基于物联网的无人超市购物装置研究

王璐杰 陈万通 李润生

摘 要：设计并实现基于物联网下的智能超市的构建方案，将RFID读写技术、Zigbee无线通信技术与嵌入式技术相融合，实现商品的自动识别、计价、支付等功能。本文介绍了该购物装置的系统功能，软硬件设计等。

关键词：无人超市；RFID读写技术；无线传感网络；嵌入式技术

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

1 引言

超市购物与人们的日常生活息息相关，传统超市需要顾客挑选完商品后再返回收银台排队结账，而收银员需要对每件商品的条形码进行逐个扫描。这种购物模式繁琐、冗长，难以满足顾客的高消费节奏，给顾客带来了极大的不便，造成时间的耽搁和顾客的流失。本文给出基于嵌入式无线传感器网络的无人超市经营管理物联网装置，为无人超市硬件平台设计提供参考。

2 系统功能及设计

2.1 系统功能

无人超市购物装置由购物终端、无线传感网络和上位机3部分组成。装置上电后，安装于购物车上的购物终端通过无线射频识别模块同时识别放入购物车内多个商品的RFID标签，通过显示屏模块显示出商品种类、制造商、生产日期、价格等信息，并在确认购买商品后在屏幕上生成供给支付的二维码，通过Zigbee通信模块在一定范围内的协调器节点与路由器节点之间以多跳中继的方式传递商品变更的信息，协调器节点由串行线连接至上位机，使仓库可以实时跟踪并补充商品。

2.2 硬件设计

无人超市购物装置采用模块化设计方法将主控模块、RFID读写器和无线通信模块相连，其中，主控模块将ARM微处理器、显示屏模块、输入输出接口等集成到一块嵌入式核心板上，并提供了与RFID交互的管脚插槽。

2.2.1 无线传感网络

考虑到超市购物传输信息量小及购物环境复杂等特点，无线通信模块应具有短距离、低速率的特点，本文将Zigbee芯片与传感器节点相配合构建无线传感网络。将具有通信与计算能力的各个传感器节点布设在无人超市内，从而根据顾客的购物动作自主完成指定任务，实现整个超市范围内商品的實时监控。本文选用TI公司生产的CC2530射频芯片，该芯片支持IEEE 802.15.4标准和ZigBee2007协议，为使用者提供无线收发器、UART等外设。上电后，三线接口以异步串行通信方式经UART串口连接ARM核心板。

2.2.2 RFID识别模块设计

本装置读写器为KLM900系列，支持 ISO18000-6C/EPC C1G2 标准协议，通过其接口上的RS232-TTL 管脚即可与ARM核心板进行互联通信，稳定识别距离60cm，每秒可识别50张以上的电子标签。读写器内集成接收电路、解码电路、天线匹配电路等，可以将识别出来的数据转换成串口数据；将此RFID读写器安装在购物车上，可以形成一个固定的“询问区”，当携带有RFID标签的商品被放入购物车时，信息就会被读取。

2.2.3 显示屏模块

考虑到购物终端的尺寸，成本，视觉效果等因素，选用9寸210x126的四线电阻触摸屏，在触摸屏上显示出RFID读写器读取的商品信息，设置商品结算选项，当用户点击该选项后显示结算付款的二维码。

2.3 软件设计

2.3.1 ZigBee无线通信程序设计

首先配置CC2560芯片的参数，CC2530处理任务分为以下6步：关闭所有中断；芯片外部（板载外设）初始化；芯片内部初始化；初始化操作系统；打开所有中断；执行操作系统。初始化后，不间断地检测是否有任务发生。如果有，则根据任务ID号响应事件处理函数：来自ARM的串口数据，则相应数据接收处理函数uartRxCB（），并调用函数zb_SendDataRequest（）将数据发送到ZigBee网络中；来自周围环境的数据，则响应数据接收处理函数zb_ReceiveDataIndication（），并调用函数HalUARTWrite（）将数据发送至ARM。

2.3.2 购物金额二维码显示程序设计

二维码全称Quick Response，系统使用ARM处理器的LCD屏幕显示付款的二维码供顾客扫码结算，用C语言编写生成二维码的底层驱动，所购商品的总价字符作为参数传入BOOL EncodeData（）函数，这时候二维码的转换结果已保留在全局变量二维数组中，二维数组中保存的都是0、1比特值，0代表二维码的空白点，1代表二维码的黑点。经过显示屏显示出来，就得到最终的二维码。

2.3.3 RFID处理算法

RFID读写器在对商品标签中的射频信号接收、解码后，通过异步串行接口与ARM核心板连接，通信协议为以字符为单位传输数据的起止式异步串行通信，在Linux图形界面下配置波特率为9600bps，数据帧格式以及10ms定时器和槽函数等。采用setOutputPower（int value）函数设置发射功率用来调节读取标签距离，槽函数中调用read（）实现射频信息的读取。

3 结束语

参考RFID射频识别原理，将基于嵌入式技术的无线传感网络应用于无人超市购物装置上，设计自主结算的购物设备，能够实现识别所买商品后生成二维码供给支付，同时上位机中的仓库通过无线传感网络跟踪并及时补充商品。

参考文献：

[1]王玲，邹小昱，刘思瑶，沈明霞，朱宏超，朱镕杰.基于RFID与ZigBee的羊场养殖信息管理系统[J].农业机械学报，2014，45（09）：247-253.

[2]李欣.基于ZigBee无线传感网系统设计与实现的研究[J].信息通信，2017（02）：85-86.

作者简介：王璐杰（1997-），男，内蒙古人，本科在读。