浅析RFID在自主超市系统中的应用

摘　要：RFID技术将成为未来信息社会一门重要的技术而得以广泛应用。本文首先介绍了RFID技术的原理、组成及发展史，随后着重阐述了其在自主超市系统中的的应用前景及亟待解决的问题。

关键词：RFID技术；自主超市；应用
1 认识RFID技术
1.1 RFID技术概述
　　射频识别(Radio Frequency  Identification，简称RFID)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境．RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便．
　　RFID技术的基本工作原理：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
　　一套完整的RFID系统, 是由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份所组成, 其工作原理是Reader 发射一特定频率的无线电波能量给Transponder, 用以驱动 Transponder电路将内部的数据送出，此时 Reader 便依序接收解读数据, 送给应用程序做相应的处理。
1.2 RFID技术的发展
　　在20世纪，无线电技术的理论与应用研究是科学技术发展最重要的成就之一。RFID技术的发展可按10年期划分如下：
　　1940-1950年：雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了射频识别技术的理论基础。
　　1950-1960年：早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。
　　1960-1970年：射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。
　　1970-1980年：射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识别技术测试得到加速。
　　1980-1990年：射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。
　　1990-2000年：射频识别技术标准化问题日趋得到重视，射频识别产品得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。
　　2000年后：标准化问题日趋为人们所重视，射频识别产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。
1.3 RFID技术目前已经实现的主要应用：
　　（1） 图书管理系统的应用
　　（2） 瓦斯钢瓶的管理应用
　　（3）服装生产线和物流系统的管理和应用
　　（4） 三表预收费系统
　　（5） 酒店门锁的管理和应用
　　（6） 大型会议人员通道系统
　　（7） 固定资产的管理系统
　　（8） 医药物流系统的管理和应用
　　（9） 智能货架的管理
2 RFID技术在自主超市系统的发展前景
1.1 自主超市系统介绍
　　当前，随着商品市场的不断发展，超市的规模也越来越大，与此同时，随着城市人口的迅猛增长，超市的人流量也不断增多，在高峰时段，超市的排队结账现象日益严重。如何对日益庞大的超市商品库进行快捷有效的管理，如何解决超市的排队结账问题已成为当下的热点问题。
而自主超市的概念，旨在建立一套较为完善的超市系统，即融合射频识别技术、计算机通信网络、数据库管理技术于一体的现代化超市，具有运转效率高、风险成本低、管理科学先进、服务品质优良等优点，其最大特点是采用射频识别技术，不需人工对每件商品条码进行扫描，以提高超市购物乃至日常生活的效率。
　　自主超市系统的实现，要以RFID技术作为基础，同时还需要ZIG BEE及ARM（Advanced RISC Machines）等技术的支持。大致流程如下：
（1）在超市商品上添加射频标签，以区别不同的商品。
（2）顾客在超市中购物，并获得需要的物品。
（3）顾客进入结账通道前，系统通过结账通道外的红外线识别装置获得信号并通过ZIG BEE无线传输设备将信号发给电脑控制中心。获得控制中心的返回信号，若允许通过则控制门开启，顾客进入后门关闭。
（4）读取设备读取射频标签，并将信号再次发给电脑控制中心。控制中心对商品进行查询，得到总价，信号返回，提示顾客应缴纳的金额。
（5）顾客确认使用信用卡缴费后，控制中心获得信号，控制结账通道另一道门打开，顾客结束购物。
1.2 RFID技术在沃尔玛超市中应用的先例
　　2003年6月，沃尔玛强制要求其前一百名供应商用一年的时间做到在所有的商品货箱贴加RFID标签，并宣布2005年1月1日为供应商完成RFID革新工作的最后期限。 这一强制命令将RFID推向产业化前沿，在物流供应链管理中扮演重要角色。
　　沃尔玛内部组建了一个团队，它是由4 个RFID专家组成的（后来扩展到8 个人），这个团队由全球RFID策略经理Simon Langford领导。2004年，部门内部的协作涉及到2500个项目，包括RFID全球财务系统、还有为旧的销售系统新增功能，以帮助沃尔玛超过3000家折扣店能够遵守当地的劳动法规。该公司每年的销售收入超过2500亿美元，而IT预算却低于行业平均水平。这主要归功于公司内部自行开发的商务软件，避免外包，同时要求所有的系统能够支持全球分店的使用。
　　随着沃尔玛继续进行RFID项目和其他项目，协作甚至变得更加良好。Dillman计划在2005年，提高沃尔玛的协作库存管理系统的效能，从而提高库存管理和预测的质量，通过使用技术来改善内部流程。
