基于條碼識別技術的智能購物車設計

劉 兵，劉曉朋，曾翔亮

(東北林業大學工程技術學院，哈爾濱150040)

1 引言

隨著我國經濟水平的快速發展，人民的生活水平不斷提高，越來越多的消費者選擇去大型購物超市購物消費。但由于管理體制等原因，導致超市一線員工流動率過高，阻礙了超市的可持續發展［1］。據報道，在中國部分城市的超市存在多種價格欺詐行為，家樂福超市就受到價格主管部門的嚴厲處罰［2］，給企業形象帶來了嚴重的負面影響。同時，顧客排隊等候時間過長，也一直是大型超市面對的重要難題。為解決這些問題，研發了基于條形碼識別技術的超市智能購物車。

本智能購物車是對普通的購物車結構加以改造，配備一套電子設備，購物車推手的前方左端是一個專門刷購物卡的磁卡讀卡器，中間是一塊5.7英寸的觸摸屏，右端是一個掃描儀和EAS解碼器，整個系統的電力是由位于購物車下方的蓄電池供應的，其三維圖如圖1所示。

圖1 購物車三維圖Fig.1 3D image of the shopping cart

由于考慮到超市的一次性投入成本，初期階段，本智能購物車的功能主要是針對擁有超市購物卡的顧客而設計，因次在使用此智能購物車之前，顧客必須將購物卡插入磁卡讀卡器中。購物車主要包括兩個功能:查價和結算。但系統默認的功能是查價，即消費者想查看某一商品的價格時，只需把商品的條形碼對準掃描儀，液晶屏上即顯示商品的價格 (如圖2所示)。如果消費者滿意，可以把商品放到購物車的右端;如果消費者不滿意，則只需把商品重新放到貨架上即可。當消費者將所有需要購買的商品都放到購物車以后，并且也確認都需要購買時，需手動在觸摸液晶屏上選擇“開始結算”功能，然后將購物車右端的商品再重新放到掃描儀上掃描，此時在掃描的瞬間，EAS系統的解碼器對商品的軟標簽進行解碼，同時，系統會自動從購物卡里扣除相應的金額，然后再將解碼后的商品放到購物車的左端。當將所需的商品全部結算完后，在觸摸屏上選擇“購物結束”按鈕 (如圖3所示)。此時，會彈出是否打印購物小票的窗口，若選擇“是”，則系統會生成一個密碼，消費者在超市里的購物小票打印機的鍵盤上輸入相應的密碼，即可打印;消費者選擇“否”，則自助購物結束。

圖2 查價界面Fig.2 Query interface

圖3 購物界面Fig.3 Shopping interface

2 硬件系統基本架構

硬件系統的總體框圖如圖4所示。

圖4 硬件系統總體框圖Fig.4 The overall scheme of the hardware system

2.1 單片機

本設計中智能購物車的微控制單元 (MCU)采用 Microchip公司的 PIC16f877單片機，具有Flash程序存儲功能，可以重復擦寫其中的內容，且其內建ICD(In Circuit Debug)功能，能讓使用者直接在購物車的單片機電路上，進行暫停微控制單元執行等操作，可以提高使用者進行程序除錯與開發的效率。整個購物車系統的工作速度與單片機振蕩電路有直接的關系，PIC16F877單片機的振蕩頻率最高可達20MHz，所以采用該型號的單片機，整個智能購物車系統可以運行穩定流暢，不會因為處理速度慢而影響顧客的心情。

2.2 條形碼掃描儀

條碼掃描儀的常用接口有串行口、PS/2口、USB口、RJ－45等［3］。本設計選用 Symbol Technologies公司的 LS5700掃描儀，此掃描儀具有RS232、PS/2等標準接口，由于PIC16F877A單片機實驗板配有MAX232模塊，為了方便編寫單片機數據接收程序，本設計采用RS232接口:條形碼掃描儀輸出的數據通過RS232/TTL電平轉換電路傳送至單片機，當單片機接收到商品的條形碼值后，便通過無線發射模塊與超市的主機進行通信，將該條形碼值與主機內部存儲的數據庫進行匹配，查找出與該條形碼值對應的商品，然后再通過無線發射模塊將該商品的價格發送給單片機，并在液晶屏上顯示出來。

2.3 液晶觸摸屏

本設計采用PWS6600C－S作為智能購物車的人機交互界面，它是所有5.7英寸TFT液晶觸摸顯示屏中性價比最高者，該觸摸屏功耗低、環保節能，256彩色可顯示照片般的逼真效果，分辨率為320×240，支持jpeg及動態gif圖片，32位超強CPU，因此畫面切換速度與通訊速度相當不錯，非常適用于本設計中的智能購物車。PWS6600C－S觸摸屏具有RS485和RS232等多種通訊接口，由于單片機與觸摸屏的通信距離低于16 m，因此本設計采用RS232接口:將單片機RC6、RC7口設置為異步串行通信模式，通過MAX232模塊將TTL電平轉換成RS232電平，然后與PWS6600C－S觸摸屏的RS232接口進行連接，如圖5所示。

