多功能自動化商品展示儀

李澤宇 莫佳洋 賀盛恒

杭州電子科技大學 浙江杭州 310018

據(jù)統(tǒng)計，截至2020年國內(nèi)快閃店場景交易規(guī)模超過800億元。隨著電商的發(fā)展，消費者“只逛不買”比例有所提升，線上購買比線下購買更受消費者歡迎。如今，市場形勢要求快閃店在短時間內(nèi)提升消費者對商品品牌的認知。快閃店通過對消費者信息的收集進行大數(shù)據(jù)分析來提高獲客能力，獲知消費者對商品的各方面需求，進一步減小租用空間，減少人力資源的浪費，快閃店需要變得更加智能化。而我們開發(fā)的多功能自動化商品展示儀就是針對這些需求誕生的，與數(shù)字經(jīng)濟的主題完美貼合。

1 研究目的及意義

1.1 研究目的

(1)該展示儀能對用戶體驗各類商品次數(shù)進行統(tǒng)計，然后對數(shù)據(jù)進行分析，得出各種商品受用戶歡迎程度大小，便于商家了解用戶需求，更好地選擇進貨商品數(shù)量。

(2)對用戶在一天內(nèi)不同時段(每一小時統(tǒng)計一次)對所有商品使用的總次數(shù)進行統(tǒng)計，并對所得到的數(shù)據(jù)進行分析，知道在哪些時段用戶試用量大，可以在用戶試用量大的時段增加展示商品數(shù)量。

(3)對展示儀中商品的溫度及濕度進行遠程監(jiān)控，防止某些商品因溫度、濕度過高或過低產(chǎn)生損壞，影響用戶體驗。

(4)具有報警機制，當試用商品被用戶取走試用時長超過10分鐘時，后臺系統(tǒng)顯示商品試用信息并默認該商品用戶忘記歸還原位或已被盜竊，并報警，然后通知現(xiàn)場工作人員回收該商品并放回原位。

(5)具有火警機制，當展示儀著火時，紅外接收三極管會感應到火焰并將信號發(fā)送給后臺，后臺報警并立刻通知現(xiàn)場工作人員滅火。

(6)用戶在試用完商品后，若想購買該商品，可以通過觀察顧客端屏幕上顯示的商品狀態(tài)來了解對應商品的狀態(tài)，如現(xiàn)場有貨、現(xiàn)場無貨但是有庫存、售罄三種不同的狀態(tài)。

1.2 研究意義

我們的多功能自動化商品展示儀與“快閃經(jīng)濟”完美契合，快閃店指商店存在于一個較短的時間維度內(nèi)，短暫的使用空間，最大化企業(yè)文化傳播效果，以吸引消費者，取得品牌效應。而我們的自動化商品展示儀體積小，用戶體驗感強烈，使用方便，能夠完成考量本地受眾細分、本地銷售淡旺季、本地消費者購買欲望、本地用戶期待項目、本地用戶特殊需求等諸多方面的銷售前數(shù)據(jù)統(tǒng)計的任務。除此之外，展示儀還可以監(jiān)控商品溫度以及庫存等狀態(tài)，只有抓住用戶的需求才能抓住市場，獲得最大的盈利。

2 工作原理

將商品放置于展柜中并在每種展示商品的底部粘貼磁貼片，商品底部的磁貼片與霍爾傳感器ES3144會產(chǎn)生霍爾效應電壓，通過比較放大器得出數(shù)字信號用來判斷磁場強弱，磁場強弱可以用來判斷商品是否被拿走試用，霍爾傳感器ES3144將模擬信號轉化為數(shù)字信號輸出至Arduino開發(fā)板中，在Arduino開發(fā)板中進行數(shù)據(jù)整合，然后通過ESP8266 Wi-Fi MCU上傳到后端的阿里云平臺，在阿里云中通過大數(shù)據(jù)分析，運用多種圖像表格，如柱狀圖、折線圖、餅圖等將所得到的數(shù)據(jù)整合并清晰地展示出來。通過這些數(shù)據(jù)，我們可以分析得到該商品的受歡迎程度，便于商家了解用戶需求，更好地針對銷售做出戰(zhàn)略調整，亦可以通過試用時長的統(tǒng)計設置報警機制。

另外DHT11數(shù)字溫濕度傳感器負責檢測展柜整體的溫度和濕度，以免溫濕度變化引起展品的損傷。DHT傳感器由電容式濕度傳感器和熱敏電阻兩部分組成。濕度傳感器利用電場中介質的變化導致電容變化特性而制作，利用感濕材料吸收水分后介電常數(shù)變化引起敏感電容變化進而表征濕度變化。熱敏電阻則是利用了某些材料的電阻能夠隨著溫度的變化而發(fā)生線性變化性質，通過檢測電路通路內(nèi)電流或者電壓的變化，從而反映出監(jiān)測物體溫度的變化。

