智能购物车系统的设计

张茗宇 刘鸿池 马长松 董哲序 郑思侬 金学伟

摘 要： 随着时代不断进步，人们的购物需求不断提高，商场里的购物车已经是人们不可缺少的工具，但是现在的购物车不能满足所有人的需求，有人因为购物车的不方便而不能愉快地享受购物过程，为了适应人们生活水平的提高，我们决定对现有的购物车做出改变。此控制方法是在商城为用户所提供的购物车上可以更加方便人们操作购物车进而更好购物，购物车采用双驱大扭矩直流电机、高传输精度蓝牙模块、反应速率高的激光测距模块、四路红外对管、电源电路和高性能STM32F407VGT6单片机为控制核心。其中小车驱动由bt6612驱动电路完成，购物车的智能控制包括路面避障、路程测量、远程控制、LCD屏显示、定点移动等功能，并且各功能之间可以相互配合、紧密联系地形成实用型智能系。

关键词： 四路红外对管;激光测距;bt6612驱动电路;STM32F407VGT6核心板

一、绪论

随着现在科技的发展以及人工智能的突起，使其人们的生活更加方便。购物商场的人们都是推着购物车去购物，虽然减少了人们购物较多拿不了的情况，但对于老人和小孩却有另外的麻烦。老人购物较多时推不动使其很吃力，对于小孩时常有推着购物车撞向其他人员或撞向货物造成不必要的损失。智能购物车系统的设计就可以避免这些情况的发生，购物车电动行走并且具有避障功能，更好地方便人们购物以及避免一些不必要的损失。

二、系统方案

本系统主要由STM32F407VGT6芯片、传感器、电源模块组成。

（一）主控制器件的选择

方案：采用STM32F407VGT6

STM32F407VGT6系列是基于高性能的ARMCortexTM-M4F的32位RISC内核，工作频率高达168MHz的。实现了一套完整的DSP指令和内存保护单元，从而提高应用程序的安全性。该STM32F407VGT6采用高速嵌入式存储器多达1MB闪存，高达192KB的SRAM，最多4字节的备份SRAM，以及广泛的增强I/O的连接到两条APB总线和外设，两个AHB总线和一个32位的多AHB总线矩阵。STM32F407VGT6提供3个12位ADC、两个DAC、1个低功耗RTC和12个通用16位定时器，其中包括两个用于电机控制的PWM定时器，两个通用32位定时器。

（二）电机驱动模块

要实现购物车的速度控制和转向功能，我们可以使用单片机实现的，但是单片机IO的带负载能力较弱，而直流电机是大电流感性负载，所以我们需要功率放大器件，在这里我们选择TB6612FNG。TB6612FNG是一款直流电机驱动器件，它具有大电流MOSFET-H桥结构，双通道电路输出，可同时驱动2个电机。现在大多数采用L298N，其实这两者的使用是基本一致的。而且，相比L298N的热耗性和外围二极管续流电路，它无须外加散热片，外围电路简单。对于PWM信号输入频率范围，高达100kHz的频率更是足以满足购物车运行的需求。

（三）方案系统描述

本方案采用STM32F103t6对智能购物车全方位控制，通过pwm对编码电机转速进行控制以及手机蓝牙控制其行走路径，实现智能壁障，更准确地定点移动。对激光传感器的控制实现对周围环境与购物车之间的距离实时检测，红外对管传感器对购物商场地面所设计黑线进行检测。显示屏可对购物车模式进行显示方便用户选择。主控对编码电机，传感器进行控制可实现自动避障以及定点移动。

三、系统理论分析

（一）作品介绍

智能购物车，包括与车体连接的可编程STM32单片机、激光测距传感器、红外对管循迹模块、LCD显示屏、编码电机、蓝牙模块。可编程STM32单片机IO口连接上述器件对其进行控制，通过控制传感器对现场进行探测。用户可通过手机连接蓝牙信号并发送信息控制购物小车，购物小车通过蓝牙模块接收手机发来的指令，主控通过程序进行控制。通过激光测距传感器测得前方障碍物与购物车距离并传到主控，主控通过程序判断是否在安全距离外，如果低于安全距离立即通过控制电机使其停止移动或选择其他路径。通过红外对管循迹模块对地面黑线进行循迹，通过主控由程序控制电机使其购物车按指定路线行进，用户可通过手机对其进行控制，可使其定点移动。通过控制编码电机使其购物车具有灵活的走位，可进行前后、左右移动。

（二）功能介绍

（1）智能购物车的蓝牙模块可使用户对购物车进行近距离控制，方便人们购物节省劳动力，并可由手机端对智能购物车进行模式切换。

（2）智能购物车在行进过程中避免不了商品或其他人员挡行进路径，可进行避让或急停让其用户控制行进，减少了撞到行人和货物，避免了一些不必要的损失。

（3）智能购物车通过对编码电机的控制实现火灾现场前进，后退，转弯，加速行进，减速行进，匀速行进。

（4）智能购物车通过红外对管循迹模块可对地面黑线进行循迹可实现定点移动，由四路红外对管对黑线进行检测并区分不同点的情况。

（三）具体实施方式

采用两节3200mah 3s航模电池给其供电，通过按键或手机终端对智能购物车进行模式选择。第一模式可以通过手机对其进行控制使其进行指定路径移动，在第一模式下如果在行进路程中前方有障碍物就是立即停止，此时长按前进键将没有反应，只能选择左右后退键来使其更换路径。第二模式可通过手机发送指令让其定点移动，比如，从A点到B点购物车将按照地面所画的黑线进行循迹移动，如果路途中有障碍物将会停止躲避。

参考文献：

[1]韩毅，杨天.基于HCS12单片机的智能寻迹模型车的设计与实现[J].计算机工程与设计，2008，29（18）：1535-1955.

基金项目： 由辽宁科技大学大学生创新创业训练计划专项经费资助（项目编号：201910146061）

作者简介： 张茗宇（1999—），本科，研究方向：机械电子工程;刘鸿池（1999—），本科，研究方向：机械电子工程;马长松（1999—），本科，研究方向：機械电子工程;董哲序（1998—），本科，研究方向：机械电子工程;郑思侬（1999—），本科，研究方向：工商管理;金学伟（1968—），讲师，研究方向：机电控制。