張笑傲，田會(huì)峰，婁猛猛，張曉玲

（江蘇科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，江蘇 張家港 215600）

近年來(lái)，隨著電子科技的發(fā)展，人們的日常生活也日益智能化，而線下購(gòu)物作為其中一大板塊，其通過(guò)各種自助化購(gòu)物結(jié)算方式以實(shí)現(xiàn)消費(fèi)便利已有趨勢(shì)可尋[1]。在此背景下，為尋求更有效、完善的便捷式線下消費(fèi)流程，研究設(shè)計(jì)購(gòu)物車智能結(jié)算系統(tǒng)。搭載此系統(tǒng)的智能購(gòu)物車可實(shí)現(xiàn)預(yù)消費(fèi)商品名錄預(yù)覽、消費(fèi)金額實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)及自助結(jié)算等功能。

購(gòu)物車智能結(jié)算系統(tǒng)以傳統(tǒng)購(gòu)物車為基礎(chǔ)并加以改造，搭載一組由陶晶馳串口屏、掃碼槍、壓力傳感器等為主要組成部件的模塊設(shè)備[2]。消費(fèi)者在購(gòu)物過(guò)程中，可將預(yù)購(gòu)商品通過(guò)掃碼功能添加至本次購(gòu)物結(jié)算列表，同時(shí)商品名、規(guī)格、價(jià)格、當(dāng)前折扣等基本信息將顯示在串口屏上，并計(jì)算出當(dāng)前預(yù)購(gòu)總金額。同時(shí)，所配備的壓力傳感器根據(jù)商品規(guī)格對(duì)購(gòu)物車中加入的商品進(jìn)行核對(duì)。消費(fèi)者在完成所有選購(gòu)后，可直接通過(guò)設(shè)備中結(jié)算按鈕進(jìn)入消費(fèi)結(jié)算，獲取消費(fèi)商品清單并完成結(jié)算操作。通過(guò)此智能購(gòu)物結(jié)算系統(tǒng)，簡(jiǎn)化傳統(tǒng)線下購(gòu)物工作人員掃件、裝袋等流程，減少消費(fèi)者購(gòu)物結(jié)算等待時(shí)間，極大地提高了消費(fèi)者線下購(gòu)物的便捷性，在節(jié)省大量人力、物力的同時(shí)優(yōu)化了消費(fèi)者的購(gòu)物體驗(yàn)。

1 系統(tǒng)基本架構(gòu)

系統(tǒng)的總體框架如圖1所示。購(gòu)物車智能結(jié)算系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)包含面對(duì)工作人員的電腦應(yīng)用以及微信小程序，其實(shí)際系統(tǒng)包含自動(dòng)跟隨系統(tǒng)、智能結(jié)算系統(tǒng)、導(dǎo)航索引系統(tǒng)，后續(xù)將對(duì)各部分分別進(jìn)行介紹。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.1 購(gòu)物車智能結(jié)算系統(tǒng)控制核心

購(gòu)物車智能結(jié)算系統(tǒng)采用樹(shù)莓派作為控制核心[3]。樹(shù)莓派（Raspberry Pi）使用成本低且僅有普通卡片大小，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的所有基本功能，因其豐富的接口，故具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性[4]。該文采用的樹(shù)莓派4b是一款基于ARM的微型電腦主板，以MicroSD卡為內(nèi)存硬盤(pán)，卡片主板周圍有4個(gè)USB接口和一個(gè)10/100以太網(wǎng)接口（A型沒(méi)有網(wǎng)口），用于連接鍵盤(pán)、鼠標(biāo)和網(wǎng)線，同時(shí)擁有視頻模擬信號(hào)的電視輸出接口和microHDMI高清視頻輸出接口，以上部件全部整合在一張僅比信用卡稍大的主板上，具備所有PC的基本功能，在系統(tǒng)中主要使用其硬件控制和傳輸功能。

TPYBorad是以Python作為主要編程語(yǔ)言的單片機(jī)開(kāi)發(fā)板，易于承載對(duì)數(shù)據(jù)處理的程序，因而便于提升處理數(shù)據(jù)與解碼操作的速度[5]。

1.2 購(gòu)物車智能結(jié)算系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸

購(gòu)物車智能結(jié)算系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸流程如圖2所示。

圖2 硬件架構(gòu)

購(gòu)物車智能結(jié)算系統(tǒng)下位機(jī)采用串口通訊，含有陶晶馳串口屏、掃碼槍、壓力傳感器。統(tǒng)一通過(guò)STM32進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理。

掃碼槍使用RS232接口方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，與STM32傳輸方式不同，因此采用RS232轉(zhuǎn)TTL進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。根據(jù)條形碼編譯數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由于數(shù)據(jù)已經(jīng)在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)，因此傳輸數(shù)據(jù)為“A3N4”其意義為采購(gòu)物品信息在數(shù)據(jù)庫(kù)中A表中第3條數(shù)據(jù)，采購(gòu)數(shù)量為“4”，同時(shí)服務(wù)器根據(jù)調(diào)取信息建立臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)shopping中表格（名稱為客戶名），將信息保存到該表中，根據(jù)其登記信息返回下位機(jī)。

