1 引言
射頻識別技術應用于超級市場，能迅速查詢、調用各商品的信息，能對商品的信息實時改寫和對商品進行遠距離的群識別，達到宏觀管理、實現信息共享、提高工作效率的目的；而且能加快顧客支付速度，提高顧客的滿意度和忠誠度，降低超市的風險度。本文主要探討將RFID技術應用在智能超市中的相關問題。
2 智能超市工作原理
智能超市是融合射頻識別技術、計算機通信網絡、數據庫管理技術于一體的現代化超市，具有運轉效率高、風險成本低、管理科學先進、服務品質優良等優點。智能超市最大特點是采用射頻識別技術，不需人工對每件商品條碼進行掃描，這樣可以節約大量的人力和物力，提高效率 ，避免超市出口排長長的隊伍。由于射頻信號能夠穿透衣服等障礙物，這樣還可以防止超市商品被盜。超市的每件商品都貼上電子標簽，標簽內存儲的信息包括商品的編碼、價格等。當標簽進入讀寫器的識別范圍內，標簽馬上就能被激活，商品所有的信息都能被讀寫器獲取，然后顯示給顧客和工作人員。讀寫器內部采用防碰撞算法，能同時識別多個標簽，并且無遺漏。基于RFID的智能超市不但安全，而且快捷，具有很大的市場前景。
對于大型的智能超市，是由多個下屬分店、連鎖總部、配送中心等機構組成。超市的總部、分店、配送中心往往處于一個城市不同的地理位置，它們各自的局域網服務器需通過Internet方式實現遠程連接。智能超市信息管理系統采用分布式數據庫結構：即一級數據服務器設在總部，二級數據服務器設在各分店。所有服務器在整體上構成一個分布式數據庫系統。
智能超市分店結構圖如圖1所示，每個分店由支付系統、進貨系統、無線手持終端、管理系統組成，四個系統由計算機網絡連接起來。支付系統、進貨系統、無線手持終端的核心設備同為RFID讀寫器，區別在于支付系統是從數據庫中刪除商品記錄，進貨系統是向數據庫中添加商品記錄，而無線手持終端供顧客和工作人員使用。
3 射頻識別相關技術
3．1 RFID技術基礎及組成
由于射頻識別技術綜合了射頻技術、信息技術、控制技術等多學科的技術，故其表現出多種不同的特征和特性。按照不同的分類標準，可以把市場上的RFID系統按照系統的功能、特性等分類。(1)按照能量供應方式進行分類，可以分為有源和無源。制約RFID技術推廣的一種重要因素是成本，故智能超市中RFID系統選用無源標簽。(2)按照工作頻率分為低頻系統、中頻系統和高頻系統。低頻系統主要有125kHz和134．2kHz兩種，中頻射頻卡頻率為l3．56MHz，高頻射頻卡頻率主要有433MHz、915MHz、2．45GHz、5．8GHz等。智能超市對射頻識別的讀寫距離和讀寫速度都有嚴格的要求，所以本設計方案采用高頻射頻系統。(3)按調制方式的不同可分為主動式和被動式。由于智能超市使用的是無源標簽，其反射調制散射可以確保讀寫器只激活識別范圍內的射頻卡。因此在智能超市中選用被動式最合適。
3.2 RFID工作原理
最基本的射頻識別系統由兩部分組成：一是電子標簽，用于存儲信息，為被識別對象；二是瀆寫器，用于讀取電子標簽信息。電子標簽與讀寫器之問通過禍合實現射頻信號的空間耦合；在耦合通道內，根據時序關系，實現能量的傳遞和數據的交換。
在典型的磁場中，如915MHz的射頻系統中，讀寫器和標簽之間的作用可視同雷達原理模型，電子標簽在接收到讀寫器發出的高頻信號后，經過射頻檢波、倍壓、穩壓、存儲電路處理，轉化為電子標簽工作所需要的工作電壓。在發送電子標簽所載數據時，通過一個混頻器(邏輯門)將數據信號與中頻信號進行調制，并用調制結果控制天線的“阻抗開關”改變天線的發射系數，使得讀寫器接收到的能量呈現出不同的幅度，從而完成調制和傳輸過程。
4 RFID在智能超市中的應用問題
