針對(duì)電子元器件銷售的校園無(wú)人售貨機(jī)

李澧想 姚紫俊 喬鑫 王志淳 王嘉俊 丹純

摘? 要：為解決在疫情等情況下學(xué)生在校園購(gòu)買電子元器件不方便的問(wèn)題，筆者設(shè)計(jì)了一款專門針對(duì)電子元器件銷售的校園無(wú)人售貨機(jī)。一般電子器件的體積較小，筆者設(shè)計(jì)的無(wú)人售貨機(jī)充分考慮了這一特點(diǎn)，進(jìn)行了獨(dú)特的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用阿里云通信技術(shù)，開發(fā)了無(wú)人售貨機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)處理系統(tǒng);以微信小程序?yàn)榛A(chǔ)，設(shè)計(jì)了無(wú)人售貨機(jī)的支付模塊。無(wú)人售貨機(jī)能夠讓學(xué)生在校園內(nèi)購(gòu)買電子元器件更加便捷、安全，具有重要的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：無(wú)人售貨機(jī)? 電子元器件? 阿里云通訊? MCU（單片機(jī)）

中圖分類號(hào)：TP2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2021）02（c）-0004-04

Campus Vending Machine for Electronic Components Sales

LI Lixiang1? YAO Zijun1? QIAO Xin2? WANG Zhichun3? WANG Jiajun4? DAN Chun4

（1.School of Electronic Information and Automation， Civil Aviation University of China; 2.School of Aeronautical Engineering， Civil Aviation University of China; 3.School of Computer Science and Technology， Civil Aviation University of China; 4.School of Economics and Management，? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Civil Aviation University of China， Tianjin， 300300 China）

Abstract： In order to solve the problem that it is inconvenient for students to buy electronic components on campus in the case of epidemic， a campus unmanned vending machine is designed specifically for the sale of electronic components. Generally， electronic devices are small in size， and the unmanned vending machine designed by the authors takes this feature into full consideration， and has a unique shape and structure design. The database processing system of unmanned vending machine is developed by using Ali Cloud communication technology. Based on WeChat applet， the payment module of unmanned vending machine is designed. The unmanned vending machine can make it more convenient and safe for students to buy electronic components on campus， and it has significant application value.

Key Words： Unmanned vending machine; Electronic components; Ali Cloud communication; MCU

近年來(lái)，無(wú)人售貨作為新興的銷售模式在我國(guó)飛速發(fā)展，它不受經(jīng)營(yíng)時(shí)間的影響，也沒(méi)有大批進(jìn)貨費(fèi)用、裝修費(fèi)用，具有經(jīng)營(yíng)方式靈活、回報(bào)周期短的特點(diǎn)。而作為無(wú)人售貨模式重要載體之一的無(wú)人售貨機(jī)，就是該文重點(diǎn)研究的對(duì)象。但市場(chǎng)上現(xiàn)有的無(wú)人售貨機(jī)主要以飲料、零食為主，產(chǎn)品單一，不能滿足學(xué)生在校園內(nèi)對(duì)學(xué)習(xí)用品如電子芯片、OLED、STM32C8T6核心板等電子元器件的需求。因此，一種人與人無(wú)接觸，專門針對(duì)校園內(nèi)電子元器件銷售的無(wú)人售貨機(jī)就成為了該文想要設(shè)計(jì)制作出來(lái)的對(duì)象[1-2]。

1? 整體外框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電子器件無(wú)人售貨機(jī)的機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要由3個(gè)部分組成：售貨柜、柜鎖和柜門。電子元器件具有體積小、形狀不一的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的售貨柜采用螺旋出貨方式，不利于產(chǎn)品自動(dòng)出貨，因此該款無(wú)人售貨機(jī)具有適合放置電子元器件售賣，以及避免了人與人相互接觸售貨的特點(diǎn)，同時(shí)具有成本低，占用資源少，靈活性高的特點(diǎn)。具體設(shè)計(jì)見圖1。

圖1（a）是無(wú)人售貨機(jī)的售貨柜。由于所售賣物品為電子器件，電子器件本身具有體積小的形狀特點(diǎn)。因此，售貨柜采用傳統(tǒng)的螺旋出貨彈簧方式不利于產(chǎn)品自動(dòng)出貨。該文針對(duì)這一問(wèn)題，使用貨柜格子的形式放置電子器件，當(dāng)用戶選擇好商品后，可直接從貨柜格子中取出。

