馬旭平+馬金舟+何誠+王小柏+李傳約

摘要：現(xiàn)如今，超市結(jié)賬排隊(duì)問題突出，針對于該問題提出了基于RFID技術(shù)的超市快速結(jié)賬系統(tǒng)，包括前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、超市前臺(tái)收銀客戶端系統(tǒng)及超市后臺(tái)智能綜合管理系統(tǒng)。將經(jīng)過RFID閱讀器采集的條形碼數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)角芭_(tái)收銀客戶端系統(tǒng)，通過對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配、處理、顯示，使顧客能夠快速得知購物車?yán)镓浳锏目們r(jià)。通過對系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與測試，證實(shí)了系統(tǒng)能夠有效地縮短超市結(jié)賬時(shí)間，讓顧客有一次快捷美好的購物體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：射頻識別；超市結(jié)賬系統(tǒng)；RFID射頻識別技術(shù)

中圖分類號：TP393.08；TP309 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）14-0151-04

Design of the Supermarket Express Checkout System Based on RFID Technology

MA Xu-ping， MA Jin-zhou， HE Cheng，WANG Xiao-bai， LI Chuan-yue

（School of Computer Science， Beijing Information Science and Technology University， Beijing 100101， China）

Abstract： Nowadays， the problem of supermarket checkout is still serious. The Express Checkout system which is based on RFID technology system has been proposed to address this need. The system comprising a data acquisition system， the client system Supermarket Cashier， supermarket Background Intelligent integrated management system. The RFID reader acquisition through bar code data to the Cashier client system over the network， through the acquired data matching， processing， display， enabling customers to quickly know the total price of the shopping cart of goods. By the implementation and testing of the system， analysing test data， it was confirmed that the system can effectively shorten the supermarket checkout time， and provide a fast and better shopping experience to the customers.

Key words： radio frequency identification； supermarket checkout system； RFID technology

現(xiàn)如今，隨著人口數(shù)量的不斷增長，超市在城鄉(xiāng)中的數(shù)量也日益增多。而超市在給我們提供便利的同時(shí)也使得結(jié)賬等待時(shí)間過久、付款方式繁瑣的問題顯得尤為突出[1]。倘若這類問題得不到及時(shí)的解決，久而久之，就會(huì)導(dǎo)致顧客對超市的滿意度大幅下降，造成顧客流失。這不但影響了顧客的購物體驗(yàn)，也影響了超市的經(jīng)濟(jì)效益。針對以上的現(xiàn)象，我們設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于RFID技術(shù)的超市快速結(jié)賬系統(tǒng)，該系統(tǒng)能大幅較少顧客結(jié)賬的等待時(shí)間，從而提高顧客滿意度，達(dá)到顧客、超市經(jīng)營者均滿意的效果。

1 RFID技術(shù)

RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，中文稱為無線射頻識別技術(shù)，是新興發(fā)展起來的一項(xiàng)重要的自動(dòng)識別和自動(dòng)采集數(shù)據(jù)技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸，是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)[2]。RFID的核心是RFID標(biāo)簽（ RFID Tag ），也稱電子標(biāo)簽，由芯片與天線組成，芯片中存儲(chǔ)有能夠識別目標(biāo)的信息。標(biāo)簽附著在物體上以標(biāo)識目標(biāo)對象 [3]。RFID按應(yīng)用頻率的不同分為低頻（LF）、高頻（HF）、超高頻（UHF）及微波（MW），相對應(yīng)的代表性頻率分別為：低頻135kHz以下、高頻13056MHZ、超高頻（860～960）MHz、微波2.4G和5.8G；RFID的能源供給方式分為無源RFID、有源RFID以及半有源RFID，無源RFID讀寫距離短，價(jià)格低；有源RFID可以提供更遠(yuǎn)的讀寫距離，但是需要電池供電，成本要高一些，適用于遠(yuǎn)距離讀寫的應(yīng)用場合。本系統(tǒng)采用的是無源RFID，工作頻率為900MHz。

RFID工作原理：當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)，標(biāo)簽就會(huì)被激活，將自身的信息代碼通過內(nèi)置天線發(fā)送到讀寫器上，讀寫器獲取標(biāo)簽信息代碼并解碼后，將標(biāo)簽信息送至主機(jī)進(jìn)行處理，如圖1所示。

