1、厦门大学软件学院毕业论文 - 1 - 现代化超市电子购物系统中顾客自动结账的实现 摘要 当代超市自由，公开的经营方式在适应了人们新的消费需求同时也带 来 了很多诸如查询商品不方便，排长队等候结账时间长，人力成本高，超市内定位困 难 等急需解决的问题。 而近年来逐渐成熟的 RFID 射频识别技术却为商家提供了一种取代传统超市中条码识别技术，改良传统超市管理模式的可选方案。 本文以现代化超市为背景， 使用嵌入式 Linux 操作系统和 Qt/Embedded 图形界面 ，采用目前流行的 RFID 射频识别技术，嵌入式系统， TCP 网络编程， Qt图形编程，数据库等技术。实现了 现代化超市电子购物
2、系统中顾客自动结账的功能 ，旨在解决目前超市中存在的排长队结账，顾客管理困难，服务和信息滞后等问题 。 本系统 由移动购物终端 (UP-NETARM2410-S)和服务器 两大部分 组成， 通过在移动终端上安装射频识别模块来进行对商品的自动识别， 通过连接局域网 的方式 实现 系统 两 大 部分之间的数据传输。 移动购物终端 具有良好的图形用户界面，在实 现商品自动识别的基础上，能够实现顾客购物清单管理，会员身份识别和 余额查询， 会员和非会员的自动结账等功能， 而 服务器端 则 能够处理简单的后台数据库管理。 本 毕业设 计较好地解决了超 市中顾客管理和结账的问题，从而将理论与实现 联系了起
3、来。 关键词 ： 电子购物 嵌入式系统 射频识别 自动结账； 厦门大学软件学院毕业论文 - 2 - The realization of auto-checkout in modern electronic supermarket Abstract While nowadays free and open supermarkets management fits the new shopping requirements, it also takes many disadvantages which need to be approved in fast, including the inco
4、nvenient searching for merchandise, the long queue for check out, the high expensive human resource, the difficult locating in supermarket and so on. But RFID (Radio Frequency Identification) which is becoming mature these year, gives a solution for merchants taking the position of bar code, which c
5、an improve the management of traditional supermarket. This content is based on modern supermarket, consists of the embedded Linux Operating System and Qt/Embedded graphic interface, using pop RFID(Radio Frequency Identification), Embedded System, TCP network programming, Qt graphic programming, Data
6、base and so on. It can serve the electronic modern supermarkets function, such as the auto-checkout for customers. It aims at the problem, such as the long queue for checkout, difficult management of customer, the lag of service and information and so on. The System consists of the shopping terminal
7、 and the server, with the installation of RFID, can identify the product automatic, using LAN for the data transformation for two parts. The shopping terminal includes fine graphic user interface with auto identification of products, can manage the shopping lists, identification of customer and chec
