智能購物車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張茗宇 劉鴻池 馬長松 董哲序 鄭思儂 金學(xué)偉

摘 要： 隨著時(shí)代不斷進(jìn)步，人們的購物需求不斷提高，商場(chǎng)里的購物車已經(jīng)是人們不可缺少的工具，但是現(xiàn)在的購物車不能滿足所有人的需求，有人因?yàn)橘徫镘嚨牟环奖愣荒苡淇斓叵硎苜徫镞^程，為了適應(yīng)人們生活水平的提高，我們決定對(duì)現(xiàn)有的購物車做出改變。此控制方法是在商城為用戶所提供的購物車上可以更加方便人們操作購物車進(jìn)而更好購物，購物車采用雙驅(qū)大扭矩直流電機(jī)、高傳輸精度藍(lán)牙模塊、反應(yīng)速率高的激光測(cè)距模塊、四路紅外對(duì)管、電源電路和高性能STM32F407VGT6單片機(jī)為控制核心。其中小車驅(qū)動(dòng)由bt6612驅(qū)動(dòng)電路完成，購物車的智能控制包括路面避障、路程測(cè)量、遠(yuǎn)程控制、LCD屏顯示、定點(diǎn)移動(dòng)等功能，并且各功能之間可以相互配合、緊密聯(lián)系地形成實(shí)用型智能系。

關(guān)鍵詞： 四路紅外對(duì)管;激光測(cè)距;bt6612驅(qū)動(dòng)電路;STM32F407VGT6核心板

一、緒論

隨著現(xiàn)在科技的發(fā)展以及人工智能的突起，使其人們的生活更加方便。購物商場(chǎng)的人們都是推著購物車去購物，雖然減少了人們購物較多拿不了的情況，但對(duì)于老人和小孩卻有另外的麻煩。老人購物較多時(shí)推不動(dòng)使其很吃力，對(duì)于小孩時(shí)常有推著購物車撞向其他人員或撞向貨物造成不必要的損失。智能購物車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就可以避免這些情況的發(fā)生，購物車電動(dòng)行走并且具有避障功能，更好地方便人們購物以及避免一些不必要的損失。

二、系統(tǒng)方案

本系統(tǒng)主要由STM32F407VGT6芯片、傳感器、電源模塊組成。

（一）主控制器件的選擇

方案：采用STM32F407VGT6

STM32F407VGT6系列是基于高性能的ARMCortexTM-M4F的32位RISC內(nèi)核，工作頻率高達(dá)168MHz的。實(shí)現(xiàn)了一套完整的DSP指令和內(nèi)存保護(hù)單元，從而提高應(yīng)用程序的安全性。該STM32F407VGT6采用高速嵌入式存儲(chǔ)器多達(dá)1MB閃存，高達(dá)192KB的SRAM，最多4字節(jié)的備份SRAM，以及廣泛的增強(qiáng)I/O的連接到兩條APB總線和外設(shè)，兩個(gè)AHB總線和一個(gè)32位的多AHB總線矩陣。STM32F407VGT6提供3個(gè)12位ADC、兩個(gè)DAC、1個(gè)低功耗RTC和12個(gè)通用16位定時(shí)器，其中包括兩個(gè)用于電機(jī)控制的PWM定時(shí)器，兩個(gè)通用32位定時(shí)器。

（二）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

要實(shí)現(xiàn)購物車的速度控制和轉(zhuǎn)向功能，我們可以使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的，但是單片機(jī)IO的帶負(fù)載能力較弱，而直流電機(jī)是大電流感性負(fù)載，所以我們需要功率放大器件，在這里我們選擇TB6612FNG。TB6612FNG是一款直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器件，它具有大電流MOSFET-H橋結(jié)構(gòu)，雙通道電路輸出，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)電機(jī)?，F(xiàn)在大多數(shù)采用L298N，其實(shí)這兩者的使用是基本一致的。而且，相比L298N的熱耗性和外圍二極管續(xù)流電路，它無須外加散熱片，外圍電路簡(jiǎn)單。對(duì)于PWM信號(hào)輸入頻率范圍，高達(dá)100kHz的頻率更是足以滿足購物車運(yùn)行的需求。

