合泰杯初赛作品创意书.doc

20140353：基于HT32F1755的智能超市购物车的设计

2014年重庆地区第七届“合泰杯”大学生单片机应用设计竞赛

作品创意书

参赛编号：20140335
基于HT32F1755的智能超市购物车的设计

重庆理工大学
电子信息与自动化学院

公元 2013 年 12 月 28 日
作 品 创 意 书
一、 摘要
本设计为基于HT32F1765单片机的智能超市购物车。该系统主要由HT32F1765单片机、TFT触摸屏、商品条形码识读器、ZigBee无线数传及电源等几部分组成，具有商品定位、优惠和广告信息查询、商品排行榜查询等功能，旨在改善购物环境，让消费者体会到超市购物的便利，在无形中提高超市销售量。
关键词：智能购物车，HT32单片机，TFT触摸屏，条形码识别器，Zigbee无线数传

二、 作品介绍
1. 设计背景：
随着人民生活水平的不断提高和快节奏的生活习惯，为满足广大消费者购物需求,连锁超市、 便利店等购物形式越来越受到广大消费者青睐。繁忙的工作之余，还要抽时间到超市购买各种生活用品， 但在超市购物中,特别是在规模大、 品种多的大型超市中,顾客时常找不到欲购买的商品的位置, 并且目前顾客对于了解超市的商品广告及打折信息也很不方便,以上几个经常出现的问题，直接影响到顾客购物情趣和超市服务质量和营业额。因此研发基于HT32F1765单片机的超市智能购物车就是为了改变这一现状,顾客可自行查询商品信息及位置，智能购物车还有价格扫描功能，如果遇到价格标签标识不清楚的时候，用超市的智能购物车一查就可以显示出价格，且购物车能自动显示所购物品总价, 方便控制好购物的总量，大大节省购物时间, 真正让消费者体会到超市购物的便利。
2. 功能介绍：
在普通购物车上配备一套电子设备，购物车前端有一个电子触摸显示屏，顾客可以通过手指触摸在上面查询欲购买的商品，然后根据数据库存储的相关信息指出商品在超市中的位置，从而使顾客快捷地找到商品。找到商品后顾客如果决定购买则可用购物车上配备的条形码识读器对商品进行自助扫描，价格将直接计入总价。如果顾客不需要此商品，可选择删除。这样，可以使顾客根据预算理性购物。这样，就节省了顾客宝贵的购物时间。而电子显示屏上也可显示出商品广告和打折信息，各类热销商品排行榜信息，便于超市对商品进行促销和方便消费者了解商品信息。

三、 工作原理
本系统采用HT32F1765单片机作为主控制器，用触摸屏来进行人机交互，通过编写上位机软件来存储超市各个种类的商品位置、价格等信息，使顾客能通过触摸屏选择门类查询，每个购物车上的单片机连接一个ZigBee无线节点，通过ZigBee无线模块构建无线网络，将顾客扫描过的商品购物清单及价格发送至ZigBee汇聚结点，每个汇聚结点连接一台电脑，通过编写的上位机软件来接收数据并进行显示，上位机还可以实现结账的功能。
鉴于本作品所要实现的功能较为丰富，选择32位低功耗单片机HT32F1765作为主控制器；比较wifi、蓝牙、Zigbee三种近距离传输方式，可知zigbee有电池寿命长、价格便宜、可设置节点数多等明显的优势，虽然zigbee相对来说传输数据的速度较慢，但是也能满足该系统的需求，故选择Zigbee无线传输。

四、 作品功能、特色

1. 主要功能：
1) 优惠查询：通过此菜单查询超市发布的商品打折优惠活动信息和新品广告信息；
2) 商品位置查询：当用户要买东西时，如果不知道商品在哪，可以通过此菜单一层一层往下查找，方便快捷的找到自己需要的商品；另外当用户迷路时，通过查看超市总图，而知道自己的位置，方便用户自行决定去处；
3) 查询商品排行榜：当用户看到超市琳琅满目的商品时，往往不知道要买什么，这是便可以通过此菜单查询每一类商品的销售排行榜，让用户知道什么商品卖的最好，从而择优购买；
4) 扫描计价：当超市的商品标签找不到，或者不清晰时，可以把商品在购物车的条形码识别器扫一扫，便可以查看到商品的价格和具体信息；
5) 计算总价：当用户购买商品很多时，很难估计商品的价格，又不知道是否在自己的预算之内，而通过此菜单可以方便的计算购物车内商品的总价从而让顾客随时知道自己花了多少钱，从而让用户不用担心这个问题。