8、king balance, the auto-checkout and so on. The server can make the management of database. This Design server the problem of customers management and checkout in supermarket well. It puts the theory and practice together. Key Words: electronic shopping Embedded System RFID auto-checkout 厦门大学软件学院毕业论文
9、 - 3 - 目录 第一章 绪论 . 5 1 1 论文的研究背景 . 5 1 2 论文的主要内容 . 6 1 3 论文的组织结构 . 7 第二章 嵌入式系统与嵌入式图形用户界面 . 8 2.1 嵌入式系统与嵌入式 LINUX . 8 2.1.2 嵌入式 Linux 简介 . 8 2.1.3 在嵌入式系统中使用 Linux 的优点和缺点 . 9 2.2 嵌入式开发平台简 介 . 10 2.2.1 博创 UP-NetARM2410-S 简介 . 10 2.2.2 基于 UP-NETARM2410-S 的嵌入式 Linux 开发流程 . 14 2.3 嵌入式图形用户界面 (GUI)简介 . 15 2
10、.3.1 几种主流嵌入式图形用户界面（ GUI）研究与比较 . 15 2.3.2 QT 和 QTE. 16 第三章 RFID 射频识别技术 . 19 3.1 RFID 技术简介 . 19 第四章 现代化超市电子购物系统中的客户自动结账功 能 . 22 4.1 系统总体功能设计 . 22 4.2 系统数据库设计 . 23 4.3 博创射频模块 WM-15T 硬件设计 . 24 4.3.1 WM-15T 读写模块原理 . 24 4.3.2 232 通讯指令协议 . 30 4.3.3 读卡模块的工作过程 . 30 4.4 自动结账子系统设计 . 32 4.4.1 QT 中信号和槽的机制 8. 33
11、4.4.2 用户自动结账的客户端详细设计 . 34 4.4.3 用户自动结账的服务器端详细设计 . 41 4. 5 自动结账后台管理的实现 . 42 第五章 结论 . 44 致谢语 . 45 参考文献 . 46 附录 . 47 厦门大学软件学院毕业论文 - 4 - Content CHAPTER 1 INTRODUCION . 5 1.1 RESEA RCH BA CKGROUND. 5 1.2 MAIN CONTENT . 6 1.3 ORGANIZING STRUCTRUE . 7 CHAPTER 2 EMBEDDED SYSTEM AND EMBEDDED GUI. 8 2.1 EMBE
12、DDED SYSTEM A ND EMBEDDED LINUX. 8 2.1.2 Introduction of Embedded Linux . 8 2.1.3 Good and weak point of Using Embedded Linux. 9 2.2 EMBEDDED SYSTEM EMPOLDER FLAT . 10 2.2.1 BoChuang UP-NetARM2410-S . 10 2.2.2 Flow of UP-NETARM2410-S Embedded Empolder . 14 2.3 EMBEDDED GUI . 15 2.3.1 Compare between
13、 several pop Embedded GUI . 15 2.3.2 QT&QTE . 16 CHAPTER 3 RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION . 19 3.1 INTRODUTION OF RFID . 19 CHAPTER 4 AUTO-CHECKOUT OF MODERN ELECTRONIC SHOPPING SYSTEM . 22 4.1DESIGN OF SYSTEM FUCTION. 22 4.2DESIGN OF SYSTEM DATABASE . 23 4.3 DESIGN OF RFID WM-15T . 24 4.3.1 Princip
