无线传感器网络课程设计-基于RFID的智能超市系统设计

1、课程设计说明书（无线传感器网络）题目: 基于RFID的智能超市系统设计院 系： 计算机学院 专业班级： 物联网二班 学 号： 学生姓名： 指导教师 2015 年 12 月 22 日 I安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表指导教师评语：成绩： 指导教师： 年 月 日II目 录摘 要1第一章 绪论21.1 设计背景21.2 射频识别技术介绍21.2.1 RFID技术发展现状21.2.2 RFID的技术原理31.3 创新点41.3.1 主要解决的问题41.3.2 设计内容简介4第二章 智能导购系统组成62.1 电子标签62.2 阅读器72.3 计算机与通信网络模块82.4 手机应用模块92.5 智

2、能导购系统的体系10第三章 导购系统相关算法分析113.1 商品推荐：协同过滤算法113.1.1 算法简介113.1.2 相似度计算11商品预测评分123.1.3 具体实现123.2 商品路径选择：Floyd最短路径算法13第四章 总结14参考文献15 III摘要随着商品种类和数量的急剧增加，许多超市为了丰富经营的商品品种相应的扩大营业面积，目的为客户提供一站式购物。但是这种方式给客户带来丰富商品的同时，也给客户带来了一些不便，比如寻找需要购买的商品、购物时重复路径多等，一些客户由于这些不便而放弃购买决定。针对上述情形，现在越来越多的超市、商场应用导购系统帮助客户进行购买。本文提出了一种基于R

3、FID技术的超市物联网购物引导系统的设计方案超市物联网智能导购系统中最关键的问题是产品信息的获取，将电子标签与物联网相结合，利用电子标签做为产品识别的手段，利用物联网来获取产品的详细信息并自动生成产品信息，从而提出了基于RFID的超市导购物联网系统的想法，并且RFID由于其唯一识别、无接触读取及重复使用的特性，将成为未来智能导购系统中的重要技术。由于智能超市系统是利用RFID技术以及无线网络技术而将物联网的思想转换为实际应用的典型方案，本方案采用先进的信息技术实现智能化零售终端运作环境，通过RFID射频识别技术，室内高精度定位技术，传感技术，图像采集技术，等，实现包括商品自动识别，电子标签，智

4、能导购，自助结账，智能展销等全新的购物过程。关键字： RFID技术，电子标签，物联网，传感技术，智能超市，零售终端1第一章 绪论1.1 设计背景 随着社会的发展。超市已经成为了人们日常生活的一部分。导致大型超市发展迅猛，竞争也异常激烈，大型超市同业之间的比拼呈白热化。同时，还面临来自家乐福、沃尔玛、麦德龙、易初莲花等国际零售巨头激烈的国际竞争，不仅如此，超市中的物品种类繁多，人们可以在超市中购买到任意所需商品，然而商品种类的增多给人们选购商品带来了一定的影响，人们可能会花大量的时间在寻找商品上，本方案意在给人们生活所带来的便捷，明白何为物联网及物联网对人们生活的影响，智能超市让顾客不再为购物找

5、商品和排队结账，和选择哪所超市而苦恼，因此，构建超市购物引导系统具有较大实际意义。1.2 射频识别技术介绍1.2.1 RFID技术发展现状 国内对于该领域的研究主要集中在网上零售业上，对于传统零售业涉及很少。在上海世博“未来商店”背景下，提出基于 RFID和WSN构建智能购物环境，实现个性化服务推送、商品状态推理等智能服务。利用有源 RFID标签，并在超市一定区域内安设读卡器，通过Zigbee协议进行信息交互，客户手持具有与读写器通信功能的LCD显示器，该系统主要实现的功能有身份识别、搜索导航、信息读取、广告推送、智能清算5个部分。在国外，有许多成功的应用实例，比如德国的麦