圖5 PIC16F877與觸摸屏間的通信電路原理圖Fig.5 Communication principle betwcen PIC16F877 and LCD

2.4 微功率無線數傳模塊

本設計中的智能購物車端 (下位機端)采用HAC－UAN433微功率無線數傳模塊，該模塊具有以下特點:

(1)微功率發射。最大發射功率僅為20 dBm(100 mW)，可選17 dBm(50 mW)。

(2)工作頻率在ISM頻段，無需申請頻點，載頻頻率為427～437 MHz。頻譜環境干凈，干擾少。

(3)真正的窄帶高速率技術。信號帶寬為12.5/25 kHz，頻譜使用效率高，抗干擾能力強，最高有效速率高達19200 bps。

(4)高抗干擾能力和低誤碼率。基于 GFSK或RC2FSK的調制方式，采用高效前向糾錯信道編碼技術，提高了數據抗突發干擾和隨機干擾的能力，在信道誤碼率為10－3時，可得到實際誤碼率10－5～10－6，因此可有效避免顧客手機信號的影響。

(5)靈敏度高。1200 bps的靈敏度為－122 dBm，9600 bps的靈敏度為－117 dBm。

(6)傳輸距離遠。視距情況下，1200 bps最遠可靠傳輸距離2000 m，9600 bps最遠可靠傳輸距離1000 m。此距離幾乎能足夠勝任目前所有的大型超市。

(7)雙串口，3種接口方式。提供2個串口3種接口方式，COM1為 TTL電平 UART接口;COM2為軟件模擬的RS－232或RS－485，用戶自定義。本設計中采用TTL接口電方式。

(8)體積小，高可靠性、故障率低。

無線數傳模塊的工作流程圖如圖6所示。

圖6 無線模塊工作流程圖Fig.6 Workflow of the wireless module

2.5 磁卡讀寫器

磁卡讀寫器主要由磁頭和解碼芯片組成，本設計中智能購物車的磁條卡接口芯片采用Vikintek公司生產的單磁道F2F解碼芯片——BS100E，它可以實現磁頭信號的放大以及F2F編碼數據的恢復，它的MSIA+和MSIA－管腳接磁頭輸出。當顧客把購物卡插入磁卡讀寫器中時，BS100E即對購物卡進行解碼，經單片機處理后，通過無線數傳模塊與上位機 (即超市的主機)進行通信，從而對購物卡進行讀寫操作。整個收銀系統采用一對多的通訊方式，即一個上位機 (超市的主機)與多個下位機 (購物車)進行通訊。

2.6 EAS系統

解碼器的內部實質是一個感應線圈，通過該感應線圈的工作，可在解碼器上方產生一個16頻點的交變電磁場，該電磁場即可實現軟標簽的解碼［4－5］。本設計中的智能購物車采用內鎖設計，即從條形碼掃描儀中獲取一個掃描脈沖信號，通過隔離電路傳送至單片機進行識別，只有當單片機收到該脈沖信號后才會輸出一個短暫的升壓控制信號，使解碼器的解碼信號大幅提升，此時軟標簽才能被解碼，可保證商品必須在收銀后才能被解碼，從而實現防盜功能。解碼器與條形碼掃描儀配合使用的原理圖如圖7所示。

3 軟件設計

為實現智能購物車的功能，本設計采用了標準化和模塊化程序設計方法。智能購物車的軟件主要包括:系統初始化程序、價格查詢程序、軟標簽解碼程序、讀卡結算程序以及無線收發模塊程序等模塊，其主程序流程如圖8所示。

4 結束語

本智能購物車具有以下特點:

(1)支持商品的自助查價，可以避免超市手工對商品標價時出現錯誤，防止出現價格欺詐。

圖8 主程序流程圖Fig.8 Diagram of the main procedure

(2)持有超市購物卡的消費者可以自助購物結算，可減少排隊等候時間。

(3)購物車的液晶顯示屏處于待機狀態時，可播放商品廣告，促進商品的銷售。

(4)購物車與EAS系統相結合，可有效實現商品防盜的目的。

該智能購物車功耗低，可靠性高，抗干擾能力強，信號傳輸距離較遠，與目前廣泛應用于各大超市的條形碼識別技術和EAS系統具有很好的兼容性，因此非常適用我國的各大超市采用。隨著我國經濟水平的快速發展，超市的大量出現，以及用工成本的不斷上漲，必會有廣闊的市場前景。

［1］顏繼紅.超市一線員工高流動率問題的研究［J］.科技和產業，2011，11(4):54 －55.

［2］劉偉勛.家樂福價格欺詐的背后［J］.中國品牌，2011，(2):44－46.

［3］葉少龍，劉建群，吳積榮，等.PIC單片機在模具條碼識別系統中的應用［J］.廣東工業大學學報，2009，26(2):94 －97.

［4］張佩劍.無動力智能節能型自動灌溉系統研究［J］.森林工程，2005，21(3):19 －20.

［5］王忠勇，張建華，宋豫冀.基于89C2051的解碼器設計［J］.微電子學與計算，2002，(5):57 －58.