14、le of WM-15T . 24 4.3.2 Communication Protocol of 232 . 30 4.3.3 Working Flow of WM-15T . 30 4.4 DESIGN OF AUTO-CHECKOUT . 32 4.4.1 Singal and Slot of QT. 33 4.4.2 Design of Auto-Checkout Client . 34 4.4.3 Design of Auto-Checkout Server . 41 4. 5 DESIGN OF SYSTEM BA CKUP . 42 CHAPTER 5 CONCLUSION. 4
15、4 ACKNOWLEDGEMENT . 45 REFERENCES. 46 SUPPLEMENT . 47 厦门大学软件学院毕业论文 - 5 - 第一章 绪论 1 1 论文的 研究背景 RFID（ Radio Frequency Identification，无线射频识别）技术是一种非接触的自动识别技术，是目前发展最为迅速、潜力最大的新兴技术之一。据 IT行业调研机构 Gartner 的预测，这个产业在 2010 年可达到 30 亿美元的规模。 RFID 技术约在上世纪 90 年代开始商业化应用，和以条码为代表的传统自动识别技术一样，在制造业、物流业、零售业等各行各业中具有广泛的应用空间。 1
16、RFID 作为一种与传统光学条形码完全不同的电子码，长 710cm,宽 23cm,可在商品销售包装，运输包装或大包装上粘贴，使用非常方便。因其具有一个信息存储量较条形码大得多的芯片，可以保存如商品名，大小，数量，价格，厂商，生产日期，进货日期，保质期几乎所有商品信息。而对它的识别更有别于以往的条码识读器，它是借于无线电波发 出信号，由专用的接收器可在离电子码 1m 的距离内接收到信号，便可通过与计算机相连，将信息存储到计算机中。而无需像以往一样，需要借助条形码读码器近距离读码，而一旦条形码印刷质量不合格或在运输过程中被损坏，则无法及时读出，所以影响了交费速度。 经过多年研究， METRO 在
17、2005 年底 德国莱茵堡 (Rheinberg)的一家 Extra 超市将 RFID 作为试验投入使用，这是目前全球首次在超市中试验 RFID，可是其优点和 给购物方式 带来的变革已让消费者和其他商家瞠目结舌。 在 这样一个现代超市里，消费者购物需要两个必要条件，第一就是消费者需持一张 Extra 会员卡 (Extra Future Card)，这是一张个性化卡，里面有个人信息、购物信息，当然也包括账户信息。第二就是超市的购物车上都配有一个电子码识读器和一台轻型袖珍电脑，当消费者往购物车里放东西时，商品包装上的 RFID 就将该商品的所有信息 通过发送电磁波传递给电脑，在电脑屏幕即刻显示该商
18、品包括价格在内的所有信息。而电脑又将本次全部所购商品的名称、数量、价格存储到消费者持有的会员卡上去。不仅如此，在超市的拐角处，还提供有多媒体查询系统，消费者可以在此查询到有关商品更详细的信息，如商品在超市中的摆放位置，食品的配方等，配方甚至可以打印出来，带回家去，还具有自动识别蔬菜、水果，称重，打印条形码等功能，以上种种，都是 RFID 给购物带来的舒适和方便。在购物结束付款时，人们再也不需要排长队了，只需将 Extra 会员卡在收款机前一刷，就付钱了。 厦门大学软件学院毕业论文 - 6 - RFID 给超 市同样带来诸多的好处，那就是出错率低、库存信息汇总、个性化广告、人力成本降低。由于它在
19、收款台上付款时，是自动识别的，商家可快速获取所有商品现有的库存量，货架上的摆货量，最后销售期限等。超市的库存可以保证在适中量，并且每种商品在仓库中保存期限不超过 5天，这样可大大降低库存成本。同时由于收银工作、清点工作、出入库登记工作都被省去，人员成本也自然降低了。 2RFID 要想改变超市和购物方式，一个很重要的前提条件是，在所有商品的销售包装、运输包装以及货板都粘贴或印刷有 RFID 码。而至今为止，一个仅 7cmX3cm 大 小的电子码就价值 15欧分 (相当于人民币 1 5元 )，高制作成本也阻碍了其应用领域，目前较为可行的领域是货板上、运输包装上以及昂贵商品的销售包装上。因其不仅可以
20、给超市带来巨大的变革，在货板及运输包装上的应用也会给生产、运输和库存等整个供货链带来变革。运货的卡车在路过装有 RFID 识别器的仓库出入口时，仓库就获取卡车上所有商品的信息。并且它 可以 将引导卡车在正确的位置卸货，从而降低了物流公司储运成本。 METRO 还 向外界透露，研究人员正在致力于降低 RFID 的制作成本，使其成本低到商家能够接受的程度，并使其在每个商品的 销售包装上使用，这样就可以真正地改变人们的购物方式，并且使商流全过程控制成为可能。而这一切今天听来还很陌生的东西，它有可能像手机普及一样，在 5-10 年在全世界普及开来。 RFID 的制作及在包装中的应用将会给包装企业带来新
