基于STM32 F103單片機的智能購物車系統設計

楊 佳 王英志

（1.吉林建筑大學 電氣與電子信息工程學院，吉林 長春 130118；2.長春理工大學 電子信息學院，吉林 長春130022；3.吉林省建筑電氣綜合節能重點實驗室，吉林 長春 130000）

0 前言

隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，人們的購物需求也逐漸增長，與此同時超市應運而生。經過幾十年的發展，超市的經營模式已經深入人心，超市也已經成為人們日常消費最重要的場所之一。隨著超市規模的發展壯大和質量上的保障，越來越多的人們選擇在超市購買食品及生活用品。下班時間、節假日或超市促銷活動時成為了超市購物的高峰期，此時收銀臺必定會出現排隊長龍，即使所有收銀臺開放也無法明顯緩解付款時的壓力。有些顧客即使購買很少量的商品也需要等上很長時間，怨言不斷。為了解決付款排隊等待時間過長的問題，智能購物車是一個不錯的選擇。

智能購物車將RFID技術和ZigBee技術相結合，將無線通信的便利和快捷應用在選擇商品和付款環節上。

1 系統總體結構

智能購物車系統在傳統購物車上安裝可觸摸的電子系統，其功能是當購物車啟動時顯示超市近期的促銷信息，用戶可以通過觸摸屏查找所需商品的位置及路線，當用戶將商品放入購物車時，液晶屏可以顯示此商品的相關信息（商品名稱、價格、生產日期、保質期等），并實時顯示購物車中商品的總額。用戶結賬時，通過購物車的無線通信模塊將商品總金額傳輸到收銀臺，實現一鍵式付款，大大提高了商品結賬的速度，有效的緩解了購物高峰期帶來的壓力。

本系統由中央信息處理系統、RFID模塊、ZigBee通信模塊、輸入與顯示系統等組成[1]。中央信息處理系統是核心控件，實現對數據的處理和各組成部分的控制。RFID模塊用于對商品信息進行查詢。ZigBee通信模塊將商品的總額傳輸至收銀臺。觸摸屏便于使用戶進行功能上的切換，從而顯示促銷信息、商品信息、購物路線等。系統總體框圖如圖1所示。

圖1 系統總體框圖

2 硬件設計

下面分別對系統的各組成部分的硬件結構進行設計。

2.1 中央信息處理系統

中央信息處理系統與所有其他模塊相連接，當用戶通過觸摸屏輸入數據后，中央信息處理系統將此數據進行分析處理，判斷用戶所需服務內容（路線導航、商品信息查詢等），然后將數據和控制信號傳遞至相關子系統進行相應動作，并及時向用戶反饋信息。

中央信息處理系統選用意法半導體有限公司推出的STM32系列的STM32F103單片機為核心，采用32位基于ARM的Cortex-M3 CPU；2.0-3.6V供電；32K～512K字節的閃存程序存儲器；2個12位模數轉換器；7通道DMA控制器；串行單線調試（SWD)和JTAG接口；7個定時器，9個通信接口；所有I/O口映像到16個外部中斷；幾乎所有的端口均可容忍5V信號。中央信息處理系統主要由單片機、時鐘電路和復位電路組成，如圖2所示。

圖2 中央信息處理系統電路圖

2.2 RFID 模塊

RFID模塊采用TI公司開發的一種性價比較高的非接觸感應芯片RI-R6-001A作為射頻閱讀器的核心。它與條形碼相比，不需要直線對準掃描，而且可多目標識別和運動識別，RI-R6C-001A芯片采用柔性封裝，每秒最多可同時識別50個頻率為13.56MHz±7kHz的目標。它采用國際統一且不重復的8字節唯一識別內碼(Uniqueidentifier,簡稱UID)，其中第1～48bit共6字節為生產廠商的產品編碼，第49～56bit1個字節為廠商代碼 (ISO/IEC7816-6/AM1)，最高字節固定為“EO”[2]。

