关于RFID系统的二进制算法在自主超市系统中的身份识别作用外文翻译资料

 2022-08-09 10:08

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关于RFID系统的二进制算法在自主超市系统中的身份识别作用

Ling Wu1,2* , Sheng Liu1, Baoling Zhao1, Weinan Wu1,3 and Baozhong Zhu4

1 引言

如今,在超市购物已成为人们日常消费的主要渠道之一。大量的生活用品和生活用品几乎可以在超市买到[1]。但现在,大型超市结账效率低,导致劳动力成本高。另一方面,对于顾客来说,结账效率低,等待时间过长,会使他们对超市的商业模式不满,特别是在购物高峰期。例如,2015 年12 月12 日,大量顾客等待结账,这减少了潜在顾客购买的数量,限制了超市的发展[2,3] 。为了解决这个问题,许多大型超市,通过增加收银台的数量。但仍然无法满足客户的需求。

射频识别( RFID)是一种将无线通信技术与LSI相结合的自动识别技术。条形码技术已广泛应用于扫描领域,并且正在继续熟,但仅确定条形码的存储空间的有限性可以应用于产品类型的识别[4]。与条形码技术相比,RFID技术具有存储空间大、可重用性和环境适应性等优点。即使RFID标签的成本高于条形码,随着RFID技术的日益完善,RFID标签将取代条形码,并将在商业链中得到广泛应用。因此 RFID被建议用于超市购物系统,并将取代条形码扫描系统,但在实践中,大量的电子标签被同时识别,这将存在相互碰撞的问题[5-7] 。目前,解决这一问题的方法是时分多址技术( TDMA)[8]。

在许多无线电技术方法中解决碰撞问题,TDMA被广泛应用于数字移动无线电系统领域。TDMA将所有可用的通道分配给多个用户。实现RFID系统防撞机制最常见的方法是TDMA,它是由RFID系统的复杂性、成本控制、通信和功耗决定的。而TDMA的两种基本类型分别是读写器防碰撞控制方法和控制RF卡防碰撞方法。然而,由于超市购物系统的特殊性,算法的效率太低,无法满足系统要求[9] 。

本文分析了RFID技术在超市购物系统中的应用,并在独特的序列码的基础上,采用了防撞算法进行识别。RFID技术识别客户消费商品,并将咨询排序为一个列表,并显示在收银台上。这种模式的应用可以为顾客以及超市提供极大的便利。为了更好地解决冲突,本文将使用二进制搜索算法来解决这种问题。

2系统设计方法

2.1购物系统的设计

购物系统的设计主要涉及网络、数据库和RFID技术。系统具有效率高,精度高的优点[10]。 系统主要包括自助结账,自购,会员机制,防盗措施等等。

2.1.1自我检查

解决多个电子标签在购物识别中的碰撞,采用二进制搜索算法实现自助结账功能,可以使客户在特定区域更快地结账。

2.1.2自购

自购功能类似于自助结账,货物在特定区域进行标识,对采购的货物进行清点,该功能可以满足小件物品的杂乱采购,避免人为统计的麻烦,降低人工成本。

2.1.3成员机制

为了进一步扩大销售,向购买超过一定金额的客户发放RFID会员卡。这样,可以增加客户消费的频率。

2.1.4安全措施

RFID技术也可以实现安全管理。在超市,有专门的进出口。客户购买商品后,当他们通过出口安装的RFID系统时,可以再次读取商品的信息。与第一次相比,我们可以知道客户是否偷货。该方法具有较高的可靠性,降低了超市主管的配置和运营成本如图1所示。

图1 RFID系统的设计原理

2.2 RFID系统的硬件设计

超市购物系统应具有快速和多种物体识别功能,但传统的条形码扫描完全不能满足需要。因此,本文将电子标签与识别技术进行连接,实现快速结账的功能。另外,本文将设计快速结账和防盗功能模块[11] 。对于超市来说,为了实现防盗功能,可以在统一的超市物联网中设计这两个模块。两者可以相互传递。快速结帐的硬件设计如图2所示。快速检测的硬件设计包括三个部分:RFID系统,ARM板和外围设备。

2.2.1 RFID系统

本文采用PR9200超高频RFID阅读器模块.通过无线电信号在指定区域内检测电子标签的数量和信息。并将获得的信息反馈给ARM模块。该RFID系统涵盖读写模块、天线和适配器基座。其中,内置的防撞算法主要用于信息检测。天线是信号的接收器,适配器底座主要用于连接天线和读取器模块。