紅外接收三極管會監(jiān)測展示儀是否有火焰產(chǎn)生，以避免火勢擴大，其利用紅外線對火焰的敏感特性，用特制的紅外線接收管來檢測火焰，然后將火焰的亮度轉化成電平信號供控制器處理。

3 技術分析

3.1 紅外接收三極管

火焰?zhèn)鞲衅?即紅外接收三極管)是一種對火焰特別敏感的傳感器。火焰?zhèn)鞲衅骼眉t外線對火焰的敏感特性，用特制的紅外線接收管來檢測火焰，然后將火焰的亮度轉化成電平信號供控制器處理。

=

為自發(fā)式極化強度變化量；為溫度變化；為熱釋電系數(shù)。

3.2 霍爾傳感器ES3144

霍爾器件是一種磁傳感器，可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關的場合中使用。霍爾器件是以霍爾效應為工作基礎，在一塊通電的半導體薄片上，加上和薄片表面垂直的磁場B，在薄片的橫向兩側會出現(xiàn)一個電壓，這種現(xiàn)象就是霍爾效應。這是因為通電半導體片中的載流子在磁場產(chǎn)生的洛侖茲力的作用下，分別向片子橫向兩側偏轉和積聚，因而形成一個電場，稱作霍爾電場。霍爾電場產(chǎn)生的電場力和洛侖茲力相反，它阻礙載流子繼續(xù)堆積，直到霍爾電場力和洛侖茲力相等。

穩(wěn)定的平衡條件即載流子受到的電場力與磁場力大小相等，即=，代表每個載流子的帶電量，即一個電子的電荷，代表自由電子定向移動形成電流的遷移速度。

在本裝置中，我們應用了ES3144霍爾傳感器，ES3144是基于雙極半導體(Bipolar)工藝設計和生產(chǎn)的霍爾器件，器件內(nèi)部集成了霍爾效應片、電壓調節(jié)器、反向電壓保護器、信號放大處理電路、施密特觸發(fā)器和一個晶體管的集電極開路輸出驅動器。ES3144具有較寬的工作電壓范圍和較寬的工作溫度范圍，非常適合在汽車、工業(yè)電器和家電等產(chǎn)品中用作固態(tài)電子開關。按照霍爾器件的功能可將它們分為：霍爾線性器件和霍爾開關器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。我們使用的ES3144有兩個輸出端口，ES3144既可以輸出模擬量也可以輸出信號量，滿足了我們的項目需求。

3.3 Arduino開發(fā)板

本裝置的核心是一塊Arduino開發(fā)板，該電路板配有一組數(shù)字和模擬I/O引腳，可以連接各種擴展板或面包板(屏蔽板)和其他電路。這些電路板具有串行通信接口，包括某些型號上的通用串行總線(USB)，也用于從個人電腦加載程序。

本裝置采用的是Arduino Uno R3型號的開發(fā)板，它是一款基于微控制器ATmega328P的開發(fā)板。ATmega328P是一顆基于八位AVR單片機的高性能精簡指令型微控制器，擁有32KB兼容讀寫的ISP快閃存儲器。該芯片具有1KB的電可擦編程只讀存儲器、2KB隨機存取內(nèi)存、23個通用輸出輸入線、32個通用工作暫存器、3個具備比對能力的計時計數(shù)器，同時具有可編程化的通用異步收發(fā)串列界面、一組字節(jié)導向的兩線式串列界面、一組SPI串列埠、6通道10位元類比數(shù)位轉換器(TQFP及QFN/MLF包裝中只有8通道)、一組具有內(nèi)部振蕩器的可編程化計時器、五組可選擇的功率節(jié)約模式。這個單芯片的工作電壓運作在1.8～5.5V之間，但運作效能達到每百萬赫茲(Hz)有1MIPS。正是因為有低功耗的以及低成本的優(yōu)點，它被用于很多物聯(lián)網(wǎng)的方案中。而搭載它的Arduino Uno有14個數(shù)字輸入/輸出引腳(這些引腳中有6個引腳可以作為PWM輸出引腳)、6個模擬輸入引腳、16MHz石英晶振、USB接口、電源接口，支持在線串行編程以及復位按鍵。

基于Arduino的物聯(lián)網(wǎng)設備，運行速度快，功耗低且擁有簡單的代碼指令和強大的拓展性。綜合考慮以上優(yōu)點，我們的多功能自動化商品展示儀，就是采用Arduino連接傳感器芯片，將獲得的傳感器數(shù)據(jù)集中處理。