（三）方案系統(tǒng)描述

本方案采用STM32F103t6對(duì)智能購物車全方位控制，通過pwm對(duì)編碼電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制以及手機(jī)藍(lán)牙控制其行走路徑，實(shí)現(xiàn)智能壁障，更準(zhǔn)確地定點(diǎn)移動(dòng)。對(duì)激光傳感器的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境與購物車之間的距離實(shí)時(shí)檢測(cè)，紅外對(duì)管傳感器對(duì)購物商場(chǎng)地面所設(shè)計(jì)黑線進(jìn)行檢測(cè)。顯示屏可對(duì)購物車模式進(jìn)行顯示方便用戶選擇。主控對(duì)編碼電機(jī)，傳感器進(jìn)行控制可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障以及定點(diǎn)移動(dòng)。

三、系統(tǒng)理論分析

（一）作品介紹

智能購物車，包括與車體連接的可編程STM32單片機(jī)、激光測(cè)距傳感器、紅外對(duì)管循跡模塊、LCD顯示屏、編碼電機(jī)、藍(lán)牙模塊?？删幊蘏TM32單片機(jī)IO口連接上述器件對(duì)其進(jìn)行控制，通過控制傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)。用戶可通過手機(jī)連接藍(lán)牙信號(hào)并發(fā)送信息控制購物小車，購物小車通過藍(lán)牙模塊接收手機(jī)發(fā)來的指令，主控通過程序進(jìn)行控制。通過激光測(cè)距傳感器測(cè)得前方障礙物與購物車距離并傳到主控，主控通過程序判斷是否在安全距離外，如果低于安全距離立即通過控制電機(jī)使其停止移動(dòng)或選擇其他路徑。通過紅外對(duì)管循跡模塊對(duì)地面黑線進(jìn)行循跡，通過主控由程序控制電機(jī)使其購物車按指定路線行進(jìn)，用戶可通過手機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制，可使其定點(diǎn)移動(dòng)。通過控制編碼電機(jī)使其購物車具有靈活的走位，可進(jìn)行前后、左右移動(dòng)。

（二）功能介紹

（1）智能購物車的藍(lán)牙模塊可使用戶對(duì)購物車進(jìn)行近距離控制，方便人們購物節(jié)省勞動(dòng)力，并可由手機(jī)端對(duì)智能購物車進(jìn)行模式切換。

（2）智能購物車在行進(jìn)過程中避免不了商品或其他人員擋行進(jìn)路徑，可進(jìn)行避讓或急停讓其用戶控制行進(jìn)，減少了撞到行人和貨物，避免了一些不必要的損失。

（3）智能購物車通過對(duì)編碼電機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)前進(jìn)，后退，轉(zhuǎn)彎，加速行進(jìn)，減速行進(jìn)，勻速行進(jìn)。

（4）智能購物車通過紅外對(duì)管循跡模塊可對(duì)地面黑線進(jìn)行循跡可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)移動(dòng)，由四路紅外對(duì)管對(duì)黑線進(jìn)行檢測(cè)并區(qū)分不同點(diǎn)的情況。

（三）具體實(shí)施方式

采用兩節(jié)3200mah 3s航模電池給其供電，通過按鍵或手機(jī)終端對(duì)智能購物車進(jìn)行模式選擇。第一模式可以通過手機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制使其進(jìn)行指定路徑移動(dòng)，在第一模式下如果在行進(jìn)路程中前方有障礙物就是立即停止，此時(shí)長按前進(jìn)鍵將沒有反應(yīng)，只能選擇左右后退鍵來使其更換路徑。第二模式可通過手機(jī)發(fā)送指令讓其定點(diǎn)移動(dòng)，比如，從A點(diǎn)到B點(diǎn)購物車將按照地面所畫的黑線進(jìn)行循跡移動(dòng)，如果路途中有障礙物將會(huì)停止躲避。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓毅，楊天.基于HCS12單片機(jī)的智能尋跡模型車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2008，29（18）：1535-1955.

基金項(xiàng)目： 由遼寧科技大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助（項(xiàng)目編號(hào)：201910146061）

作者簡(jiǎn)介： 張茗宇（1999—），本科，研究方向：機(jī)械電子工程;劉鴻池（1999—），本科，研究方向：機(jī)械電子工程;馬長松（1999—），本科，研究方向：機(jī)械電子工程;董哲序（1998—），本科，研究方向：機(jī)械電子工程;鄭思儂（1999—），本科，研究方向：工商管理;金學(xué)偉（1968—），講師，研究方向：機(jī)電控制。