面向中小型超市新型购物车的设计

孙万胜

（兰州大学，甘肃 兰州730000）

1 总体方案

1.1 设计目的

本文章旨在通过设计一款新型购物车，增强消费者线下购物的体验感，从而使传统中小型超市获得较高的受益, 扩大实体店购物优势。文章以现代中小型超市为背景，用相对低廉的成本扩展传统购物车的功能，丰富其使用方式，提出了一个新的购物体验方案。通过新的购物方式，力图把作为线下主要购物场所之一的超市彻底激活，使购物成为生活享受。

项目实施过程中，需使用单片机作为中心控制模块驱动电机；根据不同的功能模块还需设计电路以及相关算法；在实现导购功能时，包括了数据库等相关知识，以上工作使得设计者进一步了解硬件等相关知识。

1.2 实现功能

本项目以设计超市购物车为出发点，从购物车的功能改进入手，实现购物车的自动化，来满足消费者需求。其主要内容有：

1.2.1 采用M1005 条形码扫描模块扫描商品二维码，获取商品生产日期、价格等信息，并将数据显示至液晶屏。

1.2.2 采用STM32 为中心控制模块驱动无线模块，利用无线模块电路和算法设计，实现单片机与PC 端的数据传输。

1.2.3 采用循迹模块，实现购物车自主归位。

1.2.4 模拟超市购物实际场景，通过调试实现以上功能，并对系统做出评估。

2 硬件实现

小车整体设计：

图1 小车整体模型

项目以STM32F103 战舰版作为主控芯片，小车为载体，在此单片机上面集成了外设如TFT 显示屏、红外循迹模块、超声波模块、条形码扫描模块、esp8266 无线模块、电机驱动模块。整体模型如图1。

2.1 人机交互

采用2.8 寸的显示屏，此显示屏采用高亮背光，背光度功耗低，工作电压3.3V，能与单片机很好适配，通过查阅显示屏的相关引脚与功能，和单片机实现了电路连接，设计相关程序完成了显示屏的驱动和用户界面的初始化，显示屏最主要的功能是用来显示商品的信息。

2.2 小车驱动

小车的动力主要由两个直流电机提供，方向也由这两个直流电机控制，后面的万向轮起辅助的作用，电流电机由L298N模块驱动，L298N 原理图如图2。在实验过程中发现直流电机的转速很快，小车的方向不好控制，如果直接使用则不能满足实验要求，所以通过查找相关资料，使用了PWM技术进行电机调速，该技术主要是通过改变占空比进行调速，此项技术对本实验十分重要，使用了PWM技术，实践过程中观察到小车避障功能是可以实现的。

图2 L298N 原理图

2.3 避障功能

采用超声波模块实现小车的避障，此模块频率高、波长短、绕射现象小、方向性好等优点，此外，稳定的测距是本模块最显著的优点。测试距离=（高电平时间*声速）/2，在实验中把超声波模块安装在小车最前面。此模块用来测量小车与障碍物的距离是否小于设定的值，如果小于某一标准值，使电机停止，测量值大于设定值时，继续保持行走，从而实现避障。

2.4 循迹功能

采用红外循迹模块控制小车按照规定路线行走，循迹道路贴上了黑色胶带，主要原理是红外管不断发射红外线，当发出的光线大部分被黑色物质吸收或者反射回来强度不够大时，红外接收管一直处于关断状态，此时模块输出端为高电平，通过接收到的高、低电平来调整电机转动的方向，进而控制小车的方向；该模块有效距离范围2-30cm，工作电压为3.3V-5V，具有干扰小、便于装配、使用方便的特点。

2.5 扫描功能

条形码扫描模块在本次设计中负责采集条码信息，进行快速的读取和识别，是本次设计中的输入端口，由激光扫描读取条码信息后，传输给相应的蜂鸣器进行告知，注意激光扫描模块的规定电压为5V，扫描电路设计如图3 所示。

图3 扫描电路

2.6 单片机与上位机的通信

采用无线模块esp8266，模块采用串口（LVTTL）与MCU（或其他串口设备）通信，内置TCP/IP 协议栈，能够实现串口与WIFI 之间的转换。通过ATK-ESP8266 模块，传统的串口设备只需要简单的串口配置，即可通过网络（WIFI）传输自己的数据，此模块有三种工作模式：串口无线AP（COM-WIFI AP）、串口无线STA（COM-WIFI STA）和串口无线AP+STA（COM-WIFI AP+STA），为了便于实验，本项目采用了AP 模式，此模块工作原理如图4，工作载波频率是2.4G，此波段使用无需申请，工作温度范围在-40℃-125℃，抵抗性比较强，最重要的是功耗比较低。使用时把esp8266 模块设置为服务器，上位机作为客户端，连接到此模块的无线下，通过控制单片机，使无线模块成功与上位机连接。

图4 ESP8266 原理图

3 软件实现

智能小车基于模块化的设计思想，软件设计和硬件系统相对应，主要分为动力模块、无线模块、扫描模块、避障模块、循迹模块。主程序按照逻辑顺序对这些子程序模块进行调用，具体实现思路如图5。

图5 智能小车控制程序流程

4 结论

文章针对中小型超市地面的复杂情况，提出了一种基于STM32 单片机的设计方案，该方案可实现顾客自主扫码购物和循迹归位的功能，从一定程度上降低了中小型超市的人工成本，该方案值得推广和借鉴，同时在此购物车的基础上加以扩展，可应用在药房、物流等其它场合。