國際標準化組織已把這種非接觸感應芯片寫入國際標準ISO15693中。其主要原因是因為該芯片具有封裝任意、內存量大、可讀可寫、防沖撞等獨特的功能。

RI-R6C-001A芯片的串行通信接口通常使用三根線，其中的SCLOCK為串行雙向時鐘；DIN為數據輸入，DOUT為數據輸出。圖3為RI-R6C-001A的電路圖[3]。

圖3 RI-R6C-001A的電路圖

2.3 ZigBee 模塊

采用CC2430無線通信模塊實現ZigBee通信，它是符合IEEE802.15.4標準的片上Zigbee產品，在單個芯片上整合了ZigBee射頻(RF)前端、內存和微控制器。它共有48個引腳，使用1個8位MCU，128KB可編程閃存，8KB的RAM，還包含模擬數字轉換器、定時器、以及21個可編程I/O引腳等。P0、P1口是完全的8位口，P2口只有5個可使用的位。CC2430內部已集成了大量必要的電路，因此采用較少的外圍電路即實現信號的收發功能[4]。

2.4 輸入與顯示系統

本系統采用7寸液晶顯示模塊——CJT07001BN作為智能購物車的人機交互界面。CJT07001BN支持MCU接口；色彩深度：65K色；支持文字和繪圖兩種混合顯示；內建10KB字型ROM；內建幾何圖形加速繪圖引擎；支持中外多種文字；睡眠模式功能；支持觸摸屏；集成4線式電阻式觸摸屏控制器；多數開發工作均可在PC機上完成。本系統采用RS232接口[5]，實現單片機與觸摸屏的數據通信。

3 軟件設計

本系統軟件設計采用模塊化程序設計方法，包括系統初始化程序、導航程序、無線通信程序、觸摸屏顯示程序等模塊[6]。

系統上電后，首先進行初始化過程，顯示待機畫面，畫面中顯示多個選項：商品導航、商品信息查詢等，當用戶觸摸相應選項位置后，系統首先判斷是否進入商品導航功能，如果“是”，則轉向導航程序；如果“否”，進一步判斷是否查詢商品信息，如果“是”，通過RFID閱讀器讀取商品電子標簽中的信息（商品價格、廠家、生產日期等），如果放入購物車，被判定為“購買”，顯示屏顯示商品總額；購買完成后進入結算程序，用戶根據商品總額付款。其主流程圖如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

4 總結

國內現有超市手推車只實現容器功能，并且不能完成貨物量的統計查找功能，造成了大量的人力物力和資源時間的浪費。本系統將單片機技術、信息處理、傳感器技術、無線通信技術、RFID技術相結合，對傳統超市購物車進行改進。

本系統在傳統購物車基礎上，安裝RFID閱讀器模塊、無線通信模塊、觸摸顯示屏、嵌入式系統及充電模塊。顧客可以通過觸摸顯示屏在超市入口處設定需要購買的商品，系統會在觸摸顯示屏上顯示最快捷的購物路線；商家可以在超市的中央控制系統設定某商品的最新促銷活動內容，當顧客通過此設定商品時，觸摸顯示屏會自動播報視頻圖像及語音內容；當顧客結帳時，不需要對所購商品逐一掃描，而是一鍵式付款，每位顧客的付款耗時為30秒左右。于此同時，還可以在系統中顯示或者語音播報單個商品的價格、生產日期、生產廠家等信息。

［1］劉兵，劉曉朋，曾翔亮.基于條碼識別技術的智能購物車設計[J].森林工程，2012，11.

［2］鄭創立.RI-R6C-001A 集成電路的原理與應用[J].國外電子元器件，2004，06.

［3］李文江，高鋒，丁睿.RI-R6C-OO1A射頻芯片在個人醫療信息系統中的應用[J].電氣自動化，2007，29.

［4］劉江沙，雷偉，尹酉.基于CC2430的串口無線模塊的設計[J].國外電子元器件，2007，04.

［5］張喆.基于STC89C516的超市智能購物車研發[J].自動化技術與應用,2009,28.

［6］江田.基于RFID的商品購物智能終端的設計與實現[D].大連理工大學，2013，06.