基于 STM32 的超市智能购物车 成雷 郑云天 李月华 刘旺 金海涛 胡世鹏 南华大学电气工程学院 摘 要： 超市购物付款排队时间久、效率低下、购物体验差等问题长久存在, 本设计基于上述问题推出一种更高效、性价比更高的智能购物车。智能购物车以 STM32控制器为核心, 通过条形码识别、液晶触摸屏实现商品查询结算功能;Wi Fi 技术实现多购物车与超市数据库实时同步;声磁防盗系统可以减少超市的财物损失, 保障超市利益。智能超市购物车, 缓解了手工结算缓慢, 导致排队付款时间过长的问题。降低超市成本, 为超市创造更多的收益, 达到超市和消费者双赢的目的。关键词： 购物车; 条形识别; 声磁防盗; 作者简介：成雷 (1996) , 男, 湖南永州人, 大学本科, 现就读于南华大学电气工程学院。作者简介：李月华 (1974) , 女, 湖南慈利人, 硕士, 讲师, 主要研究方向:信号与信息处理。基金：湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目;省级立项 (项目编号:323) 0 引言随着物联网技术的快速发展和人民生活水平的提高, 为了适应时代发展, 超市规模也在不断扩大。针对于传统的购物方式, 人们对此提出了更高的要求, 希望能有一种更加智能的、便捷的购物方式。由此具有自主结算的智能购物车的概念由此而生。目前国内市的购物车都是用 RFID 作为防盗标签, 价格昂贵, 不易于安装, 不能广泛用于市场。国外微软公司与 Media Card 推出了一种智能超市推车, 推车能够自动识别顾客的会员卡, 还能展示超市内商品的具体位置, 但是价格高昂, 防盗功能薄弱, 市场认可度不高, 在很长的一段时间内不能实现市场产业化。图 1 实物构造图 下载原图本智能购物车是对普通的购物车结构加以改造, 其构造图如图 1 所示, 购物车上配备一套电子设备, 使其能够完成自主购物功能。当顾客选中一件商品时, 在进行条形码识别后将数据传输到液晶显示屏并快速消磁或加磁;在顾客确认结账后系统便会通过无线模块将顾客购物车内的信息发回终端, 终端会第一时间做出反应, 前台收银员便能随时调出该购物车的商品信息进行快速结账。本设计改变了超市的结算方式, 与传统的手工结算相比, 有效的提高了商品结账的速度, 解决了超市结账排队拥挤的问题和降低超市成本。1 软件设计本设计的软件设计流程图如图 2 所示, 当用户扫描商品条形码后, 条形码扫描器输出的数据通过串口传送至 STM32 控制器。STM32 控制器读取到商品的条形码参数后, 便通过无线模块将数据发送到超市服务器, 并将条形码值与超市数据库进行匹配, 查找出与该条形码值对应的商品。然后再通过无线模块将该商品的相关信息 (商品名称、价格等) 反馈给 STM32 控制器, 进而使液晶屏上呈现商品信息以便消费者查看。在购物过程中, 声磁防盗系统可以有效的保障超市的利益。当用户需要进行结账时, 可以将数据通过无线传输系统发送至收银台, 实现简单快捷的一键式付款。消费者对整个消费过程一目了然, 购物扫码环节全由消费者完成, 从而达到自助购物的目的。图 2 软件设计流程图 下载原图2 硬件系统结构本系统的硬件系统的构成如图 3 所示, 由中央信息处理系统STM32F407ZGT6、E1005 条形扫码模块、无线通信模块、声磁防盗系统等组成。中央信息处理系统 (STM32 控制板) 控制条形扫码模块, 接收外围设备的信息, 同时向外发送命令, 实现对数据的快速处理和各外围模块的精确控制;E1005 条形扫码模块用来查询商品信息;无线充电模块保证智能购物车的正常运行;无线通信模块将商品总额传输至超市服务器, 保证购物车与超市服务器信息同步。