21、的商机。 1 2 论文的主要内容 本毕业设计以现代化大型超市为背景，在实验室相对理想的操作环境下，将当代迅猛发展 的 RFID(射频识别 )技术与嵌入式技术相结合，由移动购物终端和服务器端组成系统，以ARM9E 开发板（即博创 UP-NETARM2410-S）和 Linux 下的 FrameBuffer 工 具作为开发平台，使用嵌入式 Linux 操作系统和 Qt 图形界面，采用数据库技术，局域网技术，多媒体技术等，实现以移动购物终端为核心的自动化，信息化的现代化超市电子购物系统的顾客管理和自动结账功能。旨在解决超市排队结账时间长和顾客管理不方便的问题，同时也提高了超市服务质量，降低超市人力成
22、本，提高超市的运营效率。 在购物过程中，移动购物终端能够显示当前顾客已购买的商品和总价，当移动购物终端进入结帐区域后，由终端向服务器提交结账请求和出口信息，提示顾客进行结账，当顾客点击结账按钮时，系统将显示顾客此次所购商品的总价格 ，此时顾客可分为会员和非会员两种不同的方式结账，区别在于会员通过非现金的方式结账，而非会员以现金的方式结账。当选厦门大学软件学院毕业论文 - 7 - 择会员结账时，移动购物终端通过会员的刷卡行为，并由会员通过屏幕上的软键盘输入密码后，为会员登陆并显示欢迎信息和账户余额等信息。当会员结账完毕后即可直接退出登陆，同时移动购物终端能够注销这位顾客的所有购买商品的信息，准备
23、让下一位顾客轮流使用。而非会员结账时由于采用现金结账，所以无需登陆刷卡，而是由结账出口的结账人员确认顾客已将现金支付完毕后刷工作人员卡进行结账和注销顾客所购买商品的所有信息，同时准备让下一位顾客轮流使用。由于移动购物终端是由 RFID 读卡模块读取的 UID（电子标签）信息，通过局域网查询数据库后进行相应的处理。所以会员卡内必须装有 UID，通过 RFID 读取来获得会员的 ID，查询服务器端的数据库，若有此会员 ID则在终端显示屏 (LCD)上提示用户输入自己的密码，当密码确认无误后则显示欢迎信息，若有误，则提示用户再次输入直到正确为止。会员正常登陆后，才可进行自动结账。而在购物过程中，顾客
24、通过终端的 RFID 读卡模块读取相应商品 UID 和超市位置 UID，顾客购买商品后，终端通过 LCD 显示目前顾客已购买的商品清单以方便最后的自动结账服务，而相关的购买信息顾客是时刻可以通过 Qt 图形用户界面来进行查询的。 出于对实验器材购买经费和实验室相对理想环境的考虑，已将原先系统中的无线网络改为与服务器端直接相连的有线网络，但无论选用哪种网络，都不会影响程序代码的编写，因为移动终端的网络连接部分采用 Qte 的 QSocket TCP 网络编程。通过连接相应的读卡模块（ RFID）和控制电路，并将其安装在超市的购物小车上实现顾客的移动购物。服务器端的 PC连接移动购物终端（即博创
25、UP-NETARM2410-S），通过自主设计的服务程 序，为终端提供数据库服务，会员自动结账服务和非会员结帐服务等。 1 3 论文的组织结构 本文在 论述现代化电子超市购物系统中顾客自动结账功能的实现 的 同时也简单介绍了嵌入式系统， RFID 射频识别技术等相关技术。本文的整体结构如下：第二章介绍嵌入式系统与嵌入式图形用户界面， 通过与其他几种主流嵌入式系统与嵌入式图形用户界面的比较，最终选定 Linux9.0C，博创 UP-NetARM2410-S 开发板 ,和 Qte3 作为开发的主要工具。第三章简要介绍了 RFID 射频识别技术，并对 WM-15T 的射频模块的实现原理做了概述。 第
26、四章分别从客户端和服务器端论述了现代化电子超市购物系统中顾客自动结账功能的实现。第五章作了全文的总结和作者需要继续研究的方向。 厦门大学软件学院毕业论文 - 8 - 第二章 嵌入式 系统 与嵌入式图形用户界面 2.1 嵌入式系统与嵌入式 Linux 目前 Linux 已被广泛应用于信息家电、数据网络、工业控制、医疗卫生、航空航天等众多领域。在嵌入式领域，由于价格低廉、结构小巧的各种微处理器的出现为外设连接提供了稳定可靠的硬件架构，限制嵌入式系统发展的瓶颈就突出表现在软件方面。尽管从 20 世纪80 年代末开始，陆续出现了一些嵌入式操作系统，比较 著名的有 VxWorks、 pSOS、 Necu
27、leus和 Windows CE。但这些专用操作系统都是商业化产品，其高昂的价格使许多低端产品的小公司望而却步，并且其源代码的封闭性也大大限制了开发者的积极性。 结合中国实情，当前国家对自主操作系统的大力支持，为开放源码的 Linux 的推广提供了广阔的发展前景。对上层应用开发者而言，嵌入式系统需要的是一套高度简练、界面友善、质量可靠、应用广泛、易开发、多任务，并且价格低廉的操作系统。 Linux 对厂商不偏不倚而且成本极低，因此很快成为用于各种设备的操作系统。如今，业界已经 达成共识：即嵌入式Linux 是大势所趋，其巨大的市场潜力与酝酿的无限商机必然会吸引众多的厂商进入这一领域。 2.1.