目前，國內外有大量人員在進行RFID相關研究，取得許多成果，并且成功將RFID技術應用到日常生活生產中去。但無論是國外還是國內，還沒有一家公司將RFID技術應用到超市管理中去，僅有法國沃爾瑪在個別超市在做試點運行。沃爾瑪公司近期還沒有打算將這種基于RFID的智能超市推廣開來，不僅是電子標簽成本太高的原因，最主要原因是在超市這種特殊環境中，RFID還存在許多技術上的缺陷，許多關鍵問題亟待解決。
4.1．讀寫器的硬件電路設計
讀寫器是射頻識別系統不可缺少的設備裝置，是系統與諸多流動的電子標簽進行數據交換的工具，是系統運行的關鍵環節，其技術參數指標對系統的整體性能和可靠性有著決定性影響。硬件設計是決定讀寫器性能的關鍵，其目標是要達到閱讀距離遠、識別速率快、識別率100％的要求。經過研究發現，能夠采取一些措施提高閱讀器的性能。針對超市應用特點，我們設計了一個無源后向散射式RFID讀寫器。從構成上，它可以分作兩個部分，即射頻前端和數字基帶 。圖2為讀寫器結構框圖，射頻前端部分包括了發射電路、接收電路、環行器和天線；數字基帶包括DSP和FPGA芯片。其中，發射電路可以細分為載波電路、調制電路、放大電路，其工作過程如下：(1)載波電路通過鎖相環控制壓控振蕩器，產生載波頻率(860～960MHz)，送至調制電路；(2)調制電路中混頻器將載波信號和讀寫器的基帶信號混合成調制信號，經過低噪聲放大器和濾波后，送至放大器；(3)讀寫器根據需要通過衰減器調節發射信號的增益，發射信號經過RF功率放大器后經環形器送至讀寫器天線發出。
4.2．數據傳輸與完整性研究
如何提高對電子標簽的識別速率，也是本課題的研究重點之一。
對于智能超市，商品眾多，如果單個商品電子標簽識別上需要花費大量時間，那么仍然無法避免超市出口排長隊的現象。提高標簽識別速率的關鍵問題是提高系統的編解碼和數據校驗速率。RFID系統采用無接觸的方式進行數據傳輸，因此在傳輸過程中很容易受到干擾，包括系統內部的熱噪聲和系統外部的各種電磁干擾，這些都會使傳輸的信號發生畸變，從而導致傳輸錯誤。為了提高數字傳輸系統的可靠性，降低信息傳輸的差錯率，采用CRC一16對傳輸的數據進行校驗。當發現接收的數據錯誤時，讓數據進行重新發送。并且，在讀寫器設計時，采用一些抗干擾措施，提高系統抗干擾能力。
4.3．防碰撞算法研究
防碰撞算法研究是智能超市RFID系統研究的最關鍵問題，也是難點，是制約RFID系統在超市應用的重要因素。顧客從超市采購的商品，一般數量較多，要在盡可能短的時間內準確、完全的識別出這些商品，這是防碰撞算法需要解決的問題。當顧客推著購物車進入讀寫器識別范圍內，所有電子標簽同時產生響應，發生標簽的碰撞，需要一種算法能夠從這堆商品中逐個識別出這些標簽。所以，RFID系統會采用一定的策略或算法來避免沖突現象的發生，控制標簽的響應信息逐個通過射頻信道被閱讀器接收。防碰撞問題的研究主要解決兩個問題：一是如何避免或減少閱讀器與標簽之問的沖突問題。二是避免或減少閱讀器之間的干擾碰撞問題 。為降低超市成本，提高超市利潤，在智能超市系統中采用無源標簽。根據EIC／ISO 18000-6，只能采用TYPEB型標簽，故防碰撞算法也只能采用二進制算法，二進制搜索算法是最常用的RFID系統防沖突算法，其算法非常靈活，不會發生防沖突失敗的情況。對于N個標簽發生沖突的情況，只需要一定次數的防碰撞循環就能將適合的標簽準確的識別出來。這種算法的基本思想就是讀寫器判斷出標簽的序列號發送時產生的數據沖突位置，然后強制地命令那些在沖突位置發送信息為“0”或者為“1”的標簽退出沖突。當N-1個應答器退出沖突后信道就會被剩下的一個標簽完全占有并被讀寫器識別出來。
5 結語
由于射頻識別具有速度快、距離遠等優點，可以將射頻識別技術成功的應用到超市管理，提高超市管理水平、降低超市運營成本。經過調研，選擇915MHz頻段作為讀寫器工作主頻，能夠遠距離快速識別。在超市倉庫人口安裝進貨系統、超市出口安裝支付系統，通過計算機網絡與管理系統相連，這樣就構成完整的超市管理系統。