基于STM32的超市智能購物車

南華大學電氣工程學院 成 雷 鄭云天 李月華 劉 旺 金海濤 胡世鵬

基于STM32的超市智能購物車

南華大學電氣工程學院 成 雷 鄭云天 李月華 劉 旺 金海濤 胡世鵬

超市購物付款排隊時間久、效率低下、購物體驗差等問題長久存在，本設計基于上述問題推出一種更高效、性價比更高的智能購物車。智能購物車以STM32控制器為核心，通過條形碼識別、液晶觸摸屏實現商品查詢結算功能；WiFi技術實現多購物車與超市數據庫實時同步；聲磁防盜系統可以減少超市的財物損失，保障超市利益。智能超市購物車，緩解了手工結算緩慢，導致排隊付款時間過長的問題。降低超市成本，為超市創造更多的收益，達到超市和消費者雙贏的目的。

購物車；條形識別；聲磁防盜

0 引言

隨著物聯網技術的快速發展和人民生活水平的提高，為了適應時代發展，超市規模也在不斷擴大。針對于傳統的購物方式，人們對此提出了更高的要求，希望能有一種更加智能的、便捷的購物方式。由此具有自主結算的智能購物車的概念由此而生。目前國內市的購物車都是用RFID作為防盜標簽，價格昂貴，不易于安裝，不能廣泛用于市場。國外微軟公司與MediaCard推出了一種智能超市推車,推車能夠自動識別顧客的會員卡,還能展示超市內商品的具體位置，但是價格高昂，防盜功能薄弱，市場認可度不高，在很長的一段時間內不能實現市場產業化。

圖1 實物構造圖

本智能購物車是對普通的購物車結構加以改造，其構造圖如圖1所示，購物車上配備一套電子設備，使其能夠完成自主購物功能。當顧客選中一件商品時，在進行條形碼識別后將數據傳輸到液晶顯示屏并快速消磁或加磁；在顧客確認結賬后系統便會通過無線模塊將顧客購物車內的信息發回終端，終端會第一時間做出反應，前臺收銀員便能隨時調出該購物車的商品信息進行快速結賬。本設計改變了超市的結算方式，與傳統的手工結算相比，有效的提高了商品結賬的速度，解決了超市結賬排隊擁擠的問題和降低超市成本。

1 軟件設計

本設計的軟件設計流程圖如圖2所示，當用戶掃描商品條形碼后，條形碼掃描器輸出的數據通過串口傳送至STM32控制器。STM32控制器讀取到商品的條形碼參數后，便通過無線模塊將數據發送到超市服務器，并將條形碼值與超市數據庫進行匹配，查找出與該條形碼值對應的商品。然后再通過無線模塊將該商品的相關信息（商品名稱、價格等）反饋給STM32控制器，進而使液晶屏上呈現商品信息以便消費者查看。在購物過程中，聲磁防盜系統可以有效的保障超市的利益。當用戶需要進行結賬時，可以將數據通過無線傳輸系統發送至收銀臺，實現簡單快捷的一鍵式付款。消費者對整個消費過程一目了然，購物掃碼環節全由消費者完成，從而達到自助購物的目的。

2 硬件系統結構

本系統的硬件系統的構成如圖3所示，由中央信息處理系統STM32F407ZGT6、E1005條形掃碼模塊、無線通信模塊、聲磁防盜系統等組成。中央信息處理系統（STM32控制板）控制條形掃碼模塊，接收外圍設備的信息，同時向外發送命令，實現對數據的快速處理和各外圍模塊的精確控制；E1005條形掃碼模塊用來查詢商品信息；無線充電模塊保證智能購物車的正常運行；無線通信模塊將商品總額傳輸至超市服務器，保證購物車與超市服務器信息同步。

圖3 硬件系統構成圖

2.1 中央處理器

中央信息處理系統與所有的外圍模塊相連接，其硬件電路原理圖如圖4所示。當用戶按下開機鍵時，購物車將自動連接到超市局域網保證數據實時同步。用戶利用購物車掃碼購物時，中央信息處理系統將接收用戶發送過來的指令，然后進行大量邏輯分析運算發出相應命令，將相關信息發送到相關子系統進行相應操作，并及時向用戶反饋信息。本設計的中央信息處理系統選用ST公司的M4內核的STM32F407芯片，此控制器帶有FPU，具有DSP指令集，芯片主頻高達168MHz，價格低，性價比高，可多次開發，具有豐富的外設，支持串口通信，具有高性能和低功耗特點，完全滿足超市購物車的性能需求。

圖4 中央處理器與外圍模塊電路圖

圖5 條形掃碼工作原理圖

圖6 聲磁防盜工作示意圖

2.2 條形碼掃描

本設計選用E1005條形掃碼模塊，該條形掃碼器結合了智能圖像識別技術，解決了超市商品條形碼掃描時圖像畸變和不平整的問題，從而保證了條形掃碼器讀取商品條碼的正確性與快速性，保證購物車掃描條碼的流暢性。E1005條形掃碼器支持自動連續掃描，用戶可以不用任何多余操作，只需要將條碼對準掃描口就能完成掃碼過程。E1005上提供的TTL-232串行通訊接口，可以支持1200bps至115200bps速率。其掃碼介質支持紙類、薄膜類、手機、平板等一維條碼；掃碼速度高達130次/秒；支持工業嵌入式開發，完全可以滿足超市條形掃碼的要求。其工作原理如圖5所示，條形掃碼器通過以某個角度將光束發射到標簽上并接收其反射回來的光線，反射的光線是一種模擬信號，條形掃碼器內部將模擬波形轉換成數字波形從而獲取條碼值。