具體操作為選購(gòu)商品時(shí)掃碼（n次），系統(tǒng)將商品信息與數(shù)量傳輸至STM32進(jìn)行解碼編碼，變成對(duì)應(yīng)商品所在數(shù)據(jù)庫(kù)位置與數(shù)量傳輸至樹(shù)莓派，樹(shù)莓派進(jìn)行傳輸至服務(wù)器，在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中建立對(duì)應(yīng)商戶信息表，并傳輸回樹(shù)莓派，樹(shù)莓派解碼并計(jì)算總重量后傳輸至STM32控制串口屏顯示商品信息，控制壓力傳感器計(jì)算商品重量是否合適。如顧客取消某物品的訂單，則可以在串口屏上刪除，串口屏將信息發(fā)送至樹(shù)莓派后傳輸至服務(wù)器，服務(wù)器刪除對(duì)應(yīng)列表中的信息，結(jié)算時(shí)串口屏顯示商家收款碼。

1.3 壓力傳感系統(tǒng)

該系統(tǒng)在選擇掃碼槍時(shí)，可以選擇USB接口或者RS232接口[6]。USB接口的掃碼槍連到電腦USB接口就可以使用，并且使用起來(lái)無(wú)需安裝對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軟件，非常方便。但是USB接口涉及到的版本眾多，常用的有USB1.0、USB2.0等，每一種版本用到的傳輸協(xié)議都有所不同，且掃碼槍的USB接口與常用器件USB轉(zhuǎn)TTL也有所不同，所以USB接口的掃碼槍具有不易開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)，所以該系統(tǒng)中的掃碼槍并沒(méi)有選擇USB接口。

選擇了RS232接口的掃碼槍之后，由于STM32單片機(jī)是TTL電平，故在掃碼槍與單片機(jī)連接時(shí)需要用到MAX232芯片[7]，現(xiàn)在市面上使用較多的是公頭RS232轉(zhuǎn)TTL模塊。

MAX232芯片是美信（MAXIM）公司專為RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5 V單電源供電。電腦串口的電平比較特殊，它的高電平+12 V，低電平-12 V，MAX232可以將這個(gè)電平轉(zhuǎn)換為高5 V，低0 V。單片機(jī)和PC機(jī)通過(guò)串口進(jìn)行通信，盡管單片機(jī)有串行通信的功能，但單片機(jī)提供的信號(hào)電平和RS232的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，因此要通過(guò)MAX232這種類似的芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。RS232接口經(jīng)過(guò)MAX232芯片的轉(zhuǎn)換后引出4個(gè)引腳，分別是VCC、GND、TX、RX，其中 TX、RX是數(shù)據(jù)口，分別接到單片機(jī)的A9、A10兩個(gè)引腳。

1.4 串口屏顯示系統(tǒng)

遠(yuǎn)程終端顯示屏采用的是5英寸電阻觸摸屏，通過(guò)USRAT HIM上位機(jī)軟件對(duì)畫(huà)面顯示進(jìn)行編輯[8]。終端顯示屏上顯示購(gòu)物車的編號(hào)，當(dāng)購(gòu)物車啟動(dòng)時(shí)，終端屏上的購(gòu)物車控件亮起，表明此購(gòu)物車已啟動(dòng)[9]。點(diǎn)擊亮起的購(gòu)物車按鈕，進(jìn)入另一個(gè)畫(huà)面，上面有一個(gè)控件、購(gòu)物清單及用于收款的二維碼。當(dāng)顧客開(kāi)始掃碼購(gòu)物時(shí)，遠(yuǎn)程監(jiān)控端也會(huì)顯示顧客已經(jīng)掃碼的商品信息。當(dāng)顧客完成結(jié)算時(shí)，點(diǎn)擊二維碼，會(huì)出現(xiàn)收款碼，讓顧客進(jìn)行結(jié)算[10]。

同時(shí)，串口屏顯示的主要功能如圖3所示。

圖3 串口屏使用方式

本串口屏分為兩個(gè)界面，均通過(guò)陶晶馳串口屏開(kāi)發(fā)軟件完成[11]，主要數(shù)據(jù)處理分析放在TPYBoard中進(jìn)行處理[12]，首先是導(dǎo)航界面，在顧客不需要瀏覽采購(gòu)清單時(shí)自主顯示，為顧客提供超市平面圖。在用戶需要時(shí)輕觸屏幕，顯示商品信息界面，并在右下角放置投放廣告，取締超市傳統(tǒng)的固定點(diǎn)宣傳[13]。

2 軟件設(shè)計(jì)