图2 快速结账的硬件设计

2.2.2 ARM板

ARM板采用ARM Cortex-A8处理器,主要用于对接收到的数据进行后处理,然后在终端上显示。

2.2.3周边地区

信号应在指定区域内检测。本文设计了外围设备如图2,屏蔽了区外电子标签信息,确保信息阅读器的准确性。硬件设计过程如图3所示,包括RFID系统, ARM板快,以及80C51单片机。RFID系统和ARM板的功能与快速结账相同,因此本文不作探讨。为了实现警报模拟,可以实现80C51单片机的蜂鸣器报警。另外,它还需要其他辅助设计,如LED现场显示如图4所示。

图4 安全区现场图

2.3 RFID系统的软件设计

超市购物系统采用ARMCortex-A8智能终端平台,配备完善的Linux操作系统和Qt4.7平台。本文开发设计了软件系统[12]如图5所示。系统的设计包括信息转换和安全处理与测试两部分。

信息改造是软件系统的主要部分,它实现了RFID阅读器与软件系统之间的数据传输。为了实现快速读取电子标签的信息,保证信息传输的准确性,可以提前设定数据。阅读器接收到信号后,可按要求存储和识别信息。

在结帐中应该处理防盗信息。在结账过程中,大量的电子标签数据已经分类,包括字符RFID标签信息。当RFID阅读器模块进行无线搜索过程时,所有标签都被设置。防盗检测的功能主要是在离开区域时再次使用防撞算法对产品进行检测。当检测到未付款的产品时,单片机蜂鸣器会发出警报。同时将信息传输至LED显示屏,指导现场监督和人员管理。

3 二进制搜索算法

二进制搜索算法是指基于识别标签的唯一序列代码(UID),一组预定的序列指令在读取器和多个标签之间给出,在一个特定的标签选择后,用于两者之间的数据交换。读取器发送请求命令以选择一组标签;将有数据冲突标记序列代码精确地传输给读取器标签通道传输,使用读取器验证碰撞。如果读者测试出碰撞,就有必要在较小的范围内进行下一次搜索[13-16]。

3.1 曼彻斯特编码

在阅读器中使用的信号编码是否决定了碰撞位的确切位置,这在二进制搜索算法[17]的实现过程中起着决定性的作用,曼彻斯特编码具有这一优势,因为它们已经从应答器到阅读器上行基带数据编码。曼彻斯特编码是一个特定的值级上升或下降边缘的位窗口(T BIT)表示。增加是由一个逻辑“0”代码,下降是由一个逻辑“1”代码如图6所示,曼彻斯特编码的传输往往被识别为错误,不允许有“不改变”的状态。如果多个应答器同时发送不同的值,则结果将被接收到的上升和下降边缘所抵消。因此它被视为查询位回溯冲突的一种方法。

3.2 转发器命令

读取器和应答器之间的规则和命令是二进制搜索算法。目的是从多个应答器组中随机选择一个应答器。引入四个命令是为了给出算法[18-20]的方便性。

(1) 请求:读取器将首先发送到一组序列代码应答器。应答器本身的序列号和读取器从序列代码中发送比较,如果两者小于或等于,则应答代码的情况。序列本身将返回给读取器以缩小应答器预选范围[21]。

(2)选择:确定的参数序列代码被发送到应答器;此时,参数代码序列相同的应答器将被挑选出来,作为执行其他命令切断开关。

(3) 读取数据:命令由选定的数据发送到应答器存储。操作系统也涵盖了取消预订等功能。

(4) 退出选项:已选择“取消”应答器,以便在“静音”状态下不激活返回属性的应答器,没

有收到任何请求命令的应答。为了重新激活要重置的应答器,必须切断应答器电源电压,并暂时离开阅读器[22]。

二元搜索算法是为了实现抗冲突假设电子产品代码(EPC)为十位数,读取器的范围包括四个微电子标签(见表1)。

3.3电子识别标签的算法阅读器的过程如下

(1)从读取器发送请求,即“le;111111111”的命令。当序列号为1100101011时,读取器内小于1100101011的代码序列的应答器将被控制。读取器解码结果为110X1X10X1,因此在接受序列代码的过程中,将被识别。当有许多转发器在阅读器内,收到的顺序是的110X1X10X1,所以接收到的代码序列有十种可能性(如表2所示)。迭代的最高值(第4节)是在这个位置出现的第一个冲突,它在SNRle;1100101011的范围内,至少有一个应答器。