图 3 硬件系统构成图 下载原图2.1 中央处理器中央信息处理系统与所有的外围模块相连接, 其硬件电路原理图如图 4 所示。当用户按下开机键时, 购物车将自动连接到超市局域网保证数据实时同步。用户利用购物车扫码购物时, 中央信息处理系统将接收用户发送过来的指令, 然后进行大量逻辑分析运算发出相应命令, 将相关信息发送到相关子系统进行相应操作, 并及时向用户反馈信息。本设计的中央信息处理系统选用 ST 公司的M4 内核的 STM32F407 芯片, 此控制器带有 FPU, 具有 DSP 指令集, 芯片主频高达 168MHz, 价格低, 性价比高, 可多次开发, 具有丰富的外设, 支持串口通信, 具有高性能和低功耗特点, 完全满足超市购物车的性能需求。图 4 中央处理器与外围模块电路图 下载原图图 5 条形扫码工作原理图 下载原图图 6 声磁防盗工作示意图 下载原图2.2 条形码扫描本设计选用 E1005 条形扫码模块, 该条形扫码器结合了智能图像识别技术, 解决了超市商品条形码扫描时图像畸变和不平整的问题, 从而保证了条形扫码器读取商品条码的正确性与快速性, 保证购物车扫描条码的流畅性。E1005 条形扫码器支持自动连续扫描, 用户可以不用任何多余操作, 只需要将条码对准扫描口就能完成扫码过程。E1005 上提供的 TTL-232 串行通讯接口, 可以支持1200bps 至 115200bps 速率。其扫码介质支持纸类、薄膜类、手机、平板等一维条码;扫码速度高达 130 次/秒;支持工业嵌入式开发, 完全可以满足超市条形扫码的要求。其工作原理如图 5 所示, 条形扫码器通过以某个角度将光束发射到标签上并接收其反射回来的光线, 反射的光线是一种模拟信号, 条形扫码器内部将模拟波形转换成数字波形从而获取条码值。2.3 声磁防盗系统设计声磁技术是现代防盗科技发展的最新成果, 工作原理是利用音叉效应使得商品标签只有在频率相同的扫描磁场下才产生共振, 在实际应用中是目前性能最好的防盗系统。本设计在条形识别区添加消磁、加磁设备和磁性感应器, 商品条形码旁边粘贴高粘合力的微小磁贴。其工作示意图如图 6 所示, 顾客不经条形扫码消磁而私自将商品带出超市, 门口的磁性检查器便会鸣叫报警。利用嵌入式系统的精确控制和快速处理在条形码识别后在极短的时间内进行消磁或加磁, 从而解决顾客不扫码便消磁和顾客途中取消某商品购买的问题。3 测试建立一个小型数据库, 里面包含商品的名称、价格、条码, 用编译成功的程序加 STM32 控制板测试实际情况中的条形扫码的扫描可靠性、准确性;无线传输模块的通信距离、正确率;声磁防盗系统的可靠性。图 7 是购物车的显示界面, 它可以显示商品的名称、条码号、价格、数量、总价等基本信息, 足以实现正常购物结算的功能。图 7 显示界面图 下载原图条形码识别测试, 测试环境如图 8 所示, d 为扫码器与商品条形码的距离。图 8 条码测试环境示意图 下载原图本次测试为在不同的距离时扫描的速度与准确性, 测试数据如表 1 所示。表 1 条码识别测试数据 下载原表 图 9 测试环境示意图 下载原图测试结果表明, 扫码器的扫描 100 件商品最快只需要 60s 左右, 正确率 100%。扫码器离商品的标签大于 32mm 时, 才能完整的获取条码信息;在大于 170mm 时, 扫码速度变慢。为了使用户能够在快速扫码区域内扫描条形码, 本设计在扫码模块前 60mm 处, 放置一块挡板, 将条码照射的红光区域挖空, 用户只要将条码贴近该挡板就能快速扫码, 不用担心距离过近或太远的问题。