基于条码识别技术的智能购物车设计

刘 兵，刘晓朋，曾翔亮

(东北林业大学工程技术学院，哈尔滨150040)

1 引言

随着我国经济水平的快速发展，人民的生活水平不断提高，越来越多的消费者选择去大型购物超市购物消费。但由于管理体制等原因，导致超市一线员工流动率过高，阻碍了超市的可持续发展［1］。据报道，在中国部分城市的超市存在多种价格欺诈行为，家乐福超市就受到价格主管部门的严厉处罚［2］，给企业形象带来了严重的负面影响。同时，顾客排队等候时间过长，也一直是大型超市面对的重要难题。为解决这些问题，研发了基于条形码识别技术的超市智能购物车。

本智能购物车是对普通的购物车结构加以改造，配备一套电子设备，购物车推手的前方左端是一个专门刷购物卡的磁卡读卡器，中间是一块5.7英寸的触摸屏，右端是一个扫描仪和EAS解码器，整个系统的电力是由位于购物车下方的蓄电池供应的，其三维图如图1所示。

图1 购物车三维图Fig.1 3D image of the shopping cart

由于考虑到超市的一次性投入成本，初期阶段，本智能购物车的功能主要是针对拥有超市购物卡的顾客而设计，因次在使用此智能购物车之前，顾客必须将购物卡插入磁卡读卡器中。购物车主要包括两个功能:查价和结算。但系统默认的功能是查价，即消费者想查看某一商品的价格时，只需把商品的条形码对准扫描仪，液晶屏上即显示商品的价格 (如图2所示)。如果消费者满意，可以把商品放到购物车的右端;如果消费者不满意，则只需把商品重新放到货架上即可。当消费者将所有需要购买的商品都放到购物车以后，并且也确认都需要购买时，需手动在触摸液晶屏上选择“开始结算”功能，然后将购物车右端的商品再重新放到扫描仪上扫描，此时在扫描的瞬间，EAS系统的解码器对商品的软标签进行解码，同时，系统会自动从购物卡里扣除相应的金额，然后再将解码后的商品放到购物车的左端。当将所需的商品全部结算完后，在触摸屏上选择“购物结束”按钮 (如图3所示)。此时，会弹出是否打印购物小票的窗口，若选择“是”，则系统会生成一个密码，消费者在超市里的购物小票打印机的键盘上输入相应的密码，即可打印;消费者选择“否”，则自助购物结束。

图2 查价界面Fig.2 Query interface

图3 购物界面Fig.3 Shopping interface

2 硬件系统基本架构

硬件系统的总体框图如图4所示。

图4 硬件系统总体框图Fig.4 The overall scheme of the hardware system

2.1 单片机

本设计中智能购物车的微控制单元 (MCU)采用 Microchip公司的 PIC16f877单片机，具有Flash程序存储功能，可以重复擦写其中的内容，且其内建ICD(In Circuit Debug)功能，能让使用者直接在购物车的单片机电路上，进行暂停微控制单元执行等操作，可以提高使用者进行程序除错与开发的效率。整个购物车系统的工作速度与单片机振荡电路有直接的关系，PIC16F877单片机的振荡频率最高可达20MHz，所以采用该型号的单片机，整个智能购物车系统可以运行稳定流畅，不会因为处理速度慢而影响顾客的心情。

2.2 条形码扫描仪

条码扫描仪的常用接口有串行口、PS/2口、USB口、RJ－45等［3］。本设计选用 Symbol Technologies公司的 LS5700扫描仪，此扫描仪具有RS232、PS/2等标准接口，由于PIC16F877A单片机实验板配有MAX232模块，为了方便编写单片机数据接收程序，本设计采用RS232接口:条形码扫描仪输出的数据通过RS232/TTL电平转换电路传送至单片机，当单片机接收到商品的条形码值后，便通过无线发射模块与超市的主机进行通信，将该条形码值与主机内部存储的数据库进行匹配，查找出与该条形码值对应的商品，然后再通过无线发射模块将该商品的价格发送给单片机，并在液晶屏上显示出来。

2.3 液晶触摸屏

本设计采用PWS6600C－S作为智能购物车的人机交互界面，它是所有5.7英寸TFT液晶触摸显示屏中性价比最高者，该触摸屏功耗低、环保节能，256彩色可显示照片般的逼真效果，分辨率为320×240，支持jpeg及动态gif图片，32位超强CPU，因此画面切换速度与通讯速度相当不错，非常适用于本设计中的智能购物车。PWS6600C－S触摸屏具有RS485和RS232等多种通讯接口，由于单片机与触摸屏的通信距离低于16 m，因此本设计采用RS232接口:将单片机RC6、RC7口设置为异步串行通信模式，通过MAX232模块将TTL电平转换成RS232电平，然后与PWS6600C－S触摸屏的RS232接口进行连接，如图5所示。

