劉 兵，劉曉朋，曾翔亮

(東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱150040)

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展，人民的生活水平不斷提高，越來越多的消費(fèi)者選擇去大型購物超市購物消費(fèi)。但由于管理體制等原因，導(dǎo)致超市一線員工流動(dòng)率過高，阻礙了超市的可持續(xù)發(fā)展［1］。據(jù)報(bào)道，在中國部分城市的超市存在多種價(jià)格欺詐行為，家樂福超市就受到價(jià)格主管部門的嚴(yán)厲處罰［2］，給企業(yè)形象帶來了嚴(yán)重的負(fù)面影響。同時(shí)，顧客排隊(duì)等候時(shí)間過長(zhǎng)，也一直是大型超市面對(duì)的重要難題。為解決這些問題，研發(fā)了基于條形碼識(shí)別技術(shù)的超市智能購物車。

本智能購物車是對(duì)普通的購物車結(jié)構(gòu)加以改造，配備一套電子設(shè)備，購物車推手的前方左端是一個(gè)專門刷購物卡的磁卡讀卡器，中間是一塊5.7英寸的觸摸屏，右端是一個(gè)掃描儀和EAS解碼器，整個(gè)系統(tǒng)的電力是由位于購物車下方的蓄電池供應(yīng)的，其三維圖如圖1所示。

圖1 購物車三維圖Fig.1 3D image of the shopping cart

由于考慮到超市的一次性投入成本，初期階段，本智能購物車的功能主要是針對(duì)擁有超市購物卡的顧客而設(shè)計(jì)，因次在使用此智能購物車之前，顧客必須將購物卡插入磁卡讀卡器中。購物車主要包括兩個(gè)功能:查價(jià)和結(jié)算。但系統(tǒng)默認(rèn)的功能是查價(jià)，即消費(fèi)者想查看某一商品的價(jià)格時(shí)，只需把商品的條形碼對(duì)準(zhǔn)掃描儀，液晶屏上即顯示商品的價(jià)格 (如圖2所示)。如果消費(fèi)者滿意，可以把商品放到購物車的右端;如果消費(fèi)者不滿意，則只需把商品重新放到貨架上即可。當(dāng)消費(fèi)者將所有需要購買的商品都放到購物車以后，并且也確認(rèn)都需要購買時(shí)，需手動(dòng)在觸摸液晶屏上選擇“開始結(jié)算”功能，然后將購物車右端的商品再重新放到掃描儀上掃描，此時(shí)在掃描的瞬間，EAS系統(tǒng)的解碼器對(duì)商品的軟標(biāo)簽進(jìn)行解碼，同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)從購物卡里扣除相應(yīng)的金額，然后再將解碼后的商品放到購物車的左端。當(dāng)將所需的商品全部結(jié)算完后，在觸摸屏上選擇“購物結(jié)束”按鈕 (如圖3所示)。此時(shí)，會(huì)彈出是否打印購物小票的窗口，若選擇“是”，則系統(tǒng)會(huì)生成一個(gè)密碼，消費(fèi)者在超市里的購物小票打印機(jī)的鍵盤上輸入相應(yīng)的密碼，即可打印;消費(fèi)者選擇“否”，則自助購物結(jié)束。

圖2 查價(jià)界面Fig.2 Query interface

圖3 購物界面Fig.3 Shopping interface

2 硬件系統(tǒng)基本架構(gòu)

硬件系統(tǒng)的總體框圖如圖4所示。

圖4 硬件系統(tǒng)總體框圖Fig.4 The overall scheme of the hardware system

2.1 單片機(jī)

本設(shè)計(jì)中智能購物車的微控制單元 (MCU)采用 Microchip公司的 PIC16f877單片機(jī)，具有Flash程序存儲(chǔ)功能，可以重復(fù)擦寫其中的內(nèi)容，且其內(nèi)建ICD(In Circuit Debug)功能，能讓使用者直接在購物車的單片機(jī)電路上，進(jìn)行暫停微控制單元執(zhí)行等操作，可以提高使用者進(jìn)行程序除錯(cuò)與開發(fā)的效率。整個(gè)購物車系統(tǒng)的工作速度與單片機(jī)振蕩電路有直接的關(guān)系，PIC16F877單片機(jī)的振蕩頻率最高可達(dá)20MHz，所以采用該型號(hào)的單片機(jī)，整個(gè)智能購物車系統(tǒng)可以運(yùn)行穩(wěn)定流暢，不會(huì)因?yàn)樘幚硭俣嚷绊戭櫩偷男那椤?/p>

