基于STM32的智能購物車研究

王健，李志剛，賈鈞堯

（ 遼寧科技大學 電子與信息工程學院，遼寧 鞍山 114000）

0 引言

隨著人工智能的發展，研究者們提出了眾多智能跟隨的設計方案，這些方案雖然都達到了其設計目的但是還需要進行改進。就比如說現如今的隨行行李箱利用紅外線探測技術進行自跟隨，但是其紅外線的穿透能力有限；現有的自跟隨行李箱通過物聯網、PID控制算法使其進行跟隨，因其系統所占用的帶寬非常高，最終可能會使其無線通信系統遭受的不小的干擾，同時這個制作價格比較昂貴不太適合大眾使用；還有就是通過其圖像識別算法進行隨行跟蹤，現有的識別隨行功能還算強大，但其還具有設計結構過于復雜、制作成本昂貴等問題。針對以上問題，本文提出了一種結合式的跟隨方式。此設計基于現有單片機控制結合激光測距技術、紅外線技術等實現小車的隨行和避障等功能，具有跟隨性強、性價比高，利于購物等優點。

1 自跟隨購物小車系統總體設計方案

自跟隨購物小車整體設計是以stm32103zet6單片機為其主要的主控芯片，并且還有外圍電路的設計，購物小車通過stm32103zet6單片機的內部自帶資源，如 IIC協議、PWM輸出、AD采集、定時器中斷、外部中斷、 串口通信等諸多功能[2]。通過其自身的激光測距模塊進行距離的數據的采集，然后通過連線與其主控的IO口連接，主控通過程序再運用算法對采集到的數據進行融合處理，得到最終的距離數據將其進行顯示。也可以為了更好的觀察結果，用串口將數據發送到電腦上位機顯示來進行調試，用以加快工程的進展。通過顏色識別攝像頭OpenMV4可識別指定顏色和編號進行跟隨，用戶進入超市購物只需拿取夠物牌掛在自己身上，自跟隨購物小車上的攝像頭對其識別進行跟隨這樣不會發生和其他用戶混淆，通過激光測距模塊所測得的數據主控進行處理以防止在跟隨過程中撞到用戶。stm32103zet6單片機通過IO口PWM輸出方式對其電機驅動模塊TB6612的控制進而使其對2個直流電機的轉速以及轉向進行控制，從而最終實現購物小車的自動跟蹤功能。

2 硬件電路設計

購物小車的硬件電路可分為其供電電路、單片機最小系統、激光測距電路、TB6612電機驅動電路。下面分別介紹下單片機最小系統，供電電路和電機驅動電路。

2.1 stm32103zet6最小系統模塊電路

stm32103zet6的最小系統電路主要包括其主控芯片stm32103zet6以及外設電路。其外設電路有其復位電路、JTAG下載調試電路如圖2、BOOT0/1設置電路、晶振電路，以及濾波部分如圖1。因為單片機對其程序處理速度非常快，進而為了保證電路的穩定性需要在布線的時候進可能合理高效，避免運行過程中發生問題。

圖1 濾波電路

圖2 JTAG 下載調試電路

2.2 供電電路

購物小車整個供電是通過 12V 的鋰電池進行供電，其單片機主控需要的是 3.3V電源，而傳感器模塊工作電壓為5V 電源。所以我們需要對電源電壓進行降壓。采用LM2937-3.3V芯片對其進行降壓將12v電壓降至3.3.V供給主控，采用LM2937-5V芯片對其進行降壓將12v電壓降至5V給激光測距模塊以及攝像頭供電。

圖3 降壓電路

3 系統設計原理

本項目的自跟隨購物小車在其系統設計上具有自跟隨系統和避障系統相輔相成共同工作實現其購物小車的自跟隨功能。其跟隨系統主要用于對其用戶進行鎖定跟著用戶一起運動，通過自身的攝像頭對其用戶進行鎖定。其避障系統用來防止在跟隨過程中遇見障礙所要進行的控制操作，通過激光測距模塊對其周圍環境進行檢測對其相應數據進行處理最后控制電機進而實現避障功能。

跟隨系統是根據OpenMV4攝像頭進行目標選定，采用其顏色識別和數字解析，識別出用戶所拿購物牌特征進行跟隨。通過購物小車前端兩個激光測距模塊對其用戶進行監測，測量出準確距離主控采用算法控制其電機的轉速和轉向。其跟隨距離在0.7m以內，如果兩個激光測距模塊所測距離差過大就進行校準，如果右側距離過大左側距離過小則小車左側輪加速運行使其車輛向右偏經行調整，如果其差距不大就進行直行。

4 軟件設計部分

STM32系列的單片機適用于C 語言進行編程燒錄。所以本次購物小車的程序設計采用C語言編程 ，編譯環境為keil 5編程軟件。對其主控控制的程序流程如圖 4所示。購物小車的工作流程為：剛開始是其系統要進行初始化，初始化程序里設定左右激光測距模塊所測得的距離初始值，然后再通過 OLED顯示屏顯示激光測距模塊測得的距離，通過兩側的激光測距模塊對其障礙的實時距離進行檢測然后通過程序進行判斷是否需要避障。如果是則避開障礙物；不是則保持運動狀態。購物小車前端激光測距模塊測距對其用戶和自己的距離進行測量，然后比較左右兩側距離長短，利用OpenMV4顏色和數字識別攝像頭來對用戶定位，進行跟隨；主控通過程序對其采集的距離值與其設定值進行對比，如果小于設定值則購物小車停止運動進行緩慢后退，如果距離和其設定值差值較小則停止，如何差值過大且測量距離大則需要前進。最后，程序再進行一遍以上流程不停循環，進而實現其自跟隨功能，如此反復運行系統直至用戶購物完畢將其購物牌放回原處。

圖4 主控控制程序流程框圖

5 結語

本項設計是基于單片機對智能小車功能的開發，使用激光測距模塊、攝像頭等設備與單片機進行交互形成一個實時定位跟隨的系統，而且附帶有避障等功能。最后經過我們的測試購物小車可以跟著用戶進行移動，其反應迅速跟隨準確，避障精準。該自跟隨購物小車不僅適應于室內超市的隨行，其抗干擾性強，也可適用于室外隨行避障。可通過改造其外型、使用大功率電機大轉矩以及提高電能的供電裝置等改進，可構成一種性價比較高的智能跟隨裝置可用于工廠跟隨運輸。