基于NI myRIO 的超市智能購物車設(shè)計*

韓 強，錢昭焱，張 一，劉亞雄，周煒杰

（1.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院，天津 300222；2.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)信息傳感與智能控制重點實驗室，天津 300222）

21 世紀以來，互聯(lián)網(wǎng)逐漸普及到各家各戶，網(wǎng)購也逐漸熱門起來，這使得傳統(tǒng)超市面臨著很大挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)超市也需要尋求自身發(fā)展。在實體超市里買商品的顧客幾乎都需要購物車來放自己所購買的商品，購物車也應(yīng)該順應(yīng)時代潮流，集多功能于一體，才能夠更好地為顧客服務(wù)。

本項目通過在超市的購物車上添加一個NI myRIO作為控制器，使用傳感器來獲取信息，并通過LabVIEW的軟件編程來實現(xiàn)購物導(dǎo)航、智能避障、自助結(jié)算等功能。從消費者的角度來說，超市智能購物車的設(shè)計能夠充分解決消費者找不到商品所在的區(qū)域和花費大量時間用來排隊結(jié)賬等問題，改善消費者的購物體驗。此外還能夠減少超市工作人員數(shù)量，在一定程度上也可以增加實體超市的顧客，使超市服務(wù)更加高效。

1 項目研究背景

隨著我國科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，我們的生活方式也發(fā)生了很大變化，很多中小城市都開放了大型超市和大型商場，由于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，網(wǎng)購成為了很多年輕一代的首要選擇。雖然網(wǎng)購給我們帶來了方便，但是這也讓很多年輕人喜歡宅在家里，較少出門。在手機上購物的人們總是會花很多時間用來挑選商品，他們也會刷到很多類似的商品，這些商品都是基于用戶搜索到的物品來推薦的，我們在網(wǎng)購時會花大量時間來看同一類商品，效率較低。而實體超市里的商品種類很多，人們能夠在超市中買到各種自己想買的商品。但是，隨著超市商品種類的逐漸增加和超市的購物區(qū)域逐漸擴大，這也給人們帶來了很多不便，比如人們會花很多時間用來尋找商品、排隊、稱重和結(jié)算付款，這使得很多消費者不太滿意當(dāng)前的購物體驗。在這個快節(jié)奏的時代，傳統(tǒng)購物車已經(jīng)慢慢不能滿足人們的需求了?；诖耍疚脑O(shè)計一款基于LabVIEW 和NI myRIO 的超市智能購物車，能幫助顧客快速尋找商品，快速結(jié)算，高效購物。

2 超市智能購物車設(shè)計

2.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

NI myRIO 機電一體化虛擬儀器實訓(xùn)平臺是融合實時操作系統(tǒng)和FPGA 技術(shù)的嵌入式虛擬儀器平臺，該平臺可以訓(xùn)練學(xué)生獨立開發(fā)嵌入式工程項目。NI myRIO 體積不大，可以隨身攜帶，但是它的功能十分強大，可以下載LabVIEW 編好的程序來運行相應(yīng)的程序，myRIO 板載資源豐富，方便通過編程控制連接傳感器、觸摸屏等。

該智能購物車是基于NI myRIO 設(shè)計的，硬件由控制器、傳感器和電源等組成。其中，NI myRIO 控制器作為核心處理器，可以采集并處理傳感器的各種信息，myRIO可以完成對各個模塊之間的連接并用WiFi 來實現(xiàn)購物車的數(shù)據(jù)傳送。圖1 為NI myRIO 的前后外觀圖，圖2 為主程序流程圖。

圖1 NI myRIO 前后外觀圖

圖2 主程序流程圖

2.2 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計

小車移動：我們在四輪的小車上搭載NI myRIO，使用杜邦線將NI myRIO 的I/O 口與小車的L298 電機驅(qū)動模塊連接，將LabVIEW 編好的程序下載到NI myRIO中，實現(xiàn)小車前進、后退和轉(zhuǎn)向等移動功能。

