基于STM32 F103單片機(jī)的智能購(gòu)物車系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊 佳 王英志

（1.吉林建筑大學(xué) 電氣與電子信息工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118；2.長(zhǎng)春理工大學(xué) 電子信息學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春130022；3.吉林省建筑電氣綜合節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春 130000）

0 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們的購(gòu)物需求也逐漸增長(zhǎng)，與此同時(shí)超市應(yīng)運(yùn)而生。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，超市的經(jīng)營(yíng)模式已經(jīng)深入人心，超市也已經(jīng)成為人們?nèi)粘ＯM(fèi)最重要的場(chǎng)所之一。隨著超市規(guī)模的發(fā)展壯大和質(zhì)量上的保障，越來(lái)越多的人們選擇在超市購(gòu)買食品及生活用品。下班時(shí)間、節(jié)假日或超市促銷活動(dòng)時(shí)成為了超市購(gòu)物的高峰期，此時(shí)收銀臺(tái)必定會(huì)出現(xiàn)排隊(duì)長(zhǎng)龍，即使所有收銀臺(tái)開放也無(wú)法明顯緩解付款時(shí)的壓力。有些顧客即使購(gòu)買很少量的商品也需要等上很長(zhǎng)時(shí)間，怨言不斷。為了解決付款排隊(duì)等待時(shí)間過長(zhǎng)的問題，智能購(gòu)物車是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

智能購(gòu)物車將RFID技術(shù)和ZigBee技術(shù)相結(jié)合，將無(wú)線通信的便利和快捷應(yīng)用在選擇商品和付款環(huán)節(jié)上。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

智能購(gòu)物車系統(tǒng)在傳統(tǒng)購(gòu)物車上安裝可觸摸的電子系統(tǒng)，其功能是當(dāng)購(gòu)物車啟動(dòng)時(shí)顯示超市近期的促銷信息，用戶可以通過觸摸屏查找所需商品的位置及路線，當(dāng)用戶將商品放入購(gòu)物車時(shí)，液晶屏可以顯示此商品的相關(guān)信息（商品名稱、價(jià)格、生產(chǎn)日期、保質(zhì)期等），并實(shí)時(shí)顯示購(gòu)物車中商品的總額。用戶結(jié)賬時(shí)，通過購(gòu)物車的無(wú)線通信模塊將商品總金額傳輸?shù)绞浙y臺(tái)，實(shí)現(xiàn)一鍵式付款，大大提高了商品結(jié)賬的速度，有效的緩解了購(gòu)物高峰期帶來(lái)的壓力。

本系統(tǒng)由中央信息處理系統(tǒng)、RFID模塊、ZigBee通信模塊、輸入與顯示系統(tǒng)等組成[1]。中央信息處理系統(tǒng)是核心控件，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理和各組成部分的控制。RFID模塊用于對(duì)商品信息進(jìn)行查詢。ZigBee通信模塊將商品的總額傳輸至收銀臺(tái)。觸摸屏便于使用戶進(jìn)行功能上的切換，從而顯示促銷信息、商品信息、購(gòu)物路線等。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

下面分別對(duì)系統(tǒng)的各組成部分的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 中央信息處理系統(tǒng)

中央信息處理系統(tǒng)與所有其他模塊相連接，當(dāng)用戶通過觸摸屏輸入數(shù)據(jù)后，中央信息處理系統(tǒng)將此數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，判斷用戶所需服務(wù)內(nèi)容（路線導(dǎo)航、商品信息查詢等），然后將數(shù)據(jù)和控制信號(hào)傳遞至相關(guān)子系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，并及時(shí)向用戶反饋信息。

中央信息處理系統(tǒng)選用意法半導(dǎo)體有限公司推出的STM32系列的STM32F103單片機(jī)為核心，采用32位基于ARM的Cortex-M3 CPU；2.0-3.6V供電；32K～512K字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)器；2個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器；7通道DMA控制器；串行單線調(diào)試（SWD)和JTAG接口；7個(gè)定時(shí)器，9個(gè)通信接口；所有I/O口映像到16個(gè)外部中斷；幾乎所有的端口均可容忍5V信號(hào)。中央信息處理系統(tǒng)主要由單片機(jī)、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路組成，如圖2所示。

圖2 中央信息處理系統(tǒng)電路圖

2.2 RFID 模塊

RFID模塊采用TI公司開發(fā)的一種性價(jià)比較高的非接觸感應(yīng)芯片RI-R6-001A作為射頻閱讀器的核心。它與條形碼相比，不需要直線對(duì)準(zhǔn)掃描，而且可多目標(biāo)識(shí)別和運(yùn)動(dòng)識(shí)別，RI-R6C-001A芯片采用柔性封裝，每秒最多可同時(shí)識(shí)別50個(gè)頻率為13.56MHz±7kHz的目標(biāo)。它采用國(guó)際統(tǒng)一且不重復(fù)的8字節(jié)唯一識(shí)別內(nèi)碼(Uniqueidentifier,簡(jiǎn)稱UID)，其中第1～48bit共6字節(jié)為生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品編碼，第49～56bit1個(gè)字節(jié)為廠商代碼 (ISO/IEC7816-6/AM1)，最高字節(jié)固定為“EO”[2]。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織已把這種非接觸感應(yīng)芯片寫入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO15693中。其主要原因是因?yàn)樵撔酒哂蟹庋b任意、內(nèi)存量大、可讀可寫、防沖撞等獨(dú)特的功能。