柜鎖使用智能柜電控鎖，如圖1（b）所示，采用關(guān)門（斷電）上鎖，通電觸發(fā)開鎖的工作模式，由單片機(jī)來(lái)控制鎖的開關(guān)。

柜門如圖1（c）所示，采用透明的PC塑料門，便于用戶選擇心儀的電子器件。售貨柜、柜鎖、柜門、控制系統(tǒng)組裝，構(gòu)成一個(gè)完整的硬件結(jié)構(gòu)。

2? 云上數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

阿里云擁有中國(guó)唯一自主研發(fā)的計(jì)算引擎和EB（EB=1，024PB=1，048，576TB=1，152，921，504，606，846，976Bytes）級(jí)的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析能力、10K任務(wù)分布式部署和監(jiān)控，以及可靠易用的云、全局智能的大數(shù)據(jù)、云端一體的智聯(lián)網(wǎng)和隨時(shí)隨地的移動(dòng)協(xié)同，加之眾多經(jīng)典的行業(yè)解決方案，因此該文設(shè)計(jì)的校園電子器件無(wú)人售貨機(jī)以阿里云為基礎(chǔ)，個(gè)性化定制數(shù)據(jù)庫(kù)處理系統(tǒng)。

與阿里云通信流程：登陸阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，將單個(gè)貨柜柜格對(duì)應(yīng)的ID預(yù)存在平臺(tái)上，當(dāng)顧客完成支付后，柜格對(duì)應(yīng)ID發(fā)送改變，云端分別向設(shè)備端的SIM800C的通信模組和通過(guò)SSH（Secure Shell Protocol，即安全外殼協(xié)議）工具向阿里云手機(jī)端發(fā)送數(shù)據(jù)。向通信模組發(fā)送數(shù)據(jù)的目的是打開規(guī)格，向阿里云手機(jī)端發(fā)送數(shù)據(jù)的目的是提醒管理員按時(shí)上貨。

該數(shù)據(jù)庫(kù)處理系統(tǒng)后臺(tái)處理過(guò)程見圖2。

設(shè)備的硬件由一個(gè)STM32F103ZET6單片機(jī)加上一個(gè)SIM800C通信模組構(gòu)成，設(shè)備的應(yīng)用邏輯運(yùn)行在MCU（單片機(jī)）上，通信模組支持MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，即消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸）功能并提供AT指令（AT，即Attention），AT指令是應(yīng)用于終端設(shè)備與PC（Personal Computer，即個(gè)人計(jì)算機(jī)）應(yīng)用之間的連接與通信的指令）給MCU使用，MCU控制模組連接云端服務(wù)以及收發(fā)數(shù)據(jù)。設(shè)備廠商需要將Link SDK（Software Development Kit，即軟件開發(fā)工具包）集成并運(yùn)行在MCU上，讓Link SDK通過(guò)通信模組連接到阿里云平臺(tái)。

SDK使用MQTT與阿里云平臺(tái)通信，對(duì)于該模組只支持TCP（Transmission Control Protocol，即傳輸控制協(xié)議）的情況，意味著MCU上需要使能SDK自帶的MQTT Client（Client，即客戶端），由MQTT Client將用戶數(shù)據(jù)封裝成MQTT協(xié)議之后通過(guò)通信模組上的TCP模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

MCU與模組之間使用UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，即通用異步收發(fā)傳輸器）進(jìn)行連接，通過(guò)UART接收來(lái)自模組的數(shù)據(jù)，由于UART是一個(gè)字符一個(gè)字符的接收數(shù)據(jù)，因此還需要對(duì)收到的數(shù)據(jù)組裝并判斷AT指令是否承載TCP數(shù)據(jù)，如果是，才能將TCP數(shù)據(jù)發(fā)送給TCP連接管理模塊。設(shè)備開發(fā)過(guò)程見圖3[3]。

3? 人機(jī)交互頁(yè)面設(shè)置

3.1 上位機(jī)與串口屏人機(jī)交互頁(yè)面設(shè)計(jì)

圖4（a）為人機(jī)交互頁(yè)面，這個(gè)交互頁(yè)面通過(guò)阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)獲得商品ID信息，并將商品ID轉(zhuǎn)換成二維碼，圖4（b）為商品存放柜。人機(jī)交互頁(yè)面由兩部分組成，上側(cè)指定區(qū)域?yàn)樯唐范S碼，下側(cè)指定區(qū)域?yàn)榫仃囉|摸按鍵。用戶選擇對(duì)應(yīng)的商品，按下商品前的標(biāo)號(hào)，顯示相應(yīng)的二維碼，當(dāng)用戶掃碼付款時(shí)，阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上對(duì)應(yīng)商品的ID先發(fā)生改變，顯示付款成功的圖案[4]。

