基于樹莓派和條碼識(shí)別的智能購(gòu)物車設(shè)計(jì)

文/李璇 邵高鋆 李麗

基于樹莓派和條碼識(shí)別的智能購(gòu)物車設(shè)計(jì)

文/李璇 邵高鋆 李麗

本設(shè)計(jì)是一臺(tái)專為大型超市設(shè)計(jì)的智能購(gòu)物車，該智能購(gòu)物車集掃碼、計(jì)價(jià)、結(jié)算和防盜于一體，主要實(shí)現(xiàn)的功能是顧客購(gòu)物預(yù)算控制與自助結(jié)賬，同時(shí)還具有一定的防盜功能。本文主要討論的是基于樹莓派和條碼識(shí)別的智能購(gòu)物車，研究它的軟硬件組成、工作流程以及使用價(jià)值等。

樹莓派 條碼識(shí)別 購(gòu)物車 設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大型超市隨處可見，超市商品也越來越豐富，但是對(duì)消費(fèi)者來說，在超市購(gòu)買商品有時(shí)并不是一件輕松愉快的事情：大型超市往往會(huì)出現(xiàn)顧客結(jié)算付款的長(zhǎng)隊(duì)，特別是在促銷期間或節(jié)假日時(shí)間。等待結(jié)算時(shí)間過長(zhǎng)可能會(huì)影響消費(fèi)者的購(gòu)買心情和購(gòu)買力，從而影響超市的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。智能購(gòu)物車的研發(fā)就可以解決以上問題。

對(duì)于消費(fèi)者而言，智能購(gòu)物車可以方便超市消費(fèi)者購(gòu)物，使消費(fèi)者輕松省時(shí)地?zé)o需再走到收銀臺(tái)進(jìn)行等待結(jié)賬和最終付款等一系列活動(dòng)。對(duì)于超市而言，智能購(gòu)物車可以替代收銀員功能，還可以增加超市的營(yíng)業(yè)額：先進(jìn)的技術(shù)可以方便顧客，吸引客流量，促進(jìn)商品購(gòu)買。

1 智能購(gòu)物車的硬件組成

本智能購(gòu)物車是對(duì)普通的購(gòu)物車結(jié)構(gòu)和功能加以改造，配備一系列的電子設(shè)備，主要的控制設(shè)備是一塊樹莓派3B開發(fā)板。在購(gòu)物車推手前方中央安裝樹莓派3B，并安置一塊7寸的觸摸屏作為主要的顧客操作終端；在樹莓派一旁安裝一個(gè)高清攝像頭實(shí)現(xiàn)對(duì)商品條形碼的識(shí)別；在觸摸屏一旁在購(gòu)物車上部安裝一個(gè)透明遮蓋板，在購(gòu)物車兩旁安裝軌道和直流電機(jī)控制透明遮蓋板的開合，以實(shí)現(xiàn)一定的超市商品防盜功能，如圖1所示。

1.1 樹莓派3B

樹莓派3B是一種小型的卡片式的電腦主板，功能強(qiáng)大，擴(kuò)展性強(qiáng)，引出了96個(gè)GPIO接口，包括SPI、I2C、RGB/LVDS、CSI/TS、ADC等眾多接口，能用來接多個(gè)底層外設(shè)（步進(jìn)電機(jī)、LCD觸摸屏、攝像頭、RFID等等），有SATA和HDMI口，支持高清輸出，支持SSD硬盤，加上鍵盤鼠標(biāo)就是一個(gè)完整的電腦。

（1）由于樹莓派體積小且較為廉價(jià)，故很適合安裝應(yīng)用在超市購(gòu)物車上；

（2）樹莓派具有多個(gè)接口，我們可以通過它控制各種硬件設(shè)備。樹莓派可以連接觸摸屏供超市消費(fèi)者直接在觸摸屏上操作購(gòu)物；可以連接攝像頭，使消費(fèi)者可以自行掃描商品；它還可以連接電機(jī)控制進(jìn)行購(gòu)物車的開合，在一定程度上實(shí)現(xiàn)超市商品的防盜。所以直接應(yīng)用樹莓派來設(shè)計(jì)一臺(tái)智能購(gòu)物車是很合適的。

1.2 觸摸屏

本設(shè)計(jì)采用樹莓派3代raspberry pi3 7寸LCD觸摸屏，其分辨率高達(dá)800*480像素，24位RGB顏色，是多觸摸電容性觸摸屏，靈敏度高。