无线数据传输测试, 其测试环境示意图如图 9 所示, 分别在空旷与有障碍物的条件下测试通信距离、数据正确率。空旷条件下, 无线测试数据如表 2 所示:表 2 空旷条件下无线测试数据表 下载原表 有障碍物条件下, 无线测试数据如表 3 所示, 其中 24cm 为一般墙体厚度。表 3 障碍物条件下无线测试数据表 下载原表 由表 3 可知, 无线模块在空旷条件下, 有限传输距离可以达到 300m, 但是在有障碍物条件下传输距离只有 100m。大型超市中货柜林立, 占地面积大, 100m 的有限传输距离无法满足超市需求, 但采用高速远距离无线模块, 则价格昂贵, 且不一定能满足需求。无线模块不变的条件下, 采用 AP 组网覆盖。其原理图如图 10 所示, AP 组网技术成熟, 性价比高, 广泛用于校园、办公楼的无线网络覆盖。AP 一般安装在天花板, 速度可以达到 300Mbps/s, 每隔 100 米安装一个可以实现超市的网络覆盖, 保证每个购物车与超市主机的连续通信。图 1 0 AP 组网工作原理图 下载原图声磁防盗测试 (消磁加磁测试) :测试声磁防盗系统能否有效地完成消磁或者加磁功能, 消磁加磁测试设备如图 11 所示。图 1 1 消磁加磁测试设备 下载原图在测试中, 与条码测试一样, 用 100 件带有防盗标签的商品进行消磁加磁测试, 测试表明 100 件商品均能有效的进行消磁加磁。采用的是永久性防盗标签, 在100 次重复消磁加磁测试过程中, 均没有发生错误。声磁防盗测试 (防盗测试) :未消磁的物品在出超市时能否被防盗系统识别, 防盗测试环境如图 12 所示。图 1 2 防盗测试 下载原图防盗系统采用音叉共振的原理, 测试两防盗门的有效距离, 以正常步行速度 (1m/s) 走过防盗门, 看是否能检测出未消磁的商品。测试结果表明两防盗门的距离不能大于 1.2m, 否则防盗门无法百分百保障超市利益。为了解决防盗门距离有限, 不足以应付超市高峰期的人流量的问题, 可以采用多防盗门的组合, 解决防盗距离有限的问题。经过实际测试, 该购物车条码扫描正确率百分之百, 可靠运行时间大于一天, 无线模块传输速度、范围、正确率均符合工业要求, 声磁防盗系统运行正常, 足以应付超市日常购物。4 结论国内现有超市手推购物车只实现容器功能, 并不具备自动结算功能, 造成了大量的人力、物力、资源及时间的浪费。智能购物车具有条码扫描、声磁防盗、生成付款码、整合购物信息等功能。核心创新点在于声磁防盗, 目前市面上的购物车都不能有效的做到防盗功能。本设计的声磁防盗系统, 可以有效的保障超市的利益。智能购物车可以代替传统的手工结算方式, 消费者可以自己挑选商品然后扫描条形码, 智能购物车的使用, 能够极大的提高消费者的购物效率, 降低超市的人力成本。参考文献1自动购物车J.高科技与产业化, 2016, (11) :18. 2翟倩倩.超市智能购物车服务终端Smart Buy的设计研究D.北京印刷学院, 2017. 3李铁鹏, 蓝灏钿, 王梓霖, 刘征, 章俊杰.“即购”未来超市购物系统J.装饰, 2016, (07) :26-27. 4马旭平, 马金舟, 何诚, 王小柏, 李传约.超市快速智能结算系统的实现J.电脑知识与技术, 2016, (14) :151-154+181. 5高搏, 宣章洋, 张凡, 黄武元.基于嵌入式系统的智能购物车的开发研究J.信息通信, 2015, (04) :122-123. 6陈仕琦.Eshop 购物系统的设计与实现D.吉林大学, 2014. 7李韵.基于 RFID 技术的智能购物车研究与设计J.物联网技术, 2014, 4 (07) :17-19.