基于RFID超市智能庫(kù)架管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)RFID技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊技術(shù)相結(jié)合可應(yīng)用于物流、制造、公共信息服務(wù)等多個(gè)行業(yè)，RFID在零售業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用，而且進(jìn)展得最快。針對(duì)大型超市的庫(kù)架管理提出了基于RFID超市智能庫(kù)架管理系統(tǒng)。將射頻卡貼在貨物上，所有貨物信息都被存儲(chǔ)在倉(cāng)庫(kù)的中央計(jì)算機(jī)里，與該貨物有關(guān)的信息都能在計(jì)算機(jī)里查到。閱讀器和天線(xiàn)放在倉(cāng)庫(kù)的進(jìn)出口，無(wú)線(xiàn)中繼終端按需布置，組成一個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)貨物進(jìn)出庫(kù)架時(shí)，放置在進(jìn)出口的閱讀器會(huì)讀出貼在貨物上射頻卡的信息并通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)傳送至管理中心，這樣管理中心可以實(shí)時(shí)地了解到貨物的進(jìn)出，掌握貨物的銷(xiāo)售情況，適時(shí)地調(diào)整進(jìn)貨的品種和數(shù)量。有助于解決零售業(yè)兩個(gè)最大的難題：商品脫銷(xiāo)和損耗。同時(shí)，消費(fèi)者也可以不必在收銀臺(tái)前排隊(duì)，直接推著裝滿(mǎn)商品的小車(chē)出門(mén)，門(mén)口的計(jì)算機(jī)自動(dòng)打印購(gòu)物清單，改善購(gòu)物環(huán)境，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　1 射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)簡(jiǎn)介

　　RFID技術(shù)是利用無(wú)線(xiàn)電波采進(jìn)行通訊的一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。射頻識(shí)別系統(tǒng)一般由3部分構(gòu)成：應(yīng)答器、閱讀器和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用軟件。其基本原理是通過(guò)讀頭和粘附在物體上的標(biāo)簽之間的電磁耦合或者電感耦合來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊以達(dá)到對(duì)標(biāo)簽物品的非接觸式自動(dòng)識(shí)別。由閱讀器發(fā)送指令給天線(xiàn)，由天線(xiàn)發(fā)送無(wú)線(xiàn)電波“掃描”射頻標(biāo)簽，射頻標(biāo)簽接到信號(hào)后將數(shù)據(jù)信息返回成無(wú)線(xiàn)電波的形式，再由天線(xiàn)接收后解碼成計(jì)算機(jī)可以使用的數(shù)據(jù)。

　　2 系統(tǒng)的整體框架設(shè)計(jì)

　　針對(duì)大型超幣的智能庫(kù)架管理的特點(diǎn)，系統(tǒng)主要包括：RFID識(shí)別系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID識(shí)別系統(tǒng)與無(wú)線(xiàn)終端的交互。

　　2．1 RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)

　　閱讀器的主要功能是通過(guò)天線(xiàn)對(duì)應(yīng)答器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作，與上位機(jī)進(jìn)行通信，其一般含有射頻模塊、控制單元以及與應(yīng)答器連接的耦合元件。此外，閱讀器還有附加的接口以便將所獲得的數(shù)據(jù)傳輸給另外的系統(tǒng)。

　　閱讀器硬件系統(tǒng)主要由4部分構(gòu)成：接口電路、控制單元、射頻模塊、天線(xiàn)組成，見(jiàn)圖1。

圖1 硬件系統(tǒng)構(gòu)成框圖

Fig．1 The hardware system structure

　　上位機(jī)通過(guò)接口電路與閱讀器的控制單元連接，向控制單元發(fā)送讀／寫(xiě)卡等命令，接收來(lái)自控制模塊的數(shù)據(jù)與操作報(bào)告?？刂茊卧c射頻模塊相連，在控制單元上運(yùn)行的主程序根據(jù)具體情況控制射頻模塊操作。射頻模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制后通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送至應(yīng)答器，并對(duì)從天線(xiàn)上接收的應(yīng)答器返回信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。

　　閱讀器射頻模塊采用復(fù)旦微電子公司的FM1725非接觸式IC卡芯片，其完成數(shù)據(jù)調(diào)制、解調(diào)的功能，對(duì)射頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行整流和發(fā)射。FM1725芯片內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能直接驅(qū)動(dòng)近操作距離的天線(xiàn)，同時(shí)接收器部分提供了一個(gè)可靠的解調(diào)和解碼電路。其數(shù)字處理部分將并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行，支持檢查產(chǎn)生的幀、產(chǎn)生并檢查奇偶和CRC校驗(yàn)以及位編碼和處理。此外，F(xiàn)M1725還提供了一個(gè)SPI兼容接口，其并行接口可以直接與8位MCU 相連。

　　閱讀器的控制單元采用ATMEL公司生產(chǎn)的高性能8位單片機(jī)AT89S52，其主要負(fù)責(zé)運(yùn)行讀寫(xiě)卡片的程序，提供FM1725芯片的控制信號(hào)，通過(guò)RS232接口完成與上位機(jī)或網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信。該單片機(jī)片內(nèi)含8K字節(jié)Flash只讀程序存儲(chǔ)器，其空間大小足夠?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)及控制FM1725射頻芯片的程序?qū)懭?，無(wú)需再外接其他外存儲(chǔ)設(shè)備，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，提高了電路可靠性。

　　射頻卡片采用無(wú)源的Mifare標(biāo)準(zhǔn)IC卡MF1 IC$50，卡片內(nèi)有8K位EEPROM，它是數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)載體，通過(guò)閱讀器的天線(xiàn)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作。

　　基本操作流程見(jiàn)圖2。用戶(hù)先通過(guò)閱讀器將信息寫(xiě)入MF1 IC$50卡片內(nèi)，當(dāng)有MFIIC$50卡片進(jìn)入閱讀器的天線(xiàn)工作范圍內(nèi)時(shí)，卡片被激活，閱讀器發(fā)送讀數(shù)據(jù)信號(hào)給卡片，卡片根據(jù)接收到的讀數(shù)據(jù)信號(hào)將存儲(chǔ)單元中指定的數(shù)據(jù)通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送至閱讀器，閱讀器再將數(shù)據(jù)通過(guò)RS232接口發(fā)送至上位機(jī)或網(wǎng)絡(luò)。

圖2 基本操作流程

Fig．2 The basic operation procedure

　　2．2 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的許多個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成，其目的是協(xié)作地感知、收集和處理傳感器網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理區(qū)域宗感知對(duì)象的信息，并通過(guò)Ad hoc方式傳遞給觀察者 。

　　2．2．1 傳感器節(jié)點(diǎn)