基于物聯網的發貨保障系統設計

夏家輝　楊虹

摘 要：隨著電子商務的蓬勃發展，在發貨過程中出現的一些人為操作失誤帶來的損失是電商賣家們需要避免的。系統選取重量這一與商品材質高度相關的參量作為區分貨品的主要因素，通過重量與相應商品的適配關系來判別分析選定商品是否為某一款類商品以及是否合格。系統基于STM32F103芯片，以應變式稱重傳感器來采集重量信號，并經HX711芯片放大與A/D轉換。通過與數據庫中標準商品重量范圍值的比較，保證發出商品為對應型號，同時自動對已發出的合格商品進行計數。

關鍵詞：物聯網;電子商務;STM32;發貨保障;A/D轉換;HX711

中圖分類號：TP29文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）04-00-02

0 引 言

電子商務的蓬勃發展對電商賣家們提出了越來越高的要求。他們不再是單單依靠比拼價格取勝，而是從各方面來節省成本，提升利潤[1-2]。由于現階段大多數商家的發貨過程并未實現全自動化，還需要依賴大量人工操作，導致發錯貨、少發貨、瑕疵貨品發出、貨品被調包等狀況層出不窮。

盡管阿里巴巴、京東、蘇寧等主要電商平臺，以及大型快遞物流商已逐漸采用智能分揀機器人來提高配貨和分揀貨物的效率和準確率。例如菜鳥的無人倉，京東的“亞洲一號倉”[3]，它們都使用了大量AGV（Automated Guided Vehicle），即無人運輸車。但是一臺AGV小車的價格約十萬元，而且需要專業人員進行系統維護，因此在現階段運用AGV進行貨物分揀成本非常高[4]。

針對當下現狀，建立一套經濟實用的發貨商品屬性檢測系統很有必要。

1 系統設計

在貨品大類選擇已定條件下，一件商品的尺寸、重量、顏色、材質等屬性參數可以與商品來源、規格、質量關聯。當下定制化商品較多，因此型號也很多。例如一款保溫杯有3種顏色，4種不同的容量，2種不同的材質，那么型號為

24個，可能對應24種價格。僅考慮顏色、材質、容量大小無法有效區分產品型號，但產品顏色一致時，不同材質或不同容量的產品重量不同，因此可以根據產品重量的差別精準區分產品的不同型號。

對于不同型號的貨品，需建立數據庫并錄入每種型號標樣的重量范圍。當貨物被放置在操作臺上，顯示屏可實時顯示當前貨品的重量。并將當前商品測得的重量與數據庫中標準商品的重量范圍值進行對比，如果商品的重量在標準重量范圍值內，則該件商品合格，可以發出，且商品發出數目加1。反之，蜂鳴器報警，提示操作人員該件商品異常，不能發出。系統工作流程如圖1所示[5]。

2 硬件設計

系統采用精度可達0.1 g的重力傳感器模塊采集商品的重量信息，集成有信號放大和A/D轉換功能的HX711芯片對信號進行放大與數模轉換處理。STM32F103處理器完成系統數據與數據庫信息的對比，判定商品是否合格，并做出相應處理。LCD12864模塊可對系統工作的結果進行實時顯示。

2.1 主控制模塊

系統采用STM32F103主控芯片，內核為Cortex-M33的32位ARM微控制器，其工作頻率為72 MHz，內置512 KB的高速閃存和64 KB的SRAM，有性能強大的外設，如3個12位的ADC、4個通用的16位定時器和2個PWM定時器。具有豐富的增強I/O端口和聯接到兩條APB總線的外設，還包含有標準和先進的通信接口，能很好地滿足本系統的要求[6]。

2.2 重量采集模塊

重量采集模塊采用雙孔懸臂平行梁應變式重力傳感器。它由電阻應變片、檢測電路和彈性體組成。工作原理：基于彈性體在外力作用下產生彈性形變，使粘貼在它表面的電阻應變片隨同變形，電阻應變片變形后，其阻值發生變化。再經相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電信號，從而完成將外力變換為電信號的過程[7]。傳感器電橋的四個臂接工作應變片均參與機械變形。當電橋處于平衡狀態時，傳感器的輸出電壓與激勵電壓及傳感器的形變量呈線性關系[8]。

2.3 HX711芯片

電阻應變式稱重傳感器采集到的重量信號還需要經過放大和A/D轉換后才能傳入主控芯片中進行分析處理。HX711是專為高精度電子秤設計的芯片，具有集成度高、響應速度快、抗干擾性強等優點。內部集成有放大模塊和24位A/D轉換模塊。芯片內有兩路可選差分輸入，即A路與B路，輸入選擇開關可以按需選擇。A路對應的放大器增益編程可選，為64或128，B路對應的放大器增益為固定的32。A/D轉換部分可以實現模擬量到數字量的轉換，其電路結構如圖2所示[9]。