6、德龙商店，这个“未来商店”具有颠覆性的购物体验。IBM为未来商店开发出了“智能秤”和“智能货架”2008年美国的WAKEFERN公司宣布，该公司计划推行一种采用微软公司最新科技的智能超市购物车。这种带有电子操作系统的购物车不仅能够帮助顾客在行进途中计算所够商品的金额，从而避免超市出现长龙，而且还能边走边向顾客提供具有针对性的商品信息。 总结国内外RFID在零售业的研究中，主要涉及两个方面：一是面向零售商，可以通过应用新技术对库存管理、货架管理、供应链管理等进行改进，提高其零售商运营效率。其二是面向购买者，为购买者提供购物路径规划、结合购买者的信息提供个性化的服务，不断的提升客户服务品质，增强客

7、户购物体验。虽然麦德龙“未来商店”等高科技的商店已经建成，但对于国内中小型超市、大卖场来说，成本太高，没有太大的借鉴意义；而且目前国内在零售业中针对如何利用RFID来提升客户服务品质的研究不多。通过上述分析，我们提出基于RFID的超市智能导购系统，该系统不仅可以提供一般导购系统的功能，还可以给目标客户提供个性化的服务。一般的导购系统的功能有商品查询等功能，提出的系统中个性化部分主要有两个：其一为给目标客户推荐商品。不需要客户记忆购物清单，系统将根据相关信息推荐给客户个性化的商品，极大的方便了客户；其二为给目标客户推荐最优购物路径。1.2.2 RFID的技术原理RFID是一种利用无线电的信息识别

8、技术，是利用射频信号和空间耦合传输特性，实现对识别物体的自动识别。RFID系统主要由三部分组成：1、标签：由耦合元件及芯片组成，用于和射频天线进行通信；2、阅读器：读取标签中的信息或是向标签写入信息，传送器、接收器和微处理器被封装在一起称为阅读器；3、天线：在标签和阅读器间传递射频信号。RFID的基本工作原理是由读写器通过发射天线发送特定频率的射频信号，当电子标签进入有效的工作区域时产生感应电流，从而获得能量被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置的射频天线发送出去；阅读器的接收天线接收到从标签发送来的解制信号，经过天线调节器传送到阅读器信号处理模块，经过调和解码后将有效信息发送至后台主机系

9、统进行相关处理，主机系统根据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设定做出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制阅读器完成不同的读写操作RFID架构图1.3 创新点1.3.1主要解决的问题本文主要研究模拟智能化零售终端环境，采用先进的RFID，无线网络等技术，实现包括会员管理，电子商务，智能导购，电子货架，智能收款等功能，全面构建“顾客购物”的智能化及零售业务管理的智能化，不但能够满足现有的科普需求，还能够体现商业领域的技术发展方向。本系统主要解决以下问题：1. 身份识别：只有持有“市民卡”的消费者才能有权限进入超市，方便超市的管理。2. 搜索导航：为消费者提供商品货架的路线。3. 信息读取：使

10、消费者更方便地了解商品的价格以及其他信息。商品过期或价格变动时及时自动地更新电子标签信息，提醒管理员和消费者。4. 智能清算：智能地帮助消费者结账，加快结账速度，节约时间，提高效率。5. 广告推送：根据消费者以往消费习惯推荐商品。1.3.2设计内容简介1. RFID阅读器接收识别消费者个人电子标签，识别消费者身份。只有佩戴智能“市民卡”的消费者才能通过验证进入超市，无“市民卡”的消费者将无法进入超市，强行进入会进行报警。2. RFID阅读器连接计算机数据库，计算机端分析消费者信息，再通过通信网络向消费者手机端发送商品推荐信息。3. 消费者查看手机端的商品信息，点击需求商品后可查看商品价格，生产

11、日期，保质期等信息。4. 消费者选中相关商品后可查看自己当前所处的具体位置以及商品在超市中的所处位置，并智能的为消费者选择一条最佳路径，方便提取。5. 消费者的个人电子标签记录了消费者的购物信息，消费者购买好商品后通过RFID计算通过进行智能结算，并自动从电子标签中的余额中扣钱，也就是从“市民卡”内扣钱，如果卡内余额不足则给予提示不可以放行，否则直接报警。6. 没有购买商品的消费者从正常出口离开超市，如果购买商品却没有通过结账通道则进行报警。系统应用框架图第二章 智能导购系统组成2.1 阅读器阅读器即RFID读写器通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出和写