2. 市场潜力：
1) 低成本：此类的购物车只有在国际顶级购物中心才有，价格昂贵，而本设计的智能超市购物车价格低廉，适合批量生产；
2) 极佳的人机交互界面：本设计中智能购物车采用现今流行的触摸屏做输入输出设备，既显高端大气时尚，又方便用户使用；
3) 功能齐全：本设计中智能购物车具有优惠查询、商品位置查询、查询商品排行榜、扫描计价、计算总价等众多功能，极大程度地方便用户使用，相比而言，传统购物车只起载物的作用，已经不能适应时代潮流和发展。

五、 作品结构
(一) 硬件部分
系统总体框图如图1：

图1 系统总体框图

1. 下位机系统
智能购物车的MCU选取了HT32F1765单片机，一款基于ARM®Cortex TM-M3处理器内核的32位高性能低功耗单片机。此单片机支持可在线编程, 用户可直接将程序通过串口下载到单片机中即可运行,非常方便。内含128K的Flash程序存储器字节,可重复擦写其中内容。 因此选用此型号的单片机极大的方便了超市工作人员根据超市商品情况的变化（价格，位置等）及时地更改单片机中储存的相关信息，以使顾客能够了解到超市商品的最新情况。工作电压3.3V，加上晶振和复位电路后即构成了单片机的最小系统。
下位机结构框图如图2：

图2 下位机结构框图

（1）触摸屏显示系统
为了操作上的方便，采用触摸屏来代替按键电路。工作时，首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。
通过对触摸屏的简单操作，顾客可选择一层层进入商品索引并最终查看自己想买的商品的相关信息，也可以查询促销打折信息、商品购买排行榜等信息，还能选择商品总价计算等功能。
（2）条形码识读器和 RS232 接口电路
选用串行接口的条形码扫描枪，因为单片机本身集成了串通信的IP核，串口的控制是相当成熟和简单的，只需做软件上的设计。条码扫描枪输出的数据经RS232 —TTL电平转换电路后传送至单片机，单片机接收到商品的条形码值后即在内部存储的数据库中查找与该条码值对应的商品，并自动将该商品价格与之前购买的商品价格进行累加。购物完毕后顾客根据显示屏上显示的消费总额付相应的金额或者刷卡即可。这样不仅使顾客能够很方便的得知当前的消费总额，避免超支，而且超市收银台处也不用为顾客一件一件的扫描商品并进行结算，节约了顾客排队等候的时间，提高了效率。RS232-TTL 转接电路见图3。

图3 RS232—TTL转接电路图

（3）无线传输模块
下位机端无线传输部分采用zigbee模块与购物车连接。
采用zigbee无线传输模块，优势如下：
①网络容量大。每个 ZigBee 协调器可支持 255 个设备，若是通过路由器组网，整个网络可以容纳 65000多个节点设备；
②网络时延短。Zigbee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能；
③功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用6-24个月；
④成本低。近几年，由于zigbee技术的发展，国外CC2430芯片已经降到了1美元，国内价格在20-30元。Zigbee模块工作于2.4G全球免费频段，所以只需要先期的模块费用，不需要支付持续使用费用；
⑤可靠性好,安全性高。Zigbee具有安全可靠的发送接收机制，采用AES-128加密算法（美国新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一）。

（4）电源模块
电源部分可采用SPX1117-3.3作为电平转换芯片，电源电路原理图如图4：

图4 电源电路原理图

2. 上位机（超市主机端）系统
上位机端仍用zigbee无线模块收发数据,输出端与上位机 （即超市的电脑主机）相连。
整个无线网络采用多对一通讯方式，即数个下位机购物车与一个上位机进行通讯。如果超市规模较大,购物车数量较多，超市也可设立多台上位机，每个上位机负责与一定数量
的购物车进行通讯。

(二) 软件部分

1. 主程序流程图
程序的初始化主要包括触摸屏的初始化,包括清屏,功能设置及输入方式等;定时器工作方式的设置（用于波特率发生器）;串口工作方式的设置。主程序流程图如图5所示。

图5 主程序流程图

2. 无线传输模块子程序
下位机的无线传输模块主要功能有发送商品信息查询或商品排行榜查询请求、接收商品位置信息或商品排行榜清单，相应地，上位机的无线传输模块主要有接收下位机的请求和发送相关信息的功能。
为了避免上位机出现死机现象，下位机在发送查询请求之前，先给上位机发送一个信号查询上位机是否空闲，如果上位机正忙，则下位机等待回应，直到上位机空闲，下位机才开始发送信息查询请求。
无线传输模块程序流程见图6。

图6 无线收发模块子程序流程图
3. 上位机子程序流程图
上位机的主要完成的任务是显示下位机的当前状态，控制无线模块响应下位机的请求
以及管理超市已有的数据库，并统计商品排行榜供下位机调用，其程序流程图如图7所示。

图7 上位机子程序框图
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