2.4 LCD顯示模塊

為了更好地完成人機交互，該發貨保障識別系統采用LCD12864液晶顯示屏顯示相關數據。上電工作后可配合單片機完成圖形、漢字、英文字符的顯示，顯示器與外部控制單元的接口可采用串行或并行方式控制，其分辨率為128×64。LCD12864內部主要由LCD顯示屏、控制器、驅動器和偏壓產生電路構成[10]。

系統上電后液晶顯示屏分3行顯示數據信息，分別顯示商品重量、標準重量范圍中間值、發出商品的計數結果。用單片機的I/O引腳就可以實現對該模塊的控制[11]。

3 軟件設計

程序通過Keil μVision4編譯，采用結構化的C語言編寫系統程序。系統程序除了主程序外，還包括HX711，LCD12864，UART三部分子程序。各部分子程序中除了包含相關程序的頭文件外，還包含引用的函數[11]。

主函數程序實現了設計的功能，它定義了相關芯片的引腳，對存儲器的數據進行讀和寫入。通過對相關函數的調用，實現了采集貨品重量信息并對采集到的信息進行處理的目的。主程序流程如圖3所示。

3.1 HX711子程序

HX711程序部分定義了延時函數與讀取函數，可對信號放大128倍并把數字信號轉換成模擬信號輸出。

3.2 UART子程序

UART程序部分首先定義了初始化函數，然后定義了字符串發送函數與單個字符發送函數，可以把并行輸入信號轉換成串行信號。

3.3 LCD子程序

在本設計中，LCD12864需顯示3行數據。我們要先對LCD進行初始化，定義相應管腳。然后根據實驗需要分配三行數據的位置坐標。第一行重量顯示的行坐標為0x80，顯示字符“Weight”;第二行標樣重量范圍中間值的行坐標為0x90，顯示字符“Standard”;第三行計數的行坐標為0x88，顯示字符“Count”。根據設計要求，設定每行顯示4位數據，初始值為“0000”。第一行與第二行的單位都均為“g”，第三行的單位為“p”[12]。

4 系統測試

選取一款僅材質不同的LED燈罩對本系統進行測試。該款燈罩有3種型號。型號1～3的材質分別為高透光率的亞克力材料，PVC，普通亞克力材料。三種燈罩的重量分別是200 g，217 g，245 g。當設定系統標準重量為200 g時，型號1為合格商品，可通過檢測并計數，型號2及型號3無法通過檢測，系統報警。同樣設定型號2和型號3為合格商品時，系統均可以很好地保證合格商品通過并計數，同時對不合格的商品進行預警。

5 結 語

為了提高電商發貨過程中的發貨效率從而減少經濟損失，我們設計了一套以STM32F103為核心的發貨保障系統。該系統以重量這一商品屬性作為區分商品是否合格的判別要素，從而幫助區分商品是否為指定產品以及是否合格。經過測試，該發貨保障系統能很好地對產品進行識別并統計發出的合格商品總數，同時對不合格產品進行預警。

參考文獻

[1]李治國.“雙十一”為何又創新高？[N].社會科學報，2019-12-05（改革實踐）.

[2]吳桂賢.新時代電子商務發展對策研究[J].山西農經，2019（20）：131-132.

[3]李禾.無人物流未來已來[J].中國品牌，2018（8）：46-48.

[4]王震，范學慧.AGV小車系統在自動化物流系統中的應用[J].南方農機，2019，50（18）：56.

[5]李鑫，任安虎，陳沐萱，等.基于STM32的智能巡邏管家設計[J].物聯網技術，2019，9（12）：91-93.

[6] XIAO H H，LUO J M. Design of electrical parameter measurement system for three phase AC motor based on STM32 [J]. Sensors & transducers，2014，174（7）：205-210.

[7]張波，王晨陽，徐傳旭，等.基于STC89C52和HX711的電子秤設計[J].現代信息科技，2019，3（8）：42-43.

[8]韋康康，屈力揚，秦會斌.電子天平的研究與設計[J].機電工程，2011（3）：317-319.

[9]葛耿育.基于STC89C52的LCD12864液晶串并行顯示設計[J].遵義師范學院學報，2016（5）：98-101.

[10]張思卿，張帆.一款新型智能電子秤的設計[J].物聯網技術，2019，9（7）：51-53.

[11]王李冬，安康，徐瑋.單片機與物聯網技術應用實戰教程[M].北京：機械工業出版社，2018：265.

[12]深圳科比商貿.液晶顯示模塊技術手冊-12864B[EB/OL].http：//risym.tmall.com，2017-05-18.