12、入操作，典型的阅读器包含有发送器和接收器，控制单元以及阅读天线。RFID读写器的主要功能就是配合天线一起不同频段的RFID卡片进行读写，可应用于一卡通，移动支付，二代身份证，门禁考勤，图书馆管理系统的应用，家校通，服装生产线，物流系统，智能货架的管理等等。读写器按照固定方式可以分为固定式读写器和手持式读写器，手持RFID读写器包含有低频，高频，超高频，有源等。对于我们的论文需要，读写器用于读取贴于商品、货架等上的标签，由于读写器放于购物车上，所以采用固定式的读写器即可，对于超市盘点商品可以采用手持式读写器，方便超市工作人员对货架上得商品进行盘点。本系统所使用的阅读器与超市的数据库相联系，每当读

13、取到电子标签的数据时，将数据保存和更新到数据库，通过Java语言编程，手机App向数据库发送请求，将数据库中的相关信息再推送至消费者手机。这样消费者便可以悉知商品的信息、个人信息、购买记录等等保存在数据库中的信息。手持式读写器固定式读写器2.2 电子标签RFID电子标签是射频识别的通俗叫法，它由标签，解读器和数据传输和处理系统三部分组成。标签也称为电子标签或智能标签，它是内存带有天线的芯片，芯片中存储有能够识别目标的信息。RFID标签具有持久性，信息接收传播穿透性强，存储信息容量大，种类多等特点。有些RFID标签支持读写功能，目标物体的信息能随时被更新。标签是数据的载体，其按照是否有电源分为有

14、源标签和无源标签，标签必须在读写器的读取范围内，标签内的数据才能被读取到系统中进行相关处理，有源标签需要电源，对于导购系统中的标签，我们使用无源标签，原因是无源标签价格便宜，且不需要电源。客户的RFID会员卡，我们可以对标签进行封装，以保护标签增加标签使用时间以及便于客户保存和携带。数据传输和处理系统：解读器通过接收标签发出的无线电波接收读取数据。最常见的是被动射频系统，当解读器遇见RFID标签时，发出电磁波，周围形成电磁场，标签从电磁场中获得能量激活标签中的微芯片电路，芯片转换电磁波，然后发送给解读器，解读器把它转化成相关数据。控制计算器就可以处理这些数据从而进行管理控制，在主动射频系统中，

15、标签中装有电池在有效范围内活动。电子标签2.3 计算机与通信模块在射频识别系统中，计算机通信网络通常用于对数据进行管理，完成通信传 输功能。阅读器可以通过标准接口与计算机通信网络连接，以便实现通信和数据 传输功能。计算机数据库将阅读器发送的信息保存，并为手机端提供数据参考。本系统中我们采用Wifi构建超市内部局域网，实现导购系统应用程序与后台数据库进行通信。Wifi具有覆盖范围广、成本低、便于搭建等特点被广泛用于机场、图书馆、车站等公共场所。2.4 手机应用模块本系统为消费者提供手机图形界面，消费者需要安装本系统的App。编程实现对用户信息自动分析功能，计算出用户感兴趣的商

16、品。计算机会通过消费者手机中的App给消费者发送消息。消费者在超市注册后输入个人信息便可登录。本App为消费者提供以下功能：1. 查询每次购买商品的记录以及金额。2. 查询超市卡内的余额以及消费记录。3. 查询促销减价、感兴趣的商品。每当进入超市时会提供相应商品货架的路径。 手机界面图2.5智能导购系统的体系消费者购物基本流程如下图： 智能购物流程图第三章 导购系统相关算法分析3.1商品推荐：协同过滤算法3.1.1算法简介基于客户交易数据库及商品分类的携同过滤算法：本系统的数据源来源于客户历史购买数据，并根据商品的分类情况对用户购买的商品进行数值设置，得到用户-商品类评分矩阵，根据评分矩阵查找