本系統(tǒng)硬件主要由RFID電子標(biāo)簽、天線、讀寫器以及主機(jī)組成，如圖2～5所示。

2 RFID&超市快速結(jié)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于RFID&超市快速結(jié)算系統(tǒng)，其示意圖如圖6所示。主要由以下單元組成：

1）具有非接觸性的高速信息處理的RFID射頻識別單元，用于識別超市商品上的標(biāo)簽。

2）具有超市前端數(shù)據(jù)采集單元，用于動(dòng)態(tài)的采集商品的信息，并將采集到的數(shù)據(jù)通過有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)角芭_(tái)收銀客戶端，再通過有線網(wǎng)絡(luò)傳輸至后臺(tái)服務(wù)器端。

3）具有后臺(tái)數(shù)據(jù)分析和處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)即超市后臺(tái)智能綜合管理系統(tǒng)，系統(tǒng)存儲(chǔ)所有超市商品的信息，主要完成一：將RFID射頻識別單元采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果傳輸?shù)角芭_(tái)客戶端；二：可對商品信息進(jìn)行增、刪、改、查等操作。

4）具有超市前臺(tái)收銀客戶端顯示單元，用于接受后臺(tái)處理完后傳送來的數(shù)據(jù)，顯示并打印流水小票。

超市快速智能結(jié)算系統(tǒng)主要部署方案如下：

一般超市部署10個(gè)結(jié)算通道，分別需要40個(gè)天線、10個(gè)RFID讀卡器、10臺(tái)收銀客戶端。每4個(gè)天線與1個(gè)RFID讀卡器構(gòu)成一個(gè)購物通道，每一個(gè)通道需要一臺(tái)收銀客戶端，當(dāng)RFID讀卡器讀取到數(shù)據(jù)后傳輸至后臺(tái)服務(wù)器，經(jīng)過對數(shù)據(jù)的處理與匹配，將得到的有效數(shù)據(jù)再傳至前臺(tái)客戶端，收銀員可以清楚看到該購物車內(nèi)所有貨物的價(jià)格。后臺(tái)商品管理員，可以通過后臺(tái)服務(wù)器查看流水單，清點(diǎn)商品，對超市商品進(jìn)行管理及維護(hù)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都是用內(nèi)部有線網(wǎng)絡(luò)，保證數(shù)據(jù)的完整性、可靠性、安全性。

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理

3.1 RFID&前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

RFID&前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是超市快速結(jié)賬系統(tǒng)的核心部分。當(dāng)載滿貼有RFID標(biāo)簽商品的購物車通過用RFID閱讀器構(gòu)成的購物通道時(shí)即啟動(dòng)前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對商品的數(shù)據(jù)采集，RFID&前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖7所示。

前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，要在短時(shí)間內(nèi)完成對大批量的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，保證數(shù)據(jù)采集的完整性，將利用并發(fā)時(shí)的采集模式。

在單通道里利用RFID閱讀器的并發(fā)實(shí)現(xiàn)快速結(jié)賬。當(dāng)使用一個(gè)天線進(jìn)行掃描時(shí)，購物車?yán)锏奈锲凡荒軌蛞淮涡話呙柰辏嬖谥鞣N問題，例如水、金屬等物質(zhì)影響天線掃描的范圍，從而需要更多的時(shí)間去反復(fù)掃描。當(dāng)使用4個(gè)天線構(gòu)成環(huán)形，形成立體式掃描，增大掃描范圍，加快掃描時(shí)間，具體結(jié)構(gòu)如圖8所示。

在多通道里利用多個(gè)客戶端同時(shí)與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫交互以實(shí)現(xiàn)快速結(jié)賬。整個(gè)系統(tǒng)軟件部分分為前臺(tái)收銀和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫兩部分，運(yùn)用Remote技術(shù)，讓多個(gè)前臺(tái)客戶端同時(shí)與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)多線程工作，提高結(jié)算速度，基于這樣的系統(tǒng)軟件交互設(shè)計(jì)理念，可在前端多個(gè)通道部署前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多線程并發(fā)工作，具體結(jié)構(gòu)如圖9所示。