圖2

1.3 條碼識(shí)別

現(xiàn)在幾乎所有大型超市都是使用條碼掃描槍對(duì)商品條形碼進(jìn)行識(shí)別掃描，RFID在超市的應(yīng)用并不是很廣，RFID主要用在超市較為貴重的商品上，一般的商品不會(huì)使用RFID。所以本系統(tǒng)對(duì)于商品的識(shí)別采用條碼識(shí)別技術(shù)而不是RFID技術(shù)。本設(shè)計(jì)中條碼識(shí)別通過集成的高清攝像頭模塊實(shí)現(xiàn)。樹莓派3B中下載安裝的是官方樹莓派系統(tǒng)raspbianjessie，也就是Linux系統(tǒng)，通過把攝像頭模塊與樹莓派相連接，再編寫相應(yīng)的攝像頭驅(qū)動(dòng)程序與條碼識(shí)別程序，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)商品條形碼的掃碼識(shí)別。

1.4 電機(jī)模塊

本設(shè)計(jì)使用的是直流減速雙軸電機(jī)和LN298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。直流電機(jī)的工作電壓為3-6V，減速比為1:48，這種電機(jī)主要用來驅(qū)動(dòng)樹莓派或Arduino小車，馬達(dá)力量足夠驅(qū)動(dòng)購(gòu)物車上部透明遮蓋板的開合。LN298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要用來驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，其主要是有一個(gè)L298N雙H橋驅(qū)動(dòng)芯片，可以驅(qū)動(dòng)兩路步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、減速電機(jī)，它的工作電壓為12V，也不會(huì)對(duì)消費(fèi)者造成傷害。本設(shè)計(jì)的電機(jī)模塊主要是將兩路直流電機(jī)與LN298相連，LN298與樹莓派GPIO接口相連，然后通過樹莓派控制LN298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.5 電源電路

樹莓派3B使用5V/2.5A電源進(jìn)行供電，LN298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊使用12V電源供電。

2 智能購(gòu)物車的工作流程

本設(shè)計(jì)的智能購(gòu)物車的工作流程為：

（1）顧客設(shè)置本次購(gòu)物的購(gòu)物預(yù)算；

（2）進(jìn)入購(gòu)物界面，在顧客想要購(gòu)買某件商品時(shí)，將商品放置在攝像頭前進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別成功后顧客點(diǎn)擊“確定將商品加入購(gòu)物車”，透明遮蓋板開合5秒，顧客將商品放入購(gòu)物車；

（3）本次購(gòu)買結(jié)束后，進(jìn)行結(jié)算。顧客點(diǎn)擊“結(jié)算”生成支付二維碼，顧客進(jìn)行掃碼支付；

（4）掃碼支付完成后，購(gòu)物車上部透明遮蓋板徹底打開，顧客取走商品，60秒后自動(dòng)關(guān)閉，等待下一位顧客。

3 智能購(gòu)物車的軟件設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)智能購(gòu)物車的功能，本設(shè)計(jì)采用了標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化程序設(shè)計(jì)方法。智能購(gòu)物車的軟件主要包括：系統(tǒng)初始化程序、購(gòu)物界面程序、條碼識(shí)別程序、價(jià)格查詢程序、電機(jī)控制程序以及計(jì)價(jià)結(jié)賬程序等模塊。系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化，包括樹莓派、觸摸屏、攝像頭的初始化。然后系統(tǒng)進(jìn)行購(gòu)物界面；通過條碼識(shí)別模塊讀取商品條形碼的信息并返回給主程序進(jìn)行處理，通過數(shù)據(jù)庫(kù)查詢到該商品對(duì)應(yīng)價(jià)格等信息；期間將確定購(gòu)買的商品再次掃描后通過電機(jī)控制程序開合遮蓋板，將商品放入購(gòu)物車；最后計(jì)算商品總價(jià)，生成支付二維碼進(jìn)行掃碼結(jié)賬。

該系統(tǒng)軟件流程圖如圖2所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本智能購(gòu)物車具有以下特點(diǎn)：

（1）支持顧客設(shè)置本次購(gòu)物的購(gòu)物預(yù)算，當(dāng)超過預(yù)算時(shí)會(huì)提醒顧客。

（2）支持顧客隨時(shí)查看此時(shí)已加入購(gòu)物車的商品的詳細(xì)信息。

（3）支持顧客自助結(jié)賬，支付寶掃碼支付。

（4）具有一定的防盜功能。

隨著超市產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，大型超市越來越多。超市越大，人們購(gòu)買的商品也越多，同時(shí)花費(fèi)在結(jié)賬時(shí)間上也越長(zhǎng)，一臺(tái)智能購(gòu)物車就顯得必不可少了！它可以讓消費(fèi)者購(gòu)物更輕松、方便、快捷，還可以讓超市經(jīng)營(yíng)者省時(shí)省力省資金，也讓超市走向現(xiàn)代化、智能化。

[1]李根,朱其祥.基于RFID技術(shù)的智能購(gòu)物車系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2017(05)：19-21.

[2]高搏,宣章洋,張凡等.基于嵌入式系統(tǒng)的智能購(gòu)物車的開發(fā)研究[J].信息通信,2015(04)：122-123.

作者單位 華中師范大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 湖北省武漢市430079

李璇（1996-），女，湖南省益陽(yáng)市人。華中師范大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)本科生。