28、2 嵌入式 Linux 简介 Linux 正在嵌入式开发领域稳步发展。因为 Linux 使用 GPL，所以任何对将 Linux 定制于自己特定开发板或 PDA、掌上机、可佩带设备感兴趣的人都可以从因特网免费下载其内核和应用程序，并开始移植或开发。许多 Linux 改良品种迎合了嵌入式市场。它们包括RTLinux（实时 Linux）、 CLinux（用于非 MMU 设备的 Linux）、 Montavista Linux（用于ARM、 MIPS、 PPC 的 Linux 分发 版）、 ARM-Linux（ ARM 上的 Linux）和其他 Linux 系统。 嵌入式 Linux 的发展比较迅速。
29、 NEC、索尼已经在销售个人视频录像机等基于 Linux 的消费类电子产品，摩托罗拉则计划在其未来的大多数手机上使用 Linux， IBM 也制定了在手持机上运行 Linux 的计划。 数年来， “ Linux 标准库 ” 组织一直在从事对在服务器上运行的 Linux 进行标准化的工作，现在，嵌入式计算领域也开始了这一工作。嵌入式 Linux 标准吸引了 “ Linux 标准库 ” 以 及厦门大学软件学院毕业论文 - 9 - UNIX 组织中有益的元素。 2.1.3 在嵌入式系统中使用 Linux 的优点和缺点 虽然大多数 Linux 系统运行在 PC 平台上，但 Linux 也可以作为嵌入式
30、系统的 操作系统 。 Linux 的安装和管理比 UNIX 更加简单灵活，这对于那些 UNIX 专家们来说又是一个优点，因为 Linux 中有许多命令和编程接口同传统的 UNIX 一样。但是对于习惯于 Windows 操作系统的人来说 ,需要记忆大量的命令行参数却是一个缺点。随着 Linux 社团的不断努力，Linux 的人机界面开发环境正在不断完善。 典 型的 Linux 系统经过打包，在拥有硬盘和大容量内存的 PC 机上运行， 而 嵌入式系统不需要这么高的配置。一个功能完备的 Linux 内核要求大约 1 MB 内存。而 Linux 微内核只占用其中很小一部分内存，包括虚拟内存和所有核心的
31、操作系统功能在内，只需占用系统约 100KB 内存。只要有 500KB 的内存，一个有网络栈和基本实用程序的完全的 Linux 系统就可以在一台 8 位总线（ SX）的 Intel 386 微处理器上运行 得 很好了。由于内存要求常常是 由 应用 的 需要所决定的， 例 如 Web 服务器或者 SNMP 代理， Linux 系统甚至可以仅使用 256 KB ROM 和 512 KB RAM 进行工作。因此它是一个瞄准嵌入式市场的轻量级操作系统。 与传统的实时操作系统（ RTOS）相比，采用 像 嵌入式 Linux 这样的开放源码的操作系统的另外一个好处是 Linux 开发团体看来会比 RTOS
32、 的供应商更快地支持新的 IP 协议和其他协议。例如，用于 Linux 的设备驱动程序要比用于商业操作系统的设备驱动程序多，如网络接口卡（ NIC）驱动程序以及并口 、 串口驱动程序。 Linux 操作系统本身的微内核体系结构相当 简单。网络和文件系统以模块形式置于微内核的上层。驱动程序和其他部件可在运行时作为可加载模块编译到或者是添加到内核。这为构造定制的可嵌入 式 系统提供了高度模块化的构件方法。而在典型情况下该系统需结合定制的驱动程序和应用程序以提供附加功能。 嵌入式系统也常常要求通用的功能，为了避免重复劳动，这些功能的实现运用了许多现成的程序和驱动程序，它们可以用于公共外设和应用。 L
33、inux 可以在外设范围广泛的多数微处理器上运行，并早已经 具备 了现成的应用库。 Linux 用于嵌入式的因特网设备也是很合适的，原因是它支持多处理器系统 ，该特性使Linux 具有了伸缩性。因而设计人员可以选择在双处理器系统上运行实时应用，提高整体的处理能力。例如，可以在一个处理器运行 GUI，同时在另一个处理器上运行 Linux 系统。 厦门大学软件学院毕业论文 - 10 - 在嵌入式系统上运行 Linux 的一个缺点是 Linux 体系提供实时性能需要添加实时软件模块。而这些模块运行的内核空间正是操作系统实现调度策略、硬件中断异常和执行程序的部分。由于这些实时软件模块是在内核空间运行的，因此代码错误可能会破坏操作系统从而影响整个系统的可靠性，这对于实时应用将是一个非常严重的弱点。 尽管如此， 已经有许多嵌 入式 Linux 系统的示例 ， 可以有把握地说，某种形式的 Linux 能在几乎任一台执行代码的计算机上运行。 2.2 嵌入式 开发平台 简介 2.2.1 博创 UP-NetARM2410-S 简介 嵌入式 Linux 可以运行的硬件平台十分广泛 ， 从 x86、 MIPS、 POWERPC 到 ARM， 以及其他许多硬件体系结构 。 目前在世界范围 内 ， ARM
