基于RFID技术的物联网销售应用系统研究

引言

随着经济全球化进程加快。对供应链反应速度的要求在不断提高，促使全球物流行业不断探索可以提高效率与服务质量的新技术。现代物流充分运用信息技术，将运输、仓储、装卸、加工、整理、配送等有机结合，形成完整的供应链。现代物流的根本宗旨是提高物流效率、降低物流成本、满足客户需求，并越来越呈现出信息化、网络化、自动化、职能化、标准化等发展趋势。其中信息化是现代物流的核心潮。RFID将在物流行业信息化建设中占有举足轻重的地位。

1 RFID在物流行业销售中的优势

对于物流行业来说，企业和客户最关注的就是运输速度和信息正确率，RFID恰恰能够满足这些条件。在物流行业应用中，其具备以下优势：

(1)读写迅速。条形码一次只能有一个受到扫描，而RFID识别器可同时辨识读取数个RFID标签。

(2)读写距离远。在被覆盖的情况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才可以辨读条形码。

(3)可重复使用。现在的条形码在印刷上去以后就无法更改，RFID标签则可以重复地新增、修改、删除。

(4)芯片本身可以存储信息。一维条形码的容量是50字节，二维条形码最大的容量可储存2~3000字符，RFID最大的容量则有数兆。随着记忆载体的发展，数据容量也有不断扩大的趋势，未来物品所需携带的资料量会越来越大，对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。

(5)抗污染性和耐久性。传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强的抗蚀性。此外，条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损;RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。

2 系统设计

2.1 系统设计原理

物流行业的销售体系，一般由多个下属分店、连锁总部、配送中心等机构组成。行业的总部、分店、配送中心往往处于一个城市不同的地理位置，它们各自的局域网服务器需通过Internet方式实现远程连接。销售行业信息管理系统采用分布式数据库结构：一级数据服务器设在总部，二级数据服务器设在各分店，所有服务器在整体上构成一个分布式数据库系统。

物流行业商品销售结构框图如图1所示，每个销售店由支付系统、进货系统、无线手持终端、管理系统组成，4个系统由计算机网络连接起来。支付系统、进货系统、无线手持终端的核心设备同为RFID读写器，区别在于支付系统是从数据库中删除商品记录，进货系统是向数据库中添加商品记录，而无线手持终端供顾客和工作人员使用。

2.2 系统硬件设计

读写器是射频识别系统不可缺少的硬件设备装置，是系统与诸多流动的电子标签进行数据交换的工具，是系统运行的关键环节，其技术参数指标对系统的整体性能和可靠性有着决定性影响。硬件设计是决定读写器性能的关键，其目标是要达到阅读距离远、识别速率快、识别率100%的要求。一般射频读写器的设计主要由控制模块、射频收发模块、天线单元、通信接口模块和电源模块5部分组成。经过研究发现，能够采取一些措施提高阅读器的性能。针对连锁经营的应用特点，采用一种无源后向散射式RFID读写器更加适合。从结构上，它可以分作2个部分，即射频前端和数字基带。射频前端部分包括了发射电路、接收电路、环行器和天线;数字基带包括DSP和FPGA芯片。其中，发射电路可以细分为载波电路、调制电路、放大电路。图2为读写器结构框图。

其工作过程：载波电路通过锁相环控制压控振荡器，产生载波频率，送至调制电路;调制电路中混频器将载波信号和读写器的基带信号混合成调制信号，经过低噪声放大器和滤波后，送至放大器;根据需要，读写器通过衰减器调节发射信号的增益，发射信号经过RF功率放大器后经环形器送至读写器天线发出。

2.3 系统软件设计

软件系统采用源代码开放的嵌入式操作系统作为管理平台，具有较强的稳定性和安全性，结构紧凑。此外，软件系统还采取了许多安全技术措施，包括对读、写进行权限控制、带保护的子系统、审计跟踪、核心授权等，为用户提供了必要的安全保障。射频读写器功能和接口控制函数体系如图3所示。

图3　射频读写器功能和接口控制函数体系

2.4 防碰撞算法

顾客从销售店(如超市)采购的商品，一般数量较多，要在尽可能短的时间内准确、完全地识别出这些商品，这是防碰撞算法需要解决的问题。同时读取多个标签是常被人们谈及的RFID比图形码远为优越的地方，但是如果没有防碰撞的功能，RFID系统只能读写一个标签。在这种情况下如果有2个以上的商品同时处于可读取的范围内就会导致读取的错误。

防碰撞问题的研究主要需解决2个问题：避免或减少阅读器与标签之问的冲突;避免或减少阅读器之间的干扰碰撞。为降低连锁店成本，提高连锁店利润，零售行业系统采用无源标签。根据EIC/ISO18000-6标准，只能采用TYPEB型标签，所以防碰撞算法也只能采用二进制算法。二进制搜索算法是最常用的RFID系统防碰撞算法，其算法非常灵活，不会发生防冲突失败的情况。对于N个标签发生冲突的情况，只需要一定次数的防碰撞循环就能将适合的标签准确地识别出来。这种算法的基本思想就是读写器判断出标签的序列号发送时产生的数据冲突位置，然后强制性命令那些在冲突位置发送信息为“0”或者为“1”的标签退出冲突。当N-1个应答器退出冲突后信道就会被剩下的一个标签完全占有并被读写器识别出来。