3.4 ESP8266 Wi-Fi MCU

ESP8266是一款可以作為微控制器使用的成本極低且具有完整TCP/IP協(xié)議棧的Wi-Fi IoT控制芯片。

ESP8266主要具有四大優(yōu)點。第一，很好的耐用性。該芯片工作溫度范圍很寬，因此，它能夠在工業(yè)環(huán)境中持續(xù)工作。該芯片具有高度集成的片上特性和最小的外部離散組件計數(shù)，提供了可靠性和緊湊性。第二，高集成度。小小的一塊芯片中集成了32位Tensilica處理器、標準數(shù)字外設接口、天線開關、RF balun、功率放大器、低噪聲接收放大器、濾波器和電源管理模塊。第三，良好的低功耗設計。ESP8266本就為移動設備、可穿戴電子產(chǎn)品和物聯(lián)網(wǎng)應用設計，通過結合多項專有技術實現(xiàn)低功耗，節(jié)能架構具有三種運行模式：主動模式、睡眠模式和深度睡眠模式，這使得電池供電的設計可以運行更長的時間。第四，強大的處理器性能。微控制器集成了Tensilica 32位RISC處理器，實現(xiàn)超低功耗和最大時鐘速度80MHz。實時操作系統(tǒng)(RTOS)和Wi-Fi堆棧允許大約80%的處理能力用于用戶應用程序編程和開發(fā)。

3.5 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器由電容式濕度傳感器和熱敏電阻兩部分組成。

電荷在電場中會受力而移動，當導體之間有了介質，則阻礙了電荷移動而使得電荷累積在導體上，造成電荷的累積儲存，儲存的電荷量則稱為電容。該濕度傳感器就是利用了電場中介質的變化而導致電容變化特性而制作，利用感濕材料(如聚酰亞胺)吸收水分后介電常數(shù)變化引起敏感電容變化，進而表征濕度變化。該電容式濕度傳感器靈敏度高、制造成本低、動態(tài)響應時間短、熱損耗極小。而熱敏電阻則是利用了某些材料的電阻能夠隨著溫度的變化而發(fā)生線性變化性質，通過檢測電路通路內(nèi)電流或是電壓的變化，從而反映出監(jiān)測物體溫度的變化。

在集成電路內(nèi)部，這兩個傳感器與一個高性能8位單片機相連接，可以將一些模擬信號轉換到數(shù)字信號，將溫濕度以數(shù)字信號方式輸出。因此，該產(chǎn)品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選擇。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝，連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。

本裝置中采用了DHT11傳感器同時檢測自動化展柜的溫度和濕度，再將得到的反饋通過數(shù)字輸出到后臺界面。數(shù)據(jù)傳輸采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次傳送40位數(shù)據(jù)，高位先出。輸出數(shù)據(jù)的格式為8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗位。

4 結論

隨著“快閃經(jīng)濟”市場規(guī)模的日益擴大，眾多品牌希望提高在經(jīng)濟發(fā)達區(qū)域的知名度，這讓我們的多功能自動化商品展示儀的應用前景也變得愈加廣闊。又因為我們的展示儀是一個多功能展示臺，與多種物理效應有關，原理簡單，且與用IC卡做商品信息識別相比，我們的產(chǎn)品成本會大大降低，而我們現(xiàn)在還有很多功能可以去完善及拓展，且會隨著功能的完善使產(chǎn)品的市場空間更加廣闊，表現(xiàn)在如下方面：

(1)我們的多功能自動化商品展示儀可以通過與電子屏幕相連接來更加生動地演示展示物品的各項詳細數(shù)據(jù)。如當一個商品從展臺被顧客拿走，電子屏幕上就會立刻出現(xiàn)商品的詳細信息、以此來更加貼合如今時代快閃店的主題，將快閃店的流通性與商品推銷屬性推向更高層次。

(2)目前我們制作了一個簡易的庫存數(shù)據(jù)庫，并通過自動化商品展示儀上的綠黃紅二極管的閃爍來分別表達物品在快閃店現(xiàn)場有貨、庫存有貨、商品已告罄，但在我們以后的應用當中我們會建立一個更加完備的庫存數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)更大量的商品展示效果，并在數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)對更多商品的分門別類，實時更新庫存數(shù)據(jù)，更加滿足當下快閃店對商品多樣化的展示需求。

(3)我們的自動化商品展示儀與阿里云平臺連接，對客戶的各項數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析，只有在某種商品離開展示臺10分鐘以上才會發(fā)出報警，并以此監(jiān)測展示商品是否未歸還或丟失，然后將信息反饋給現(xiàn)場工作人員。目前還沒有實現(xiàn)整個快閃店的無人化，因為我們的展示儀沒有對每個商品進行定位，無法判斷商品是丟失了還是顧客未歸還，也無法對商品丟失后進行及時處理。在未來，我們計劃對每個商品增添三角定位功能，監(jiān)測每個商品的位置，當商品位置超出快閃店范圍時直接報警，使商品在快閃店的安全性大大提高。在快閃店的廣闊發(fā)展前景下，使店鋪真正做到無人化，節(jié)約人力資源成本同時還能大大縮小店鋪的租用面積，使商品的展示效率更高。