2.3 聲磁防盜系統設計

聲磁技術是現代防盜科技發展的最新成果，工作原理是利用音叉效應使得商品標簽只有在頻率相同的掃描磁場下才產生共振，在實際應用中是目前性能最好的防盜系統。本設計在條形識別區添加消磁、加磁設備和磁性感應器，商品條形碼旁邊粘貼高粘合力的微小磁貼。其工作示意圖如圖6所示，顧客不經條形掃碼消磁而私自將商品帶出超市，門口的磁性檢查器便會鳴叫報警。利用嵌入式系統的精確控制和快速處理在條形碼識別后在極短的時間內進行消磁或加磁，從而解決顧客不掃碼便消磁和顧客途中取消某商品購買的問題。

3 測試

建立一個小型數據庫，里面包含商品的名稱、價格、條碼，用編譯成功的程序加STM32控制板測試實際情況中的條形掃碼的掃描可靠性、準確性;無線傳輸模塊的通信距離、正確率;聲磁防盜系統的可靠性。圖7是購物車的顯示界面，它可以顯示商品的名稱、條碼號、價格、數量、總價等基本信息，足以實現正常購物結算的功能。

圖7 顯示界面圖

條形碼識別測試，測試環境如圖8所示，d為掃碼器與商品條形碼的距離。

圖8 條碼測試環境示意圖

本次測試為在不同的距離時掃描的速度與準確性，測試數據如表1所示。

表1 條碼識別測試數據

圖9 測試環境示意圖

測試結果表明，掃碼器的掃描100件商品最快只需要60s左右，正確率100%。掃碼器離商品的標簽大于32mm時，才能完整的獲取條碼信息；在大于170mm時，掃碼速度變慢。為了使用戶能夠在快速掃碼區域內掃描條形碼，本設計在掃碼模塊前60mm處，放置一塊擋板，將條碼照射的紅光區域挖空，用戶只要將條碼貼近該擋板就能快速掃碼，不用擔心距離過近或太遠的問題。

無線數據傳輸測試，其測試環境示意圖如圖9所示，分別在空曠與有障礙物的條件下測試通信距離、數據正確率。

空曠條件下，無線測試數據如表2所示：

表2 空曠條件下無線測試數據表

有障礙物條件下，無線測試數據如表3所示，其中24cm為一般墻體厚度。

表3 障礙物條件下無線測試數據表

由表3可知，無線模塊在空曠條件下，有限傳輸距離可以達到300m，但是在有障礙物條件下傳輸距離只有100m。大型超市中貨柜林立，占地面積大，100m的有限傳輸距離無法滿足超市需求，但采用高速遠距離無線模塊，則價格昂貴，且不一定能滿足需求。無線模塊不變的條件下，采用AP組網覆蓋。其原理圖如圖10所示，AP組網技術成熟，性價比高，廣泛用于校園、辦公樓的無線網絡覆蓋。AP一般安裝在天花板，速度可以達到300Mbps/s，每隔100米安裝一個可以實現超市的網絡覆蓋，保證每個購物車與超市主機的連續通信。

圖10 AP組網工作原理圖

聲磁防盜測試（消磁加磁測試）：測試聲磁防盜系統能否有效地完成消磁或者加磁功能，消磁加磁測試設備如圖11所示。

圖11 消磁加磁測試設備

在測試中，與條碼測試一樣，用100件帶有防盜標簽的商品進行消磁加磁測試，測試表明100件商品均能有效的進行消磁加磁。采用的是永久性防盜標簽，在100次重復消磁加磁測試過程中，均沒有發生錯誤。

聲磁防盜測試（防盜測試）：未消磁的物品在出超市時能否被防盜系統識別，防盜測試環境如圖12所示。

圖12 防盜測試

防盜系統采用音叉共振的原理，測試兩防盜門的有效距離，以正常步行速度（1m/s）走過防盜門，看是否能檢測出未消磁的商品。測試結果表明兩防盜門的距離不能大于1.2m，否則防盜門無法百分百保障超市利益。為了解決防盜門距離有限，不足以應付超市高峰期的人流量的問題，可以采用多防盜門的組合，解決防盜距離有限的問題。

經過實際測試，該購物車條碼掃描正確率百分之百，可靠運行時間大于一天，無線模塊傳輸速度、范圍、正確率均符合工業要求，聲磁防盜系統運行正常，足以應付超市日常購物。

4 結論

國內現有超市手推購物車只實現容器功能，并不具備自動結算功能，造成了大量的人力、物力、資源及時間的浪費。智能購物車具有條碼掃描、聲磁防盜、生成付款碼、整合購物信息等功能。核心創新點在于聲磁防盜，目前市面上的購物車都不能有效的做到防盜功能。本設計的聲磁防盜系統，可以有效的保障超市的利益。智能購物車可以代替傳統的手工結算方式，消費者可以自己挑選商品然后掃描條形碼，智能購物車的使用，能夠極大的提高消費者的購物效率，降低超市的人力成本。

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湖南省大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目；省級立項（項目編號：323）。

成雷（1996—），男，湖南永州人，大學本科，現就讀于南華大學電氣工程學院。

李月華（1974—），女，湖南慈利人，碩士，講師，主要研究方向：信號與信息處理。