2.2 條形碼掃描儀

條碼掃描儀的常用接口有串行口、PS/2口、USB口、RJ－45等［3］。本設(shè)計(jì)選用 Symbol Technologies公司的 LS5700掃描儀，此掃描儀具有RS232、PS/2等標(biāo)準(zhǔn)接口，由于PIC16F877A單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板配有MAX232模塊，為了方便編寫單片機(jī)數(shù)據(jù)接收程序，本設(shè)計(jì)采用RS232接口:條形碼掃描儀輸出的數(shù)據(jù)通過RS232/TTL電平轉(zhuǎn)換電路傳送至單片機(jī)，當(dāng)單片機(jī)接收到商品的條形碼值后，便通過無線發(fā)射模塊與超市的主機(jī)進(jìn)行通信，將該條形碼值與主機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，查找出與該條形碼值對(duì)應(yīng)的商品，然后再通過無線發(fā)射模塊將該商品的價(jià)格發(fā)送給單片機(jī)，并在液晶屏上顯示出來。

2.3 液晶觸摸屏

本設(shè)計(jì)采用PWS6600C－S作為智能購物車的人機(jī)交互界面，它是所有5.7英寸TFT液晶觸摸顯示屏中性價(jià)比最高者，該觸摸屏功耗低、環(huán)保節(jié)能，256彩色可顯示照片般的逼真效果，分辨率為320×240，支持jpeg及動(dòng)態(tài)gif圖片，32位超強(qiáng)CPU，因此畫面切換速度與通訊速度相當(dāng)不錯(cuò)，非常適用于本設(shè)計(jì)中的智能購物車。PWS6600C－S觸摸屏具有RS485和RS232等多種通訊接口，由于單片機(jī)與觸摸屏的通信距離低于16 m，因此本設(shè)計(jì)采用RS232接口:將單片機(jī)RC6、RC7口設(shè)置為異步串行通信模式，通過MAX232模塊將TTL電平轉(zhuǎn)換成RS232電平，然后與PWS6600C－S觸摸屏的RS232接口進(jìn)行連接，如圖5所示。

圖5 PIC16F877與觸摸屏間的通信電路原理圖Fig.5 Communication principle betwcen PIC16F877 and LCD

2.4 微功率無線數(shù)傳模塊

本設(shè)計(jì)中的智能購物車端 (下位機(jī)端)采用HAC－UAN433微功率無線數(shù)傳模塊，該模塊具有以下特點(diǎn):

(1)微功率發(fā)射。最大發(fā)射功率僅為20 dBm(100 mW)，可選17 dBm(50 mW)。

(2)工作頻率在ISM頻段，無需申請(qǐng)頻點(diǎn)，載頻頻率為427～437 MHz。頻譜環(huán)境干凈，干擾少。

(3)真正的窄帶高速率技術(shù)。信號(hào)帶寬為12.5/25 kHz，頻譜使用效率高，抗干擾能力強(qiáng)，最高有效速率高達(dá)19200 bps。

(4)高抗干擾能力和低誤碼率?；?GFSK或RC2FSK的調(diào)制方式，采用高效前向糾錯(cuò)信道編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機(jī)干擾的能力，在信道誤碼率為10－3時(shí)，可得到實(shí)際誤碼率10－5～10－6，因此可有效避免顧客手機(jī)信號(hào)的影響。

(5)靈敏度高。1200 bps的靈敏度為－122 dBm，9600 bps的靈敏度為－117 dBm。

(6)傳輸距離遠(yuǎn)。視距情況下，1200 bps最遠(yuǎn)可靠傳輸距離2000 m，9600 bps最遠(yuǎn)可靠傳輸距離1000 m。此距離幾乎能足夠勝任目前所有的大型超市。

(7)雙串口，3種接口方式。提供2個(gè)串口3種接口方式，COM1為 TTL電平 UART接口;COM2為軟件模擬的RS－232或RS－485，用戶自定義。本設(shè)計(jì)中采用TTL接口電方式。

