面向中小型超市新型購物車的設計

孫萬勝

（蘭州大學，甘肅 蘭州730000）

1 總體方案

1.1 設計目的

本文章旨在通過設計一款新型購物車，增強消費者線下購物的體驗感，從而使傳統(tǒng)中小型超市獲得較高的受益, 擴大實體店購物優(yōu)勢。文章以現(xiàn)代中小型超市為背景，用相對低廉的成本擴展傳統(tǒng)購物車的功能，豐富其使用方式，提出了一個新的購物體驗方案。通過新的購物方式，力圖把作為線下主要購物場所之一的超市徹底激活，使購物成為生活享受。

項目實施過程中，需使用單片機作為中心控制模塊驅(qū)動電機；根據(jù)不同的功能模塊還需設計電路以及相關(guān)算法；在實現(xiàn)導購功能時，包括了數(shù)據(jù)庫等相關(guān)知識，以上工作使得設計者進一步了解硬件等相關(guān)知識。

1.2 實現(xiàn)功能

本項目以設計超市購物車為出發(fā)點，從購物車的功能改進入手，實現(xiàn)購物車的自動化，來滿足消費者需求。其主要內(nèi)容有：

1.2.1 采用M1005 條形碼掃描模塊掃描商品二維碼，獲取商品生產(chǎn)日期、價格等信息，并將數(shù)據(jù)顯示至液晶屏。

1.2.2 采用STM32 為中心控制模塊驅(qū)動無線模塊，利用無線模塊電路和算法設計，實現(xiàn)單片機與PC 端的數(shù)據(jù)傳輸。

1.2.3 采用循跡模塊，實現(xiàn)購物車自主歸位。

1.2.4 模擬超市購物實際場景，通過調(diào)試實現(xiàn)以上功能，并對系統(tǒng)做出評估。

2 硬件實現(xiàn)

小車整體設計：

圖1 小車整體模型

項目以STM32F103 戰(zhàn)艦版作為主控芯片，小車為載體，在此單片機上面集成了外設如TFT 顯示屏、紅外循跡模塊、超聲波模塊、條形碼掃描模塊、esp8266 無線模塊、電機驅(qū)動模塊。整體模型如圖1。

2.1 人機交互

采用2.8 寸的顯示屏，此顯示屏采用高亮背光，背光度功耗低，工作電壓3.3V，能與單片機很好適配，通過查閱顯示屏的相關(guān)引腳與功能，和單片機實現(xiàn)了電路連接，設計相關(guān)程序完成了顯示屏的驅(qū)動和用戶界面的初始化，顯示屏最主要的功能是用來顯示商品的信息。

2.2 小車驅(qū)動

小車的動力主要由兩個直流電機提供，方向也由這兩個直流電機控制，后面的萬向輪起輔助的作用，電流電機由L298N模塊驅(qū)動，L298N 原理圖如圖2。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)直流電機的轉(zhuǎn)速很快，小車的方向不好控制，如果直接使用則不能滿足實驗要求，所以通過查找相關(guān)資料，使用了PWM技術(shù)進行電機調(diào)速，該技術(shù)主要是通過改變占空比進行調(diào)速，此項技術(shù)對本實驗十分重要，使用了PWM技術(shù)，實踐過程中觀察到小車避障功能是可以實現(xiàn)的。

圖2 L298N 原理圖

2.3 避障功能

采用超聲波模塊實現(xiàn)小車的避障，此模塊頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小、方向性好等優(yōu)點，此外，穩(wěn)定的測距是本模塊最顯著的優(yōu)點。測試距離=（高電平時間*聲速）/2，在實驗中把超聲波模塊安裝在小車最前面。此模塊用來測量小車與障礙物的距離是否小于設定的值，如果小于某一標準值，使電機停止，測量值大于設定值時，繼續(xù)保持行走，從而實現(xiàn)避障。

2.4 循跡功能

采用紅外循跡模塊控制小車按照規(guī)定路線行走，循跡道路貼上了黑色膠帶，主要原理是紅外管不斷發(fā)射紅外線，當發(fā)出的光線大部分被黑色物質(zhì)吸收或者反射回來強度不夠大時，紅外接收管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，此時模塊輸出端為高電平，通過接收到的高、低電平來調(diào)整電機轉(zhuǎn)動的方向，進而控制小車的方向；該模塊有效距離范圍2-30cm，工作電壓為3.3V-5V，具有干擾小、便于裝配、使用方便的特點。

2.5 掃描功能

條形碼掃描模塊在本次設計中負責采集條碼信息，進行快速的讀取和識別，是本次設計中的輸入端口，由激光掃描讀取條碼信息后，傳輸給相應的蜂鳴器進行告知，注意激光掃描模塊的規(guī)定電壓為5V，掃描電路設計如圖3 所示。

圖3 掃描電路

2.6 單片機與上位機的通信

采用無線模塊esp8266，模塊采用串口（LVTTL）與MCU（或其他串口設備）通信，內(nèi)置TCP/IP 協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)串口與WIFI 之間的轉(zhuǎn)換。通過ATK-ESP8266 模塊，傳統(tǒng)的串口設備只需要簡單的串口配置，即可通過網(wǎng)絡（WIFI）傳輸自己的數(shù)據(jù)，此模塊有三種工作模式：串口無線AP（COM-WIFI AP）、串口無線STA（COM-WIFI STA）和串口無線AP+STA（COM-WIFI AP+STA），為了便于實驗，本項目采用了AP 模式，此模塊工作原理如圖4，工作載波頻率是2.4G，此波段使用無需申請，工作溫度范圍在-40℃-125℃，抵抗性比較強，最重要的是功耗比較低。使用時把esp8266 模塊設置為服務器，上位機作為客戶端，連接到此模塊的無線下，通過控制單片機，使無線模塊成功與上位機連接。

圖4 ESP8266 原理圖

3 軟件實現(xiàn)

智能小車基于模塊化的設計思想，軟件設計和硬件系統(tǒng)相對應，主要分為動力模塊、無線模塊、掃描模塊、避障模塊、循跡模塊。主程序按照邏輯順序?qū)@些子程序模塊進行調(diào)用，具體實現(xiàn)思路如圖5。

圖5 智能小車控制程序流程

4 結(jié)論

文章針對中小型超市地面的復雜情況，提出了一種基于STM32 單片機的設計方案，該方案可實現(xiàn)顧客自主掃碼購物和循跡歸位的功能，從一定程度上降低了中小型超市的人工成本，該方案值得推廣和借鑒，同時在此購物車的基礎(chǔ)上加以擴展，可應用在藥房、物流等其它場合。