3.2 單片機(jī)控制繼電器開關(guān)設(shè)計(jì)

單片機(jī)控制繼電器開關(guān)流程圖見圖5，當(dāng)沒(méi)有用戶掃碼時(shí)，單片機(jī)通過(guò)保持繼電器斷開，來(lái)保證商品防盜，增加了可靠性。當(dāng)有用戶掃碼時(shí)，繼電器開關(guān)由原來(lái)的斷開位變?yōu)殚]合位，產(chǎn)生較大的電流，控制繼電器鎖閥打開，用戶成功取走貨物，并將缺貨消息告知單片機(jī)。

4? 支付模塊

微信小程序具有用完即走、使用即用戶、曝光度高、開發(fā)周期短等特點(diǎn)，并且提供了微信支付的接口，簡(jiǎn)單方便。因此，該文以微信小程序?yàn)榛A(chǔ)，設(shè)計(jì)了支付系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由3個(gè)部分組成，具體介紹如下。

4.1 支付模塊

此模塊基于微信Native支付接口開發(fā)，支持掃碼開鎖和支付功能，便于用戶操作。

4.2 商品信息瀏覽模塊

提供商品詳細(xì)數(shù)據(jù)以及相關(guān)使用資料，方便用戶查詢。

4.3 個(gè)人主頁(yè)模塊

包括缺貨提醒、歷史訂單、優(yōu)惠券、幫助信息等?；谖⑿判〕绦虻男畔⒎?wù)平臺(tái)具有快捷、高效的特點(diǎn)，免去了用戶下載專用軟件的繁瑣[5]。

5? 總體使用流程

每個(gè)柜格的商品ID都已經(jīng)在阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)綁定，對(duì)應(yīng)商品的ID數(shù)據(jù)已經(jīng)存在了串口屏內(nèi)存中。當(dāng)顧客在串口屏的操作頁(yè)面上確定選擇了心儀的商品后，串口屏首先顯示出對(duì)應(yīng)商品的付費(fèi)二維碼，等顧客支付完成后，阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上對(duì)應(yīng)商品的ID先發(fā)生改變;然后，阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)一邊通過(guò)SSH工具向管理員手機(jī)上的阿里云APP發(fā)送狀態(tài)信息，一邊向SIM800C通信模組上的TCP模塊發(fā)送商品ID改變的數(shù)據(jù);接著通信模組將數(shù)據(jù)MQTT格式通過(guò)UART發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)算法的邏輯判斷后，則會(huì)閉合與柜格相連的觸電器，鎖被打開，顧客就可以取出商品了;與此同時(shí)，單片機(jī)同樣以UART的方式向串口屏發(fā)送已被購(gòu)買成功的商品的數(shù)據(jù)，串口屏接收到數(shù)據(jù)后就會(huì)顯示對(duì)應(yīng)商品付費(fèi)成功的頁(yè)面;最后，阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)會(huì)通過(guò)SSH工具向管理員手機(jī)上的阿里云APP發(fā)送這筆交易的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，以供管理員實(shí)時(shí)監(jiān)控售貨機(jī)內(nèi)的庫(kù)存情況[6]。

6? 結(jié)語(yǔ)

該文設(shè)計(jì)的這一種電子科技無(wú)人售貨機(jī)，能實(shí)現(xiàn)針對(duì)電子元器件的無(wú)人售賣，并通過(guò)服務(wù)器實(shí)時(shí)監(jiān)控貨物狀態(tài)信息。該售貨機(jī)現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，性能穩(wěn)定、收銀界面友好、支持網(wǎng)絡(luò)支付，同時(shí)配送部分前端存在串口屏進(jìn)行人機(jī)交互信息顯示，首次應(yīng)用阿里云平臺(tái)也能給管理員和用戶一種全新的體驗(yàn)。該售貨機(jī)主要適用于學(xué)校，未來(lái)也可根據(jù)需要來(lái)改造內(nèi)部結(jié)構(gòu)，廣泛用于公園、醫(yī)院等場(chǎng)所。對(duì)比2020年第四季度和2021年第一季度的售賣數(shù)據(jù)，無(wú)人售貨機(jī)銷售金額基本平穩(wěn)，能為現(xiàn)有校園市場(chǎng)貢獻(xiàn)15%～25%的收益。

參考文獻(xiàn)

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