針對電子元器件銷售的校園無人售貨機

李澧想 姚紫俊 喬鑫 王志淳 王嘉俊 丹純

摘? 要：為解決在疫情等情況下學生在校園購買電子元器件不方便的問題，筆者設計了一款專門針對電子元器件銷售的校園無人售貨機。一般電子器件的體積較小，筆者設計的無人售貨機充分考慮了這一特點，進行了獨特的外形結構設計。采用阿里云通信技術，開發了無人售貨機的數據庫處理系統;以微信小程序為基礎，設計了無人售貨機的支付模塊。無人售貨機能夠讓學生在校園內購買電子元器件更加便捷、安全，具有重要的推廣價值。

關鍵詞：無人售貨機? 電子元器件? 阿里云通訊? MCU（單片機）

中圖分類號：TP2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2021）02（c）-0004-04

Campus Vending Machine for Electronic Components Sales

LI Lixiang1? YAO Zijun1? QIAO Xin2? WANG Zhichun3? WANG Jiajun4? DAN Chun4

（1.School of Electronic Information and Automation， Civil Aviation University of China; 2.School of Aeronautical Engineering， Civil Aviation University of China; 3.School of Computer Science and Technology， Civil Aviation University of China; 4.School of Economics and Management，? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Civil Aviation University of China， Tianjin， 300300 China）

Abstract： In order to solve the problem that it is inconvenient for students to buy electronic components on campus in the case of epidemic， a campus unmanned vending machine is designed specifically for the sale of electronic components. Generally， electronic devices are small in size， and the unmanned vending machine designed by the authors takes this feature into full consideration， and has a unique shape and structure design. The database processing system of unmanned vending machine is developed by using Ali Cloud communication technology. Based on WeChat applet， the payment module of unmanned vending machine is designed. The unmanned vending machine can make it more convenient and safe for students to buy electronic components on campus， and it has significant application value.

Key Words： Unmanned vending machine; Electronic components; Ali Cloud communication; MCU

近年來，無人售貨作為新興的銷售模式在我國飛速發展，它不受經營時間的影響，也沒有大批進貨費用、裝修費用，具有經營方式靈活、回報周期短的特點。而作為無人售貨模式重要載體之一的無人售貨機，就是該文重點研究的對象。但市場上現有的無人售貨機主要以飲料、零食為主，產品單一，不能滿足學生在校園內對學習用品如電子芯片、OLED、STM32C8T6核心板等電子元器件的需求。因此，一種人與人無接觸，專門針對校園內電子元器件銷售的無人售貨機就成為了該文想要設計制作出來的對象[1-2]。

1? 整體外框結構設計

電子器件無人售貨機的機械機構設計，主要由3個部分組成：售貨柜、柜鎖和柜門。電子元器件具有體積小、形狀不一的特點。傳統的售貨柜采用螺旋出貨方式，不利于產品自動出貨，因此該款無人售貨機具有適合放置電子元器件售賣，以及避免了人與人相互接觸售貨的特點，同時具有成本低，占用資源少，靈活性高的特點。具體設計見圖1。

圖1（a）是無人售貨機的售貨柜。由于所售賣物品為電子器件，電子器件本身具有體積小的形狀特點。因此，售貨柜采用傳統的螺旋出貨彈簧方式不利于產品自動出貨。該文針對這一問題，使用貨柜格子的形式放置電子器件，當用戶選擇好商品后，可直接從貨柜格子中取出。

柜鎖使用智能柜電控鎖，如圖1（b）所示，采用關門（斷電）上鎖，通電觸發開鎖的工作模式，由單片機來控制鎖的開關。

柜門如圖1（c）所示，采用透明的PC塑料門，便于用戶選擇心儀的電子器件。售貨柜、柜鎖、柜門、控制系統組裝，構成一個完整的硬件結構。

2? 云上數據庫系統

阿里云擁有中國唯一自主研發的計算引擎和EB（EB=1，024PB=1，048，576TB=1，152，921，504，606，846，976Bytes）級的大數據存儲和分析能力、10K任務分布式部署和監控，以及可靠易用的云、全局智能的大數據、云端一體的智聯網和隨時隨地的移動協同，加之眾多經典的行業解決方案，因此該文設計的校園電子器件無人售貨機以阿里云為基礎，個性化定制數據庫處理系統。

與阿里云通信流程：登陸阿里云物聯網平臺，將單個貨柜柜格對應的ID預存在平臺上，當顧客完成支付后，柜格對應ID發送改變，云端分別向設備端的SIM800C的通信模組和通過SSH（Secure Shell Protocol，即安全外殼協議）工具向阿里云手機端發送數據。向通信模組發送數據的目的是打開規格，向阿里云手機端發送數據的目的是提醒管理員按時上貨。

該數據庫處理系統后臺處理過程見圖2。

設備的硬件由一個STM32F103ZET6單片機加上一個SIM800C通信模組構成，設備的應用邏輯運行在MCU（單片機）上，通信模組支持MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，即消息隊列遙測傳輸）功能并提供AT指令（AT，即Attention），AT指令是應用于終端設備與PC（Personal Computer，即個人計算機）應用之間的連接與通信的指令）給MCU使用，MCU控制模組連接云端服務以及收發數據。設備廠商需要將Link SDK（Software Development Kit，即軟件開發工具包）集成并運行在MCU上，讓Link SDK通過通信模組連接到阿里云平臺。