為進(jìn)一步明確購(gòu)物車結(jié)算系統(tǒng)的工作流程和系統(tǒng)功能，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)及功能劃分[14]。該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括：系統(tǒng)界面初始化程序、電子條形碼識(shí)別程序、預(yù)購(gòu)清單程序、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢匹配程序等主要功能模塊。系統(tǒng)工作流程為：系統(tǒng)通過(guò)掃碼槍識(shí)別上屏電子條形碼，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢對(duì)應(yīng)商品基本信息，將相關(guān)信息返回，顯示在串口屏上[15]。串口屏上可進(jìn)行預(yù)購(gòu)商品清單與總計(jì)金額預(yù)覽，及同種商品的數(shù)量添加、刪除等操作，同時(shí)通過(guò)壓力傳感系統(tǒng)感應(yīng)購(gòu)物車內(nèi)添加或刪除的商品是否符合其規(guī)格信息，判斷是否警告提示。使消費(fèi)者在購(gòu)物時(shí)能夠明確把握自身的購(gòu)物情況，并對(duì)系統(tǒng)使用進(jìn)行誠(chéng)信約束。

2.1 購(gòu)物車智能結(jié)算系統(tǒng)軟件架構(gòu)

購(gòu)物車智能結(jié)算系統(tǒng)軟件架構(gòu)流程如圖4所示。

圖4 軟件架構(gòu)

為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化購(gòu)物支付方式并實(shí)現(xiàn)購(gòu)物一體化[16]，該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)微信購(gòu)物小程序。消費(fèi)者可以通過(guò)微信小程序進(jìn)行商品支付、退/換貨預(yù)約等，其詳細(xì)流程如圖4所示。當(dāng)購(gòu)物完成后，系統(tǒng)將賬單通過(guò)小程序發(fā)送至消費(fèi)者手機(jī)，消費(fèi)者可進(jìn)行商品支付，支付完成后可以在微信端查看賬單明細(xì)。購(gòu)物結(jié)束后，消費(fèi)者可以在微信端進(jìn)行退/換貨申請(qǐng)預(yù)約，商家可以進(jìn)行退/換貨的統(tǒng)一管理，極大簡(jiǎn)化工作流程，消費(fèi)者可通過(guò)微信端向商家進(jìn)行意見(jiàn)反饋，方便商家優(yōu)化服務(wù)。消費(fèi)者也可以通過(guò)微信端實(shí)時(shí)查看商品價(jià)格，了解商品價(jià)格變化。同時(shí)，商家通過(guò)微信端可以向消費(fèi)者推送商品信息、廣告等，拓寬商家服務(wù)渠道。

2.2 數(shù)據(jù)處理方式

對(duì)于從下位機(jī)中客戶的信息，包括購(gòu)買商品名稱、數(shù)量與刪除訂單操作等信息通過(guò)樹(shù)莓派按照http協(xié)議傳輸?shù)椒?wù)器中，服務(wù)器通過(guò)Flask框架解析接收到的信息，并根據(jù)獲取信息進(jìn)行處理，如用戶購(gòu)買紅筆2支，傳輸?shù)椒?wù)器中之后，服務(wù)器解析數(shù)據(jù)后在客戶（user）數(shù)據(jù)庫(kù)中建立新的表，并將商品（market）數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢到紅筆的部分信息包括商品名稱、價(jià)格插入到新表中，并將相應(yīng)信息如質(zhì)量，名稱，價(jià)格等通過(guò)http協(xié)議返回到樹(shù)莓派中，以便進(jìn)行質(zhì)量比對(duì)與串口屏顯示，其流程圖如圖5所示。

圖5 信息處理流程圖

通過(guò)服務(wù)器對(duì)信息的處理與轉(zhuǎn)存，能夠使信息在最少冗余的情況下，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行最合理的儲(chǔ)存，方便管理員、老板、顧客去查看購(gòu)買量、盈虧、購(gòu)買信息等。

3 結(jié)束語(yǔ)

購(gòu)物車智能結(jié)算是當(dāng)前人們智能化生活發(fā)展的一部分[17]，是時(shí)代發(fā)展與人們實(shí)際需求的結(jié)合，它的設(shè)計(jì)與應(yīng)用將為線下購(gòu)物平臺(tái)與消費(fèi)者們帶來(lái)極大的便利，它在傳統(tǒng)購(gòu)物車載物的基礎(chǔ)上，僅增加了少量模塊組件與軟件功能，實(shí)現(xiàn)了購(gòu)物結(jié)算一體化，實(shí)時(shí)預(yù)購(gòu)列表與金額反饋在一定程度上能夠幫助消費(fèi)者理性消費(fèi)，信譽(yù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也為商家提供了一定保障且減少了人力消耗，使得線下購(gòu)物這一購(gòu)物方式能夠更加有序高效。

隨著科技的進(jìn)步，智能化技術(shù)也將越來(lái)越成熟[18]，人們對(duì)于智能化生活的要求也會(huì)越來(lái)越高[19]。團(tuán)隊(duì)在未來(lái)將繼續(xù)關(guān)于購(gòu)物車智能結(jié)算系統(tǒng)的實(shí)踐與研究，嘗試更多相關(guān)功能的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，而購(gòu)物車智能結(jié)算系統(tǒng)也將更加廣泛地應(yīng)用于各大線下消費(fèi)場(chǎng)所[20]。