紅外測距：我們通過傳感器來實現(xiàn)一定距離的避障功能，紅外測距傳感器連接在myRIO 上，通過判斷距離的遠近來實現(xiàn)智能避障。紅外測距傳感器實時測量小車四周物品的距離，如果在一定距離內(nèi)有物品，小車會執(zhí)行智能避障的操作，防止撞到阻擋道路的物品。紅外測距的兩根電源線分別連接到myRIO 的送電端、信號線接信號端。紅外測距程序如圖3 所示。

圖3 紅外測距

超聲波測距：在小車尾部有聲波測距儀，可以測量超出人耳聽覺的短聲脈沖的往返飛行時間。將飛行時間乘以空氣中的聲速將獲得目標(biāo)距離。根據(jù)設(shè)置的距離閾值來給出指令控制舵機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)小車避障功能。超聲波測距用于非接觸性測距、物體探測等領(lǐng)域。圖4 為超聲波測距的程序。

圖4 超聲波測距

WiFi 模塊：在NI Max 中可以通過設(shè)置將myRIO 配置為一個WiFi 熱點，上位機和其他智能終端設(shè)備可以通過WiFi 連接到myRIO，這樣就不需要再使用另一個路由器來完成連接。上位機可以直接通過無線網(wǎng)絡(luò)來與myRIO 的熱點進行連接。此后可以再次斷開USB 線纜，與使用第三方無線路由器時類似，創(chuàng)建myRIO 項目，通過WiFi 找到目標(biāo)硬件后連接，可遠程載入程序。

圖像處理模塊：NI Vision Assistant 是LabVIEW 的視覺助手，主要用于圖像處理和顏色分析識別等有關(guān)機器視覺的功能部分。它擁有強大的視覺處理函數(shù)的庫，能在不編程的情況下直接運用函數(shù)對采集到的圖像或者輸入的圖片進行處理、比對或識別、分析等操作。它可以將處理圖像用到的函數(shù)生成一個VI，可以直接在LabVIEW中使用。Visio 的識別程序如圖5 所示。

圖5 圖像識別

導(dǎo)航模塊：通過建立橫縱坐標(biāo)，來找到購物車所在位置，購物車確定目標(biāo)貨架后，可以獲得對應(yīng)的坐標(biāo)值，完成路線的規(guī)劃。導(dǎo)航模塊的部分程序如圖6 所示。

圖6 導(dǎo)航模塊

3 商品操作

3.1 商品稱重

顧客可以在購物時自主稱重，節(jié)約排隊的時間，更加便捷，可以將購買的需要稱重的商品放到電子秤上，實現(xiàn)稱重和計算價格，附帶二維碼的商品可以直接用掃碼槍掃碼計價。

3.2 商品掃描結(jié)算

隨著科技的發(fā)展和智能手機、二維碼的普遍應(yīng)用，消費者在買完需要的商品后可以用購物車上的DF-1200型紅光掃碼槍來掃碼結(jié)算，方便顧客們付款，以免顧客們排隊很久，節(jié)省顧客們的時間。有的用戶會在結(jié)算前猶豫要不要將不想買的商品放回去，自主結(jié)算可以確認商品之后再付款。系統(tǒng)的整體設(shè)計如圖7 所示。

圖7 系統(tǒng)整體設(shè)計

4 結(jié)束語

本文提出了一種基于NI myRIO 的超市智能購物車設(shè)計，運用嵌入式、傳感器、LabVIEW 等技術(shù)來實現(xiàn)更方便地在超市里購物以及結(jié)算等功能。顧客可以在智能購物車上進行操作，實現(xiàn)更為便捷的購物，不僅能節(jié)省顧客們的時間，也能為超市提供很多方便，有效提高顧客們的購物效率，在一定程度上增大超市的客流量，減少成本，為超市未來發(fā)展提供一種新的模式，節(jié)省人力的同時為大家的生活帶來便利。