基于树莓派和条码识别的智能购物车设计

文/李璇 邵高鋆 李丽

基于树莓派和条码识别的智能购物车设计

文/李璇 邵高鋆 李丽

本设计是一台专为大型超市设计的智能购物车，该智能购物车集扫码、计价、结算和防盗于一体，主要实现的功能是顾客购物预算控制与自助结账，同时还具有一定的防盗功能。本文主要讨论的是基于树莓派和条码识别的智能购物车，研究它的软硬件组成、工作流程以及使用价值等。

树莓派 条码识别 购物车 设计

随着社会经济的发展，大型超市随处可见，超市商品也越来越丰富，但是对消费者来说，在超市购买商品有时并不是一件轻松愉快的事情：大型超市往往会出现顾客结算付款的长队，特别是在促销期间或节假日时间。等待结算时间过长可能会影响消费者的购买心情和购买力，从而影响超市的长远发展。智能购物车的研发就可以解决以上问题。

对于消费者而言，智能购物车可以方便超市消费者购物，使消费者轻松省时地无需再走到收银台进行等待结账和最终付款等一系列活动。对于超市而言，智能购物车可以替代收银员功能，还可以增加超市的营业额：先进的技术可以方便顾客，吸引客流量，促进商品购买。

1 智能购物车的硬件组成

本智能购物车是对普通的购物车结构和功能加以改造，配备一系列的电子设备，主要的控制设备是一块树莓派3B开发板。在购物车推手前方中央安装树莓派3B，并安置一块7寸的触摸屏作为主要的顾客操作终端；在树莓派一旁安装一个高清摄像头实现对商品条形码的识别；在触摸屏一旁在购物车上部安装一个透明遮盖板，在购物车两旁安装轨道和直流电机控制透明遮盖板的开合，以实现一定的超市商品防盗功能，如图1所示。

1.1 树莓派3B

树莓派3B是一种小型的卡片式的电脑主板，功能强大，扩展性强，引出了96个GPIO接口，包括SPI、I2C、RGB/LVDS、CSI/TS、ADC等众多接口，能用来接多个底层外设（步进电机、LCD触摸屏、摄像头、RFID等等），有SATA和HDMI口，支持高清输出，支持SSD硬盘，加上键盘鼠标就是一个完整的电脑。

（1）由于树莓派体积小且较为廉价，故很适合安装应用在超市购物车上；

（2）树莓派具有多个接口，我们可以通过它控制各种硬件设备。树莓派可以连接触摸屏供超市消费者直接在触摸屏上操作购物；可以连接摄像头，使消费者可以自行扫描商品；它还可以连接电机控制进行购物车的开合，在一定程度上实现超市商品的防盗。所以直接应用树莓派来设计一台智能购物车是很合适的。

1.2 触摸屏

本设计采用树莓派3代raspberry pi3 7寸LCD触摸屏，其分辨率高达800*480像素，24位RGB颜色，是多触摸电容性触摸屏，灵敏度高。

图2

1.3 条码识别

现在几乎所有大型超市都是使用条码扫描枪对商品条形码进行识别扫描，RFID在超市的应用并不是很广，RFID主要用在超市较为贵重的商品上，一般的商品不会使用RFID。所以本系统对于商品的识别采用条码识别技术而不是RFID技术。本设计中条码识别通过集成的高清摄像头模块实现。树莓派3B中下载安装的是官方树莓派系统raspbianjessie，也就是Linux系统，通过把摄像头模块与树莓派相连接，再编写相应的摄像头驱动程序与条码识别程序，就可以实现对商品条形码的扫码识别。

1.4 电机模块

本设计使用的是直流减速双轴电机和LN298电机驱动模块。直流电机的工作电压为3-6V，减速比为1:48，这种电机主要用来驱动树莓派或Arduino小车，马达力量足够驱动购物车上部透明遮盖板的开合。LN298电机驱动模块主要用来驱动电机转动，其主要是有一个L298N双H桥驱动芯片，可以驱动两路步进电机、直流电机、减速电机，它的工作电压为12V，也不会对消费者造成伤害。本设计的电机模块主要是将两路直流电机与LN298相连，LN298与树莓派GPIO接口相连，然后通过树莓派控制LN298电机驱动模块来控制电机转动。

1.5 电源电路

树莓派3B使用5V/2.5A电源进行供电，LN298电机驱动模块使用12V电源供电。

2 智能购物车的工作流程

本设计的智能购物车的工作流程为：

（1）顾客设置本次购物的购物预算；

（2）进入购物界面，在顾客想要购买某件商品时，将商品放置在摄像头前进行识别，识别成功后顾客点击“确定将商品加入购物车”，透明遮盖板开合5秒，顾客将商品放入购物车；

（3）本次购买结束后，进行结算。顾客点击“结算”生成支付二维码，顾客进行扫码支付；

（4）扫码支付完成后，购物车上部透明遮盖板彻底打开，顾客取走商品，60秒后自动关闭，等待下一位顾客。

3 智能购物车的软件设计

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、购物界面程序、条码识别程序、价格查询程序、电机控制程序以及计价结账程序等模块。系统首先进行初始化，包括树莓派、触摸屏、摄像头的初始化。然后系统进行购物界面；通过条码识别模块读取商品条形码的信息并返回给主程序进行处理，通过数据库查询到该商品对应价格等信息；期间将确定购买的商品再次扫描后通过电机控制程序开合遮盖板，将商品放入购物车；最后计算商品总价，生成支付二维码进行扫码结账。

该系统软件流程图如图2所示。

4 结语

本智能购物车具有以下特点：

（1）支持顾客设置本次购物的购物预算，当超过预算时会提醒顾客。

（2）支持顾客随时查看此时已加入购物车的商品的详细信息。

（3）支持顾客自助结账，支付宝扫码支付。

（4）具有一定的防盗功能。

随着超市产业的高速发展，大型超市越来越多。超市越大，人们购买的商品也越多，同时花费在结账时间上也越长，一台智能购物车就显得必不可少了！它可以让消费者购物更轻松、方便、快捷，还可以让超市经营者省时省力省资金，也让超市走向现代化、智能化。

[1]李根,朱其祥.基于RFID技术的智能购物车系统设计[J].赤峰学院学报（自然科学版）,2017(05)：19-21.

[2]高搏,宣章洋,张凡等.基于嵌入式系统的智能购物车的开发研究[J].信息通信,2015(04)：122-123.

作者单位 华中师范大学计算机学院 湖北省武汉市430079

李璇（1996-），女，湖南省益阳市人。华中师范大学计算机学院物联网工程专业本科生。