2.3物联网蓬勃发展
　　 随着计算机技术的出现和迅猛的发展态势，物联网主线出现在人们的生活中，并发挥着日益重要的作用。物联网（The Internet of things）是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
　　 RFID技术是“物联网”中的核心技术之一，在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。
　　 在生活日新月异的今天，虽然基于条形码的传统物流管理方式的贡献是巨大的，然而物流管理的自动化程度越来越高，条形码的一些特性已经不能满足智能管理的需要。与之相对的RFID无线射频标签，却可以 很好地适应生产销售管理发展的趋势，并将最终取代条形码服务于物流行业。
3 RFID在智能超市中的应用问题
3.1．读写器的硬件电路设计
读写器是射频识别系统不可缺少的设备装置，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。针对超市应用特点，我们设计了一个无源后向散射式RFID读写器。从构成上，它可以分作两个部分，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。
3.2 数据传输与完整性研究
　　对于自主超市，商品众多，如果要在单个商品电子标签上花费大量时间，那么仍然无法避免超市出口排长队的现象。提高标签识别速率的关键问题是提高系统的编解码和数据校验速率。RFID系统采用无接触的方式进行数据传输，因此在传输过程中很容易受到干扰，包括系统内部的热噪声和系统外部的各种电磁干扰，这些都会使传输的信号发生畸变，从而导致传输错误。为了提高数字传输系统的可靠性，降低信息传输的差错率，采用CRC一16对传输的数据进行校验。当发现接收的数据错误时，让数据进行重新发送。
3.3 防碰撞算法研究
　　防碰撞算法研究是智能超市RFID系统研究的最关键问题，也是难点，是制约RFID系统在超市应用的重要因素。顾客从超市采购的商品，一般数量较多，要在尽可能短的时间内准确、完全的识别出这些商品，这是防碰撞算法需要解决的问题。RFID系统需要采用一定的策略或算法来避免冲突现象的发生，控制标签的响应信息逐个通过射频信道被阅读器接收。防碰撞问题的研究主要解决两个问题：一是如何避免或减少阅读器与标签之问的冲突问题。二是避免或减少阅读器之间的干扰碰撞问题。为降低超市成本，提高超市利润，在智能超市系统中采用无源标签。根据EIC／ISO18000-6，只能采用TYPEB型标签，故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系统防冲突算法，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的识别出来。
4 阻碍RFID应用的瓶颈
4.1 昂贵的价格问题
　　在RFID标签的推广中，最大问题就是成本，每枚RFID标签的价格在0.3～0.6美元。对那些高档产品而言，增加0.5美元能够被厂商和消费者接受，因为对他们而言，RFID标签是一种出色的识别跟踪装置，它所带来的方便与效益更划算。然而，对于中、低档的日常消费品，RFID标签就不易接受了，毕竟谁也无法接受一支因为使用RFID标签而涨了0.5美元的普通牙膏。因此RFID标签的成本是不得不考虑的问题。要想大规模推广RFID，必须降低制作成本。
4.2 RFID技术标准问题
　　目前，RFID还未形成统一的全球化标准，市场为多种标准并存的局面，各个国家出于自身安全和利益的考虑，都在积极的制定自己的标准。目前全球有两大RFID标准阵营：欧美的EPC酬与日本的泛在识别码中心。此外，国际标准化组织(ISO)与国际电子委员会(IEC)也针对射频2IC卡和物品自动识别制定了一系列的标准。不同标准在无线频段、数据格式等诸多方面存在明显差异。标准的不统一，各个厂家推出的RFID产品互不兼容，这给RFID的大范围应用带来了困难，这对RFID产品互通和发展以及在图书馆的应用造成了极大阻碍。
4.3 健康影响的问题
　　目前有很多人关心RFID技术在 超市的应用，是否对顾客的身体健康有影响，因为RFID所使用的800—900MHz已经属于甚高频范围，很多人担心长期在RFID包围中会受到高频射线影响，免疫力下降和导致急病的发生等引发了很多人对RFID的疑问。而且RFID所使用的频率也受到国际电信联合会频率资源的限制。
5 结束语
　　RFID技术作为一门高新技术，正在日益广泛地应用于生活的方方面面。而自主超市系统理念的出现，必将把RFID技术推向一个新的高潮。虽然还有一些阻碍RFID技术应用于自主超市系统的问题有待解决，但其理念是全新的，方案是可行的，有着广阔的发展空间，相信在不久的将来，自主超市将会出现在我们的视野中，极大地改变我们生活的模式。
参考文献：
[1]秦红.RFID技术在图书馆应用的分析探讨[J].现代情报，2009,26.
[2]吴永祥. 射频识别RFID技术研究现状及发展展望[J].微计算机信息，2006，22.
[3]王必胜，张其善. 可并行识别的超高频RFID系统防碰撞性能研究[J].通信学报，2009，30.
[4]建新.RFID在超市中应用现状及发展前景分析[J].金卡工程，2006，10.
[5]李里亚，毛淑华. RFID在智能超市中的应用问题分析[J].中国新通信，2009，10. 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/jsjwl/238310.html