基于STM32 F103单片机的智能购物车系统设计

杨 佳 王英志

（1.吉林建筑大学 电气与电子信息工程学院，吉林 长春 130118；2.长春理工大学 电子信息学院，吉林 长春130022；3.吉林省建筑电气综合节能重点实验室，吉林 长春 130000）

0 前言

随着经济的发展和人民生活水平的提高，人们的购物需求也逐渐增长，与此同时超市应运而生。经过几十年的发展，超市的经营模式已经深入人心，超市也已经成为人们日常消费最重要的场所之一。随着超市规模的发展壮大和质量上的保障，越来越多的人们选择在超市购买食品及生活用品。下班时间、节假日或超市促销活动时成为了超市购物的高峰期，此时收银台必定会出现排队长龙，即使所有收银台开放也无法明显缓解付款时的压力。有些顾客即使购买很少量的商品也需要等上很长时间，怨言不断。为了解决付款排队等待时间过长的问题，智能购物车是一个不错的选择。

智能购物车将RFID技术和ZigBee技术相结合，将无线通信的便利和快捷应用在选择商品和付款环节上。

1 系统总体结构

智能购物车系统在传统购物车上安装可触摸的电子系统，其功能是当购物车启动时显示超市近期的促销信息，用户可以通过触摸屏查找所需商品的位置及路线，当用户将商品放入购物车时，液晶屏可以显示此商品的相关信息（商品名称、价格、生产日期、保质期等），并实时显示购物车中商品的总额。用户结账时，通过购物车的无线通信模块将商品总金额传输到收银台，实现一键式付款，大大提高了商品结账的速度，有效的缓解了购物高峰期带来的压力。

本系统由中央信息处理系统、RFID模块、ZigBee通信模块、输入与显示系统等组成[1]。中央信息处理系统是核心控件，实现对数据的处理和各组成部分的控制。RFID模块用于对商品信息进行查询。ZigBee通信模块将商品的总额传输至收银台。触摸屏便于使用户进行功能上的切换，从而显示促销信息、商品信息、购物路线等。系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图

2 硬件设计

下面分别对系统的各组成部分的硬件结构进行设计。

2.1 中央信息处理系统

中央信息处理系统与所有其他模块相连接，当用户通过触摸屏输入数据后，中央信息处理系统将此数据进行分析处理，判断用户所需服务内容（路线导航、商品信息查询等），然后将数据和控制信号传递至相关子系统进行相应动作，并及时向用户反馈信息。

中央信息处理系统选用意法半导体有限公司推出的STM32系列的STM32F103单片机为核心，采用32位基于ARM的Cortex-M3 CPU；2.0-3.6V供电；32K～512K字节的闪存程序存储器；2个12位模数转换器；7通道DMA控制器；串行单线调试（SWD)和JTAG接口；7个定时器，9个通信接口；所有I/O口映像到16个外部中断；几乎所有的端口均可容忍5V信号。中央信息处理系统主要由单片机、时钟电路和复位电路组成，如图2所示。

图2 中央信息处理系统电路图

2.2 RFID 模块

RFID模块采用TI公司开发的一种性价比较高的非接触感应芯片RI-R6-001A作为射频阅读器的核心。它与条形码相比，不需要直线对准扫描，而且可多目标识别和运动识别，RI-R6C-001A芯片采用柔性封装，每秒最多可同时识别50个频率为13.56MHz±7kHz的目标。它采用国际统一且不重复的8字节唯一识别内码(Uniqueidentifier,简称UID)，其中第1～48bit共6字节为生产厂商的产品编码，第49～56bit1个字节为厂商代码 (ISO/IEC7816-6/AM1)，最高字节固定为“EO”[2]。

国际标准化组织已把这种非接触感应芯片写入国际标准ISO15693中。其主要原因是因为该芯片具有封装任意、内存量大、可读可写、防冲撞等独特的功能。

RI-R6C-001A芯片的串行通信接口通常使用三根线，其中的SCLOCK为串行双向时钟；DIN为数据输入，DOUT为数据输出。图3为RI-R6C-001A的电路图[3]。

图3 RI-R6C-001A的电路图

2.3 ZigBee 模块

采用CC2430无线通信模块实现ZigBee通信，它是符合IEEE802.15.4标准的片上Zigbee产品，在单个芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。它共有48个引脚，使用1个8位MCU，128KB可编程闪存，8KB的RAM，还包含模拟数字转换器、定时器、以及21个可编程I/O引脚等。P0、P1口是完全的8位口，P2口只有5个可使用的位。CC2430内部已集成了大量必要的电路，因此采用较少的外围电路即实现信号的收发功能[4]。

2.4 输入与显示系统

本系统采用7寸液晶显示模块——CJT07001BN作为智能购物车的人机交互界面。CJT07001BN支持MCU接口；色彩深度：65K色；支持文字和绘图两种混合显示；内建10KB字型ROM；内建几何图形加速绘图引擎；支持中外多种文字；睡眠模式功能；支持触摸屏；集成4线式电阻式触摸屏控制器；多数开发工作均可在PC机上完成。本系统采用RS232接口[5]，实现单片机与触摸屏的数据通信。

3 软件设计

本系统软件设计采用模块化程序设计方法，包括系统初始化程序、导航程序、无线通信程序、触摸屏显示程序等模块[6]。

系统上电后，首先进行初始化过程，显示待机画面，画面中显示多个选项：商品导航、商品信息查询等，当用户触摸相应选项位置后，系统首先判断是否进入商品导航功能，如果“是”，则转向导航程序；如果“否”，进一步判断是否查询商品信息，如果“是”，通过RFID阅读器读取商品电子标签中的信息（商品价格、厂家、生产日期等），如果放入购物车，被判定为“购买”，显示屏显示商品总额；购买完成后进入结算程序，用户根据商品总额付款。其主流程图如图4所示。

图4 主程序流程图

4 总结

国内现有超市手推车只实现容器功能，并且不能完成货物量的统计查找功能，造成了大量的人力物力和资源时间的浪费。本系统将单片机技术、信息处理、传感器技术、无线通信技术、RFID技术相结合，对传统超市购物车进行改进。

本系统在传统购物车基础上，安装RFID阅读器模块、无线通信模块、触摸显示屏、嵌入式系统及充电模块。顾客可以通过触摸显示屏在超市入口处设定需要购买的商品，系统会在触摸显示屏上显示最快捷的购物路线；商家可以在超市的中央控制系统设定某商品的最新促销活动内容，当顾客通过此设定商品时，触摸显示屏会自动播报视频图像及语音内容；当顾客结帐时，不需要对所购商品逐一扫描，而是一键式付款，每位顾客的付款耗时为30秒左右。于此同时，还可以在系统中显示或者语音播报单个商品的价格、生产日期、生产厂家等信息。

［1］刘兵，刘晓朋，曾翔亮.基于条码识别技术的智能购物车设计[J].森林工程，2012，11.

［2］郑创立.RI-R6C-001A 集成电路的原理与应用[J].国外电子元器件，2004，06.

［3］李文江，高锋，丁睿.RI-R6C-OO1A射频芯片在个人医疗信息系统中的应用[J].电气自动化，2007，29.

［4］刘江沙，雷伟，尹酉.基于CC2430的串口无线模块的设计[J].国外电子元器件，2007，04.

［5］张喆.基于STC89C516的超市智能购物车研发[J].自动化技术与应用,2009,28.

［6］江田.基于RFID的商品购物智能终端的设计与实现[D].大连理工大学，2013，06.