基于樹莓派和條碼識別的智能購物車設計

文/李璇 邵高鋆 李麗

基于樹莓派和條碼識別的智能購物車設計

文/李璇 邵高鋆 李麗

本設計是一臺專為大型超市設計的智能購物車，該智能購物車集掃碼、計價、結算和防盜于一體，主要實現的功能是顧客購物預算控制與自助結賬，同時還具有一定的防盜功能。本文主要討論的是基于樹莓派和條碼識別的智能購物車，研究它的軟硬件組成、工作流程以及使用價值等。

樹莓派 條碼識別 購物車 設計

隨著社會經濟的發展，大型超市隨處可見，超市商品也越來越豐富，但是對消費者來說，在超市購買商品有時并不是一件輕松愉快的事情：大型超市往往會出現顧客結算付款的長隊，特別是在促銷期間或節假日時間。等待結算時間過長可能會影響消費者的購買心情和購買力，從而影響超市的長遠發展。智能購物車的研發就可以解決以上問題。

對于消費者而言，智能購物車可以方便超市消費者購物，使消費者輕松省時地無需再走到收銀臺進行等待結賬和最終付款等一系列活動。對于超市而言，智能購物車可以替代收銀員功能，還可以增加超市的營業額：先進的技術可以方便顧客，吸引客流量，促進商品購買。

1 智能購物車的硬件組成

本智能購物車是對普通的購物車結構和功能加以改造，配備一系列的電子設備，主要的控制設備是一塊樹莓派3B開發板。在購物車推手前方中央安裝樹莓派3B，并安置一塊7寸的觸摸屏作為主要的顧客操作終端；在樹莓派一旁安裝一個高清攝像頭實現對商品條形碼的識別；在觸摸屏一旁在購物車上部安裝一個透明遮蓋板，在購物車兩旁安裝軌道和直流電機控制透明遮蓋板的開合，以實現一定的超市商品防盜功能，如圖1所示。

1.1 樹莓派3B

樹莓派3B是一種小型的卡片式的電腦主板，功能強大，擴展性強，引出了96個GPIO接口，包括SPI、I2C、RGB/LVDS、CSI/TS、ADC等眾多接口，能用來接多個底層外設（步進電機、LCD觸摸屏、攝像頭、RFID等等），有SATA和HDMI口，支持高清輸出，支持SSD硬盤，加上鍵盤鼠標就是一個完整的電腦。

（1）由于樹莓派體積小且較為廉價，故很適合安裝應用在超市購物車上；

（2）樹莓派具有多個接口，我們可以通過它控制各種硬件設備。樹莓派可以連接觸摸屏供超市消費者直接在觸摸屏上操作購物；可以連接攝像頭，使消費者可以自行掃描商品；它還可以連接電機控制進行購物車的開合，在一定程度上實現超市商品的防盜。所以直接應用樹莓派來設計一臺智能購物車是很合適的。

1.2 觸摸屏

本設計采用樹莓派3代raspberry pi3 7寸LCD觸摸屏，其分辨率高達800*480像素，24位RGB顏色，是多觸摸電容性觸摸屏，靈敏度高。

圖2

1.3 條碼識別

現在幾乎所有大型超市都是使用條碼掃描槍對商品條形碼進行識別掃描，RFID在超市的應用并不是很廣，RFID主要用在超市較為貴重的商品上，一般的商品不會使用RFID。所以本系統對于商品的識別采用條碼識別技術而不是RFID技術。本設計中條碼識別通過集成的高清攝像頭模塊實現。樹莓派3B中下載安裝的是官方樹莓派系統raspbianjessie，也就是Linux系統，通過把攝像頭模塊與樹莓派相連接，再編寫相應的攝像頭驅動程序與條碼識別程序，就可以實現對商品條形碼的掃碼識別。

1.4 電機模塊

本設計使用的是直流減速雙軸電機和LN298電機驅動模塊。直流電機的工作電壓為3-6V，減速比為1:48，這種電機主要用來驅動樹莓派或Arduino小車，馬達力量足夠驅動購物車上部透明遮蓋板的開合。LN298電機驅動模塊主要用來驅動電機轉動，其主要是有一個L298N雙H橋驅動芯片，可以驅動兩路步進電機、直流電機、減速電機，它的工作電壓為12V，也不會對消費者造成傷害。本設計的電機模塊主要是將兩路直流電機與LN298相連，LN298與樹莓派GPIO接口相連，然后通過樹莓派控制LN298電機驅動模塊來控制電機轉動。

1.5 電源電路

樹莓派3B使用5V/2.5A電源進行供電，LN298電機驅動模塊使用12V電源供電。

2 智能購物車的工作流程

本設計的智能購物車的工作流程為：

（1）顧客設置本次購物的購物預算；

（2）進入購物界面，在顧客想要購買某件商品時，將商品放置在攝像頭前進行識別，識別成功后顧客點擊“確定將商品加入購物車”，透明遮蓋板開合5秒，顧客將商品放入購物車；

（3）本次購買結束后，進行結算。顧客點擊“結算”生成支付二維碼，顧客進行掃碼支付；

（4）掃碼支付完成后，購物車上部透明遮蓋板徹底打開，顧客取走商品，60秒后自動關閉，等待下一位顧客。

3 智能購物車的軟件設計

為實現智能購物車的功能，本設計采用了標準化和模塊化程序設計方法。智能購物車的軟件主要包括：系統初始化程序、購物界面程序、條碼識別程序、價格查詢程序、電機控制程序以及計價結賬程序等模塊。系統首先進行初始化，包括樹莓派、觸摸屏、攝像頭的初始化。然后系統進行購物界面；通過條碼識別模塊讀取商品條形碼的信息并返回給主程序進行處理，通過數據庫查詢到該商品對應價格等信息；期間將確定購買的商品再次掃描后通過電機控制程序開合遮蓋板，將商品放入購物車；最后計算商品總價，生成支付二維碼進行掃碼結賬。

該系統軟件流程圖如圖2所示。

4 結語

本智能購物車具有以下特點：

（1）支持顧客設置本次購物的購物預算，當超過預算時會提醒顧客。

（2）支持顧客隨時查看此時已加入購物車的商品的詳細信息。

（3）支持顧客自助結賬，支付寶掃碼支付。

（4）具有一定的防盜功能。

隨著超市產業的高速發展，大型超市越來越多。超市越大，人們購買的商品也越多，同時花費在結賬時間上也越長，一臺智能購物車就顯得必不可少了！它可以讓消費者購物更輕松、方便、快捷，還可以讓超市經營者省時省力省資金，也讓超市走向現代化、智能化。

[1]李根,朱其祥.基于RFID技術的智能購物車系統設計[J].赤峰學院學報（自然科學版）,2017(05)：19-21.

[2]高搏,宣章洋,張凡等.基于嵌入式系統的智能購物車的開發研究[J].信息通信,2015(04)：122-123.

作者單位 華中師范大學計算機學院 湖北省武漢市430079

李璇（1996-），女，湖南省益陽市人。華中師范大學計算機學院物聯網工程專業本科生。