3.2 系統(tǒng)工作流程

超市快速智能結(jié)算系統(tǒng)的工作流程如圖10所示。

在系統(tǒng)初始化后，當(dāng)載滿貼有RFID標(biāo)簽的購物車通過RFID閱讀器組成的通道時(shí)，RFID閱讀器讀取RFID標(biāo)簽內(nèi)的信息，在局域網(wǎng)內(nèi)通過.Net平臺(tái)的Remote技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸至后臺(tái)管理系統(tǒng)，與商品信息庫里的商品條形碼進(jìn)行匹配，將得到的商品信息再回傳到前臺(tái)收銀客戶端并顯示在屏幕上，之后按照回傳的商品單價(jià)和數(shù)量在前臺(tái)收銀客戶端計(jì)算出總支付金額，待顧客結(jié)賬完成后再將更新信息傳輸至后臺(tái)管理系統(tǒng)，打印流水小票，并更新庫存數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)例

該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括超市前臺(tái)收銀客戶端系統(tǒng)設(shè)計(jì)和超市后臺(tái)智能綜合管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩部分。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于.NET運(yùn)行平臺(tái)，使用C#編程語言及SQLite數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可運(yùn)行在Windows XP及以上版本的操作系統(tǒng)。

4.1 超市前臺(tái)收銀客戶端系統(tǒng)

超市前臺(tái)收銀客戶端分為數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊，如圖11所示。

4.1.1 數(shù)據(jù)處理模塊是前臺(tái)客戶端的主要模塊

該模塊運(yùn)用.Net平臺(tái)的Remote技術(shù)，使多個(gè)前臺(tái)客戶端并發(fā)地與后臺(tái)智能綜合管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)如下：

首先創(chuàng)建一個(gè)類庫，即要操作的遠(yuǎn)程對象的類，并編譯為動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL）。

第二在服務(wù)端創(chuàng)建程序并引用包含遠(yuǎn)程對象類的DLL。分兩步實(shí)現(xiàn)，第一步：注冊通道。程序中引用“System.Runtime.Remoting”命名空間，System.Runtime.Remoting命名空間提供了IChannel接口，使用TcpChannel通道類跨程序域進(jìn)行通信，在實(shí)例化通道對象時(shí)，將端口號作為參數(shù)傳遞，再調(diào)用靜態(tài)方法RegisterChannel（）注冊該通道對象；第二步：注冊遠(yuǎn)程對象。通過調(diào)用RemotingConfiguration.RegisterWellKnownServiceType（typeof（RemoteObj.RemoteObject），"RemoteObject"，WellKnownObjectMode.Singleton）；方法實(shí)現(xiàn)。該方法使用了SingleTon模式，即有狀態(tài)模式。通過SingleTon激活方式，Remoting將為所有客戶端建立同一個(gè)對象實(shí)例。當(dāng)對象處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，SingleTon實(shí)例會(huì)處理所有后來的客戶端訪問請求，而不管它們是同一個(gè)客戶端，還是其他客戶端，SingleTon實(shí)例將在方法調(diào)用中一直維持其狀態(tài)，從而達(dá)到并發(fā)處理的目的。

第三在客戶端的程序同樣引用包含遠(yuǎn)程對象的DLL，并注冊通道。具體實(shí)現(xiàn)與服務(wù)端注冊通道類似，并通過Activator.GetObject（）方法獲得遠(yuǎn)程對象類的實(shí)體對象。

上述步驟實(shí)現(xiàn)了前臺(tái)收銀客戶端和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的交互，即可通過遠(yuǎn)程對象類中的方法來傳輸數(shù)據(jù)。

4.1.2 數(shù)據(jù)顯示模塊

通過數(shù)據(jù)處理模塊得到的數(shù)據(jù)，按照預(yù)先規(guī)定的格式，將貨物的信息、數(shù)量和商品總價(jià)在前臺(tái)收銀客戶端顯示出來，并打印流水小票。

4.2 超市后臺(tái)智能綜合管理系統(tǒng)