表1 应答器序列代码 表2的第一次迭代冲突,推测可能的序列代码

  1. 当读者再次发出“le; 1100101011”的命令时,“会导致了参数发生变化。在碰撞前和接收后有相同的序列号,假设碰撞的最高位置为0,碰撞后的另一个序列号为1。读者搜索的范围是le;1100101011。“在这样一个重复的操作中,最终选定4个应答器。读取器发送SELECT,“1100 101011”的命令,然后,应答器4序列码自己的属性发送给读取器,其余的应答器关闭。此时,阅读器可以通过“读数据”和应答器4进行通信。
  2. 在程序结束后,“读/写”,阅读器发送“未选择”和应答器4,使应答器4重新进入非活动状态,从而实现读取器和应答器之间的信息交换。此时采取二进制回算策略,读取器重新发送“111111111”命令,即搜索下一轮。这就是二进制搜索算法解决冲突的关键所在问题。

为了更清楚地了解二进制搜索算法的优点,在图7中比较了二进制搜索算法和一般防碰撞算法的识别量。在图中我们可以看到,二进制搜索算法可以显著减少标签搜索次数,并且减少计算时间。我们还可以明显地看到,随着标签数量的增加,二进制搜索算法具有非常明显的高速计算效果,满足了超市规模的需要。

图7 两种算法的比较

3.4 安全信息处理

在实践中,二进制搜索算法可以提高系统的效率。对于安全功能,防盗可以进一步识别。在出口商品识别过程中,电子标签在固定的序列代码标志位上标记了一点信息。其余序列代码的状态是“休眠”,通过读取这一点信息。该系统将根据产品的销售量进行比较,从而提高安全性的准确性,减少超市和顾客的尴尬。

4 结果和讨论

按照论文要求,构建基于超市购物系统模型的RFID系统二进制搜索算法,采用Qt软件设计和实验测试,实验目的是提高超市结账效率,安全性和可靠性,以及排除其他因素的影响

4.1 结账的效率

在结账效率的实验中,大量的电子标签贴在已指定区域RFID、RFID系统上,并对所有项目的识别时间进行了比较,传统超市条形码扫描时间;结果如图8所示。结账效率高,RFID系统远远优于传统的条形码扫描。

图8 结账效率的结果

4.2 产品识别率的检验

在产品识别率的测试中,标签上的产品都是通过特定的结帐区域带来的,这些区域都包含会员卡。此时,测试结果的商品识别率如图9所示。在图中9中我们可以看到,同类商品的识别率达到100%,而同类商品在一定范围内的识别率和会员卡识别率都达到了100%,但随着商品种类的不断增加,两者都会有一定程度的下降。

图9 产品认定率结果

4.3 安全测试的结果

在安全测试中,没有付款的货物被超市人员取走。本文采用了初始条件,即两项未支付。他们带着装有电子标签的其他商品将从超市被带走。结果如图10所示图中显示了当同时检测大型商品电子标签的数量时,会有较低的错误率。从测试结果可以看出,二值搜索算法在超市RFID系统中具有良好的精度。验证了基于RFID的超市系统的合理性,以满足超市的日常需求。

图10 安全检测结果

5 结论

本文采用RFID系统的二进制搜索算法在超市购物系统联网信息中进行识别,结论是以下内容:

(1)为了快速结帐,RFID系统识别 随着商品数量的增加,显示了所有商品的结果和传统

超市条形码扫描时间所需的时间。识别所有货物所需时间的RFID系统并没有大幅度增加,扫描条形码所需时间与项目数量成正比,这就解释了RFID系统的快速性。

(2)在产品标识、RFID校验方面在建筑物的一系列电子识别标签内的特定区域,而超市和购物会员机制结合测试结果显示,同一产品获得的识别率达到100%,而商品识别率和识别量在一定范围内的商品种类均上升100%,随着商品种类的不断增加,这一次都在一定程度上增加了。这表明识别RFID标签系统的二进制搜索算法超过了一定程度,它的准确性可能会降低。

(3)对于防盗功能方面,防盗功能和设计特点结合计费通过第二检测器,实现快速测

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