图5 PIC16F877与触摸屏间的通信电路原理图Fig.5 Communication principle betwcen PIC16F877 and LCD

2.4 微功率无线数传模块

本设计中的智能购物车端 (下位机端)采用HAC－UAN433微功率无线数传模块，该模块具有以下特点:

(1)微功率发射。最大发射功率仅为20 dBm(100 mW)，可选17 dBm(50 mW)。

(2)工作频率在ISM频段，无需申请频点，载频频率为427～437 MHz。频谱环境干净，干扰少。

(3)真正的窄带高速率技术。信号带宽为12.5/25 kHz，频谱使用效率高，抗干扰能力强，最高有效速率高达19200 bps。

(4)高抗干扰能力和低误码率。基于 GFSK或RC2FSK的调制方式，采用高效前向纠错信道编码技术，提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力，在信道误码率为10－3时，可得到实际误码率10－5～10－6，因此可有效避免顾客手机信号的影响。

(5)灵敏度高。1200 bps的灵敏度为－122 dBm，9600 bps的灵敏度为－117 dBm。

(6)传输距离远。视距情况下，1200 bps最远可靠传输距离2000 m，9600 bps最远可靠传输距离1000 m。此距离几乎能足够胜任目前所有的大型超市。

(7)双串口，3种接口方式。提供2个串口3种接口方式，COM1为 TTL电平 UART接口;COM2为软件模拟的RS－232或RS－485，用户自定义。本设计中采用TTL接口电方式。

(8)体积小，高可靠性、故障率低。

无线数传模块的工作流程图如图6所示。

图6 无线模块工作流程图Fig.6 Workflow of the wireless module

2.5 磁卡读写器

磁卡读写器主要由磁头和解码芯片组成，本设计中智能购物车的磁条卡接口芯片采用Vikintek公司生产的单磁道F2F解码芯片——BS100E，它可以实现磁头信号的放大以及F2F编码数据的恢复，它的MSIA+和MSIA－管脚接磁头输出。当顾客把购物卡插入磁卡读写器中时，BS100E即对购物卡进行解码，经单片机处理后，通过无线数传模块与上位机 (即超市的主机)进行通信，从而对购物卡进行读写操作。整个收银系统采用一对多的通讯方式，即一个上位机 (超市的主机)与多个下位机 (购物车)进行通讯。

2.6 EAS系统

解码器的内部实质是一个感应线圈，通过该感应线圈的工作，可在解码器上方产生一个16频点的交变电磁场，该电磁场即可实现软标签的解码［4－5］。本设计中的智能购物车采用内锁设计，即从条形码扫描仪中获取一个扫描脉冲信号，通过隔离电路传送至单片机进行识别，只有当单片机收到该脉冲信号后才会输出一个短暂的升压控制信号，使解码器的解码信号大幅提升，此时软标签才能被解码，可保证商品必须在收银后才能被解码，从而实现防盗功能。解码器与条形码扫描仪配合使用的原理图如图7所示。

3 软件设计

为实现智能购物车的功能，本设计采用了标准化和模块化程序设计方法。智能购物车的软件主要包括:系统初始化程序、价格查询程序、软标签解码程序、读卡结算程序以及无线收发模块程序等模块，其主程序流程如图8所示。

4 结束语

本智能购物车具有以下特点:

(1)支持商品的自助查价，可以避免超市手工对商品标价时出现错误，防止出现价格欺诈。

图8 主程序流程图Fig.8 Diagram of the main procedure

(2)持有超市购物卡的消费者可以自助购物结算，可减少排队等候时间。

(3)购物车的液晶显示屏处于待机状态时，可播放商品广告，促进商品的销售。

(4)购物车与EAS系统相结合，可有效实现商品防盗的目的。

该智能购物车功耗低，可靠性高，抗干扰能力强，信号传输距离较远，与目前广泛应用于各大超市的条形码识别技术和EAS系统具有很好的兼容性，因此非常适用我国的各大超市采用。随着我国经济水平的快速发展，超市的大量出现，以及用工成本的不断上涨，必会有广阔的市场前景。

［1］颜继红.超市一线员工高流动率问题的研究［J］.科技和产业，2011，11(4):54 －55.

［2］刘伟勋.家乐福价格欺诈的背后［J］.中国品牌，2011，(2):44－46.

［3］叶少龙，刘建群，吴积荣，等.PIC单片机在模具条码识别系统中的应用［J］.广东工业大学学报，2009，26(2):94 －97.

［4］张佩剑.无动力智能节能型自动灌溉系统研究［J］.森林工程，2005，21(3):19 －20.

［5］王忠勇，张建华，宋豫冀.基于89C2051的解码器设计［J］.微电子学与计算，2002，(5):57 －58.