(8)體積小，高可靠性、故障率低。

無線數(shù)傳模塊的工作流程圖如圖6所示。

圖6 無線模塊工作流程圖Fig.6 Workflow of the wireless module

2.5 磁卡讀寫器

磁卡讀寫器主要由磁頭和解碼芯片組成，本設(shè)計(jì)中智能購物車的磁條卡接口芯片采用Vikintek公司生產(chǎn)的單磁道F2F解碼芯片——BS100E，它可以實(shí)現(xiàn)磁頭信號(hào)的放大以及F2F編碼數(shù)據(jù)的恢復(fù)，它的MSIA+和MSIA－管腳接磁頭輸出。當(dāng)顧客把購物卡插入磁卡讀寫器中時(shí)，BS100E即對(duì)購物卡進(jìn)行解碼，經(jīng)單片機(jī)處理后，通過無線數(shù)傳模塊與上位機(jī) (即超市的主機(jī))進(jìn)行通信，從而對(duì)購物卡進(jìn)行讀寫操作。整個(gè)收銀系統(tǒng)采用一對(duì)多的通訊方式，即一個(gè)上位機(jī) (超市的主機(jī))與多個(gè)下位機(jī) (購物車)進(jìn)行通訊。

2.6 EAS系統(tǒng)

解碼器的內(nèi)部實(shí)質(zhì)是一個(gè)感應(yīng)線圈，通過該感應(yīng)線圈的工作，可在解碼器上方產(chǎn)生一個(gè)16頻點(diǎn)的交變電磁場(chǎng)，該電磁場(chǎng)即可實(shí)現(xiàn)軟標(biāo)簽的解碼［4－5］。本設(shè)計(jì)中的智能購物車采用內(nèi)鎖設(shè)計(jì)，即從條形碼掃描儀中獲取一個(gè)掃描脈沖信號(hào)，通過隔離電路傳送至單片機(jī)進(jìn)行識(shí)別，只有當(dāng)單片機(jī)收到該脈沖信號(hào)后才會(huì)輸出一個(gè)短暫的升壓控制信號(hào)，使解碼器的解碼信號(hào)大幅提升，此時(shí)軟標(biāo)簽才能被解碼，可保證商品必須在收銀后才能被解碼，從而實(shí)現(xiàn)防盜功能。解碼器與條形碼掃描儀配合使用的原理圖如圖7所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)智能購物車的功能，本設(shè)計(jì)采用了標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化程序設(shè)計(jì)方法。智能購物車的軟件主要包括:系統(tǒng)初始化程序、價(jià)格查詢程序、軟標(biāo)簽解碼程序、讀卡結(jié)算程序以及無線收發(fā)模塊程序等模塊，其主程序流程如圖8所示。

4 結(jié)束語

本智能購物車具有以下特點(diǎn):

(1)支持商品的自助查價(jià)，可以避免超市手工對(duì)商品標(biāo)價(jià)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，防止出現(xiàn)價(jià)格欺詐。

圖8 主程序流程圖Fig.8 Diagram of the main procedure

(2)持有超市購物卡的消費(fèi)者可以自助購物結(jié)算，可減少排隊(duì)等候時(shí)間。

(3)購物車的液晶顯示屏處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，可播放商品廣告，促進(jìn)商品的銷售。

(4)購物車與EAS系統(tǒng)相結(jié)合，可有效實(shí)現(xiàn)商品防盜的目的。

該智能購物車功耗低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)，與目前廣泛應(yīng)用于各大超市的條形碼識(shí)別技術(shù)和EAS系統(tǒng)具有很好的兼容性，因此非常適用我國的各大超市采用。隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展，超市的大量出現(xiàn)，以及用工成本的不斷上漲，必會(huì)有廣闊的市場(chǎng)前景。

［1］顏繼紅.超市一線員工高流動(dòng)率問題的研究［J］.科技和產(chǎn)業(yè)，2011，11(4):54 －55.

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［5］王忠勇，張建華，宋豫冀.基于89C2051的解碼器設(shè)計(jì)［J］.微電子學(xué)與計(jì)算，2002，(5):57 －58.