17、最近邻客户，最后通过获取最近邻客户的历史购买数据对目标客户进行推荐。主要步骤如下：（1） 分值设定：分值根据客户购买的商品决定。（2） 商品分类：虽然每个超市的商品都按照一定规则进行分类，但是一般不同的超市商品都有不尽相同的规则。（3） 构建用户-商品类评分矩阵：经过处理客户历史购买以及上述分值设定的方法构建用户-商品类矩阵。（4） 最近邻客户查找：由（3）建立好用户-商品类矩阵，我们通过余弦相似性来计算用户的相似性。（5） 产品推荐：在最邻近客户被计算出之后，推荐根据邻近用户的历史购买记录的频繁项集产生。基于用户的协同过滤算法：如果客户在该超市购买过任何商品，则客户没有任何购买记录，在对部分

18、客户进行商品推荐时，我们利用客户注册的基本信息，计算目标客户特征与其他客户特征之间的相似度，选择最相近的若干个客户做为目标客户的“邻居”客户，并将：邻居“的历史购买信息经过一定的处理，推荐给客户。主要步骤如下：(1) 构建客户-客户信息矩阵：客户有某种特征，则该客户在该列的值为1，否则为0.并利用余弦来计算客户的相似度，得目标客户相似程度最高的n个客户。(2) 给目标客户推荐商品：利用上一步计算出来n个“最近邻居”的历史购买记录，去“最近邻居”历史购买记录的交集给目标客户推荐商品，如果推荐的某个商品已经不在商品信息库里，说明该商品已经下架，给予舍弃。3.1.2相似度计算用户相关系数计算：其中，

19、是用户共同评分的商品集合， ，分别表示用户i和用户j对商品k的评分，分别表示用户i和用户j在各自己打分项目上的评分平均值。商品预测评分其中：是目标用户a与邻居用户u的相似度，是邻居用户u对项目i的评分值，是邻居用户u的平均评分，K为目标用户和各邻居间相似度值之和的倒数。3.1.3具体实现在数据库中建立标本数据：先对商品进行统计，依据某些指标对用户进行分类，得到用户对商品评分的矩阵，存放于数据库中，作为初始数据。1.用户进行分类：按照指标。2.用户对每个商品的评分。3.形成用户商品的评分矩阵，存放于数据库中备用。商品1商品2商品3商品i用户1评分用户2用户n算法具体实现流程图：3.2商品路径选择

20、：Floyd最短路径算法设带权图G=(V,E),有N个顶点，图采用邻接矩阵作为存储结构。Floyd算法以关系矩阵为基础，把关系矩阵看成是没有经过任何中间节点，直接可以到达的每一对顶点件的最短路径的完整表示，然后经过多次迭代，每次增加一个新的节点，在允许这个节点最为中间节点的条件下，计算每一对顶点之间的最短路径的缩短变化，直到所有的节点都可以考虑进去，结果会得到一对顶点之间的最短路径。主要步骤如下：（1） 将超市各个商品货架的位置设为结点，并进行编号，计算出各个商品货架之间的距离，也就是结点之间路径的权值，以此构造出超市的带权图。（2） 货架上的RFID阅读器识别用户的个人电子标签之后，计算出用户所在货架的位置，这便是一段路径的起点结点，用户选择目标结点。（3） 系统根据Floyd算法计算出最优路径，并在用户手机段显示的超市地图上进行标识。基于RFID智能环境下与电子商务环境下推荐方式的不同，提出了一种基于协同过滤和最优路径的混合推荐算法。解决目标客户路径导购的方案。 第四章 总结本文结合RFID技术提出了一种RFID技术的超市导购物联网系统设计方案，项目完成后。额方便人们购物，大大提高了工作效率，节省了顾客的等待时