超市后臺(tái)智能綜合管理系統(tǒng)由商品管理模塊、統(tǒng)計(jì)查詢模塊組成，如圖12所示。

4.2.1 商品管理模塊

商品錄入：將商品信息存入數(shù)據(jù)庫中。

商品瀏覽：查看當(dāng)前數(shù)據(jù)庫中的商品信息。

商品查詢：通過商品類型、名稱或條形碼對商品信息進(jìn)行查詢。

進(jìn)貨記錄：查詢該貨物的進(jìn)貨批次（進(jìn)貨批次由系統(tǒng)自動(dòng)生成）。

進(jìn)貨商管理：對進(jìn)貨商的信息進(jìn)行增、刪、改、查。

庫存異動(dòng)：在商品庫存的數(shù)量存在人為變動(dòng)時(shí)，更新現(xiàn)有的商品信息，保存異動(dòng)記錄。

庫存盤點(diǎn)：通過借助RFID讀卡器批量讀取或者人工輸入條形碼的方法來統(tǒng)計(jì)實(shí)時(shí)的商品庫存數(shù)量，若庫存記錄不一致就更新商品數(shù)量的數(shù)據(jù)。

4.2.2 統(tǒng)計(jì)查詢模塊

日匯總：將每日的銷售情況以表格、柱狀圖或曲線圖的形式直觀的表現(xiàn)出來。

月匯總：將每月的銷售情況以表格、柱狀圖或曲線圖的形式直觀的表現(xiàn)出來。

年匯總：將每年的銷售情況以表格、柱狀圖或曲線圖的形式直觀的表現(xiàn)出來。

庫存統(tǒng)計(jì)：將數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計(jì)，以表格、柱狀圖或曲線圖的形式直觀的表現(xiàn)出來。

5 測試

5.1 超市前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與前臺(tái)收銀客戶端系統(tǒng)測試

在超市前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與前臺(tái)收銀客戶端系統(tǒng)中，針對RFID閱讀器能否快速完整的采集大批量的RFID標(biāo)簽做了測試。

我們對同一種貨物，50個(gè)標(biāo)簽同時(shí)通過RFID閱讀器進(jìn)行掃描，收集數(shù)據(jù)如下：

掃描50件帶RFID標(biāo)簽的物品，可達(dá)到50～80次每秒的讀取速度，掃描結(jié)果如圖13～15所示：

通過上述的測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可在實(shí)際環(huán)境中正常應(yīng)用并高速讀取批量RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。

5.2 超市后臺(tái)智能綜合管理系統(tǒng)測試

我們對后臺(tái)智能綜合管理系統(tǒng)中的商品錄入、商品查詢以及日匯總進(jìn)行了測試。

5.2.1 商品錄入

錄入測試商品信息如圖，若該商品已存在則提示進(jìn)行補(bǔ)貨。

5.2.2 商品查詢

商品查詢測試了三種查詢，分別是商品分類查詢、條形碼查詢、商品名稱查詢。

針對日匯總進(jìn)行查詢，可以查詢每天的流水單號的銷售額等信息。

6 結(jié)束語

本文提出的基于RFID技術(shù)的超市快速結(jié)賬系統(tǒng)，由RFID閱讀器、RFID標(biāo)簽、超市前臺(tái)收銀客戶端、超市后臺(tái)智能綜合管理系統(tǒng)構(gòu)成，通過實(shí)際測試，可以加快結(jié)賬速率，具有穩(wěn)定可靠、結(jié)賬效率高、使結(jié)賬過程更加簡單快捷等的優(yōu)點(diǎn)。有益于解決當(dāng)下超市普遍收銀效率低下的問題，結(jié)合自主編寫的收銀軟件，可分布式的實(shí)現(xiàn)超市等場景的快速收銀。今后將在推廣的過程中不斷豐富和完善?；谠撓到y(tǒng)，下一步可在商品的RFID標(biāo)簽中加入更多信息，如貨架位置，出售日期等等，進(jìn)一步提升超市的智能化水平。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張琦琮. 超市排隊(duì)系統(tǒng)仿真研究[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用， 2011（32）： 228-230.

[2] 石國志， 王志良， 丁大偉. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2012.

[3] 王穎. 對RFID在圖書館應(yīng)用的思考[J]. 圖書館工作與研究， 2009（2）： 156-15.