn)與路由器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)由串行線連接至上位機(jī)，使倉庫可以實(shí)時(shí)跟蹤并補(bǔ)充商品。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

無人超市購物裝置采用模塊化設(shè)計(jì)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(diǎn)，無線通信模塊應(yīng)具有短距離、低速率的特點(diǎn)，本文將Zigbee芯片與傳感器節(jié)點(diǎn)相配合構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)。將具有通信與計(jì)算能力的各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)布設(shè)在無人超市內(nèi)，從而根據(jù)顧客的購物動(dòng)作自主完成指定任務(wù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)超市范圍內(nèi)商品的實(shí)時(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)別模塊設(shè)計(jì)

本裝置讀寫器為KLM900系列，支持 ISO18000-6C/EPC C1G2 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，通過其接口上的RS232-TTL 管腳即可與ARM核心板進(jìn)行互聯(lián)通信，穩(wěn)定識(shí)別距離60cm，每秒可識(shí)別50張以上的電子標(biāo)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(shí)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(gè)固定的“詢問區(qū)”，當(dāng)攜帶有RFID標(biāo)簽的商品被放入購物車時(shí)，信息就會(huì)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(xiàng)，當(dāng)用戶點(diǎn)擊該選項(xiàng)后顯示結(jié)算付款的二維碼。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

2.3.1 ZigBee無線通信程序設(shè)計(jì)

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(hào)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(jì)

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(dòng)，所購商品的總價(jià)字符作為參數(shù)傳入BOOL EncodeData（）函數(shù)，這時(shí)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(diǎn)，1代表二維碼的黑點(diǎn)。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(duì)商品標(biāo)簽中的射頻信號(hào)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(shí)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(biāo)簽距離，槽函數(shù)中調(diào)用read（）實(shí)現(xiàn)射頻信息的讀取。

3 結(jié)束語

參考RFID射頻識(shí)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(jì)自主結(jié)算的購物設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)識(shí)別所買商品后生成二維碼供給支付，同時(shí)上位機(jī)中的倉庫通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)跟蹤并及時(shí)補(bǔ)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。