SDK使用MQTT與阿里云平臺通信，對于該模組只支持TCP（Transmission Control Protocol，即傳輸控制協議）的情況，意味著MCU上需要使能SDK自帶的MQTT Client（Client，即客戶端），由MQTT Client將用戶數據封裝成MQTT協議之后通過通信模組上的TCP模塊將數據發送到阿里云物聯網平臺。

MCU與模組之間使用UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，即通用異步收發傳輸器）進行連接，通過UART接收來自模組的數據，由于UART是一個字符一個字符的接收數據，因此還需要對收到的數據組裝并判斷AT指令是否承載TCP數據，如果是，才能將TCP數據發送給TCP連接管理模塊。設備開發過程見圖3[3]。

3? 人機交互頁面設置

3.1 上位機與串口屏人機交互頁面設計

圖4（a）為人機交互頁面，這個交互頁面通過阿里云物聯網平臺獲得商品ID信息，并將商品ID轉換成二維碼，圖4（b）為商品存放柜。人機交互頁面由兩部分組成，上側指定區域為商品二維碼，下側指定區域為矩陣觸摸按鍵。用戶選擇對應的商品，按下商品前的標號，顯示相應的二維碼，當用戶掃碼付款時，阿里云物聯網平臺上對應商品的ID先發生改變，顯示付款成功的圖案[4]。

3.2 單片機控制繼電器開關設計

單片機控制繼電器開關流程圖見圖5，當沒有用戶掃碼時，單片機通過保持繼電器斷開，來保證商品防盜，增加了可靠性。當有用戶掃碼時，繼電器開關由原來的斷開位變為閉合位，產生較大的電流，控制繼電器鎖閥打開，用戶成功取走貨物，并將缺貨消息告知單片機。

4? 支付模塊

微信小程序具有用完即走、使用即用戶、曝光度高、開發周期短等特點，并且提供了微信支付的接口，簡單方便。因此，該文以微信小程序為基礎，設計了支付系統。該系統主要由3個部分組成，具體介紹如下。

4.1 支付模塊

此模塊基于微信Native支付接口開發，支持掃碼開鎖和支付功能，便于用戶操作。

4.2 商品信息瀏覽模塊

提供商品詳細數據以及相關使用資料，方便用戶查詢。

4.3 個人主頁模塊

包括缺貨提醒、歷史訂單、優惠券、幫助信息等。基于微信小程序的信息服務平臺具有快捷、高效的特點，免去了用戶下載專用軟件的繁瑣[5]。

5? 總體使用流程

每個柜格的商品ID都已經在阿里云物聯網平臺上實現對應綁定，對應商品的ID數據已經存在了串口屏內存中。當顧客在串口屏的操作頁面上確定選擇了心儀的商品后，串口屏首先顯示出對應商品的付費二維碼，等顧客支付完成后，阿里云物聯網平臺上對應商品的ID先發生改變;然后，阿里云物聯網平臺一邊通過SSH工具向管理員手機上的阿里云APP發送狀態信息，一邊向SIM800C通信模組上的TCP模塊發送商品ID改變的數據;接著通信模組將數據MQTT格式通過UART發送給單片機，單片機經過算法的邏輯判斷后，則會閉合與柜格相連的觸電器，鎖被打開，顧客就可以取出商品了;與此同時，單片機同樣以UART的方式向串口屏發送已被購買成功的商品的數據，串口屏接收到數據后就會顯示對應商品付費成功的頁面;最后，阿里云物聯網平臺會通過SSH工具向管理員手機上的阿里云APP發送這筆交易的實時狀態信息，以供管理員實時監控售貨機內的庫存情況[6]。

6? 結語

該文設計的這一種電子科技無人售貨機，能實現針對電子元器件的無人售賣，并通過服務器實時監控貨物狀態信息。該售貨機現已實現產品化，性能穩定、收銀界面友好、支持網絡支付，同時配送部分前端存在串口屏進行人機交互信息顯示，首次應用阿里云平臺也能給管理員和用戶一種全新的體驗。該售貨機主要適用于學校，未來也可根據需要來改造內部結構，廣泛用于公園、醫院等場所。對比2020年第四季度和2021年第一季度的售賣數據，無人售貨機銷售金額基本平穩，能為現有校園市場貢獻15%～25%的收益。

參考文獻

[1] 馬培力.全自動無人售貨與自動販賣系統[J].兵工自動化，2019，39（3）：36-37.

[2] 顏莉霞.“新零售”下特許經營單店盈利模式探析[J].中國商論，2018（8）：1-2，5.

[3] 暢毅，王亮，黃勁松，等.基于BD930板卡的RTK測量系統研制[J].測繪通報，2017（1）：97-101，105.

[4] 黃丹輝.基于人機交互的電子產品設計研究[J].現代信息科技，2020（17）：1-3.

[5] 席潔.基于PKI技術的電子商務安全支付系統[J].科技創新導報，2020（9）：1-2.

[6] 吳梅，姚敦紅.基于UML的無人超市售貨系統設計[J].電腦知識與技術，2020（26）：1-3.