RI-R6C-001A芯片的串行通信接口通常使用三根線，其中的SCLOCK為串行雙向時(shí)鐘；DIN為數(shù)據(jù)輸入，DOUT為數(shù)據(jù)輸出。圖3為RI-R6C-001A的電路圖[3]。

圖3 RI-R6C-001A的電路圖

2.3 ZigBee 模塊

采用CC2430無(wú)線通信模塊實(shí)現(xiàn)ZigBee通信，它是符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的片上Zigbee產(chǎn)品，在單個(gè)芯片上整合了ZigBee射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器。它共有48個(gè)引腳，使用1個(gè)8位MCU，128KB可編程閃存，8KB的RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器、以及21個(gè)可編程I/O引腳等。P0、P1口是完全的8位口，P2口只有5個(gè)可使用的位。CC2430內(nèi)部已集成了大量必要的電路，因此采用較少的外圍電路即實(shí)現(xiàn)信號(hào)的收發(fā)功能[4]。

2.4 輸入與顯示系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用7寸液晶顯示模塊——CJT07001BN作為智能購(gòu)物車的人機(jī)交互界面。CJT07001BN支持MCU接口；色彩深度：65K色；支持文字和繪圖兩種混合顯示；內(nèi)建10KB字型ROM；內(nèi)建幾何圖形加速繪圖引擎；支持中外多種文字；睡眠模式功能；支持觸摸屏；集成4線式電阻式觸摸屏控制器；多數(shù)開發(fā)工作均可在PC機(jī)上完成。本系統(tǒng)采用RS232接口[5]，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與觸摸屏的數(shù)據(jù)通信。

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，包括系統(tǒng)初始化程序、導(dǎo)航程序、無(wú)線通信程序、觸摸屏顯示程序等模塊[6]。

系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行初始化過程，顯示待機(jī)畫面，畫面中顯示多個(gè)選項(xiàng)：商品導(dǎo)航、商品信息查詢等，當(dāng)用戶觸摸相應(yīng)選項(xiàng)位置后，系統(tǒng)首先判斷是否進(jìn)入商品導(dǎo)航功能，如果“是”，則轉(zhuǎn)向?qū)Ш匠绦?；如果“否”，進(jìn)一步判斷是否查詢商品信息，如果“是”，通過RFID閱讀器讀取商品電子標(biāo)簽中的信息（商品價(jià)格、廠家、生產(chǎn)日期等），如果放入購(gòu)物車，被判定為“購(gòu)買”，顯示屏顯示商品總額；購(gòu)買完成后進(jìn)入結(jié)算程序，用戶根據(jù)商品總額付款。其主流程圖如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

4 總結(jié)

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有超市手推車只實(shí)現(xiàn)容器功能，并且不能完成貨物量的統(tǒng)計(jì)查找功能，造成了大量的人力物力和資源時(shí)間的浪費(fèi)。本系統(tǒng)將單片機(jī)技術(shù)、信息處理、傳感器技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、RFID技術(shù)相結(jié)合，對(duì)傳統(tǒng)超市購(gòu)物車進(jìn)行改進(jìn)。

本系統(tǒng)在傳統(tǒng)購(gòu)物車基礎(chǔ)上，安裝RFID閱讀器模塊、無(wú)線通信模塊、觸摸顯示屏、嵌入式系統(tǒng)及充電模塊。顧客可以通過觸摸顯示屏在超市入口處設(shè)定需要購(gòu)買的商品，系統(tǒng)會(huì)在觸摸顯示屏上顯示最快捷的購(gòu)物路線；商家可以在超市的中央控制系統(tǒng)設(shè)定某商品的最新促銷活動(dòng)內(nèi)容，當(dāng)顧客通過此設(shè)定商品時(shí)，觸摸顯示屏?xí)詣?dòng)播報(bào)視頻圖像及語(yǔ)音內(nèi)容；當(dāng)顧客結(jié)帳時(shí)，不需要對(duì)所購(gòu)商品逐一掃描，而是一鍵式付款，每位顧客的付款耗時(shí)為30秒左右。于此同時(shí)，還可以在系統(tǒng)中顯示或者語(yǔ)音播報(bào)單個(gè)商品的價(jià)格、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)廠家等信息。

［1］劉兵，劉曉朋，曾翔亮.基于條碼識(shí)別技術(shù)的智能購(gòu)物車設(shè)計(jì)[J].森林工程，2012，11.

［2］鄭創(chuàng)立.RI-R6C-001A 集成電路的原理與應(yīng)用[J].國(guó)外電子元器件，2004，06.

［3］李文江，高鋒，丁睿.RI-R6C-OO1A射頻芯片在個(gè)人醫(yī)療信息系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣自動(dòng)化，2007，29.

［4］劉江沙，雷偉，尹酉.基于CC2430的串口無(wú)線模塊的設(shè)計(jì)[J].國(guó)外電子元器件，2007，04.

［5］張喆.基于STC89C516的超市智能購(gòu)物車研發(fā)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2009,28.

［6］江田.基于RFID的商品購(gòu)物智能終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連理工大學(xué)，2013，06.