一、引言當本文審視現(xiàn)代科技的發(fā)展脈絡，可以清晰地觀察到智能化技術正以前所未有的速度改變著人類的生活方式。諸如智能手機、自動駕駛汽車、家居自動化設備等，無不體現(xiàn)了智能化技術的深遠影響。在零售行業(yè)，智能化技術的應用同樣具有革命性的潛力，尤其是在提高購物效率、改善顧客體驗等方面，智能購物車，旨在為消費者提供更為便利、高效的購物體驗。研究的意義在于，隨著人們生活節(jié)奏的加快，消費者對于購物效率的要求日益增高。而傳統(tǒng)購物車雖然在載物方面發(fā)揮了一定作用，但在商品識別、結(jié)算等環(huán)節(jié)效率較低，容易造成顧客在超市內(nèi)逗留時間過長，進而影響顧客的購物體驗。在全球范圍內(nèi)，智能購物車的研究與發(fā)展受到了學術界和工業(yè)界的廣泛關注。國外許多科技企業(yè)和研究機構(gòu)在智能購物車的研究中取得了一系列創(chuàng)新成果。例如，某些科技公司開發(fā)的智能購物車可以通過集成的攝像頭和傳感器實現(xiàn)商品的自動識別和計價，而其他公司則研發(fā)了通過手勢控制的購物車系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在一定程度上改善了購物體驗并提升了結(jié)算速度。在國內(nèi)，關于基于STM32的智能購物車設計，研究者們進行了大量的研究和實踐。例如，梁瑞娜，提出了一種基于紅外避障和藍牙遙控的智能購物車設計，并在實驗室環(huán)境下完成了跟隨和循跡功能的驗證[1]。林春艷，提出了一種基于機器視覺和藍牙通信的智能購物車系統(tǒng)，通過圖像識別和路徑規(guī)劃實現(xiàn)了智能導航和自動避障[2]。此外，皮海營,李冰郁,李暉進一步研究了基于CAN總線的智能購物車設計，通過集成傳感器和STM32控制器，實現(xiàn)了智能感知和精準控制[3]。國內(nèi)的研究者在購物車導航和避障方面取得了顯著的進展。他們通常使用超聲波、紅外傳感器和攝像頭來獲取環(huán)境信息。這些傳感器幫助購物車檢測障礙物，避免碰撞，并規(guī)劃最佳路徑。研究致力于提高導航的準確性和避障的穩(wěn)定性，以應對不同的購物場景。一些研究者將計算機視覺技術應用于購物車，以實現(xiàn)商品識別和定位。購物車配備攝像頭和圖像處理算法，能夠識別商品標簽、貨架和產(chǎn)品位置。這有助于提供更多的信息給購物車用戶，甚至可以與用戶的手機應用程序進行交互，提供商品的詳細信息和價格比較。國內(nèi)研究者也關注購物車的跟隨功能。通過藍牙連接或視覺識別，購物車能夠跟隨用戶移動，無需手動推動。這對于老年人、行動不便的人以及需要攜帶大量商品的購物者來說具有巨大的便利性。在國外，智能購物車設計的研究也取得了顯著進展。GabrielTrierweilerRibeiro提出了一種基于圖像處理和機器學習的智能購物車原型，通過激光傳感器和攝像頭實現(xiàn)了避障和跟隨功能[4]。Johnson,A.(2019)采用機器視覺算法和無線通信技術，設計了一種智能購物車系統(tǒng)，可以實現(xiàn)自主導航和遠程控制[5]。此外，Martinez,L.(2020)利用深度學習算法，開發(fā)了一種具有語音識別和語音交互功能的智能購物車，并在超市環(huán)境中進行了測試驗證[6]。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和技術的不斷進步，智能購物車也逐漸成為研究熱點。國內(nèi)眾多高校和研究機構(gòu)針對智能購物車的設計與實現(xiàn)進行了深入探討，研究內(nèi)容涵蓋了新型傳感器的應用、無線通信技術的集成、以及人工智能算法在商品識別領域的應用等。通過不懈努力，國內(nèi)研究者不僅在理論上取得了突破，而且在實際應用中也獲得了顯著的成果，一些智能購物車項目已經(jīng)在部分零售場所開始試點應用。盡管國內(nèi)外對智能購物車的研究取得了諸多積極成果，但目前智能購物車的普及率仍然較低，其在商品識別準確度、用戶交互體驗、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面仍存在一定的挑戰(zhàn)。同時，如何將智能購物車更好地融入到現(xiàn)有的零售環(huán)境中，以及如何降低成本以便于大規(guī)模部署，也是當前研究中亟需解決的問題。二、系統(tǒng)整體設計2.1設計思路與功能實現(xiàn)在探討智能購物車的系統(tǒng)整體設計之初，本文以提升消費者購物體驗與效率為最終目標，同時考慮到系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性以及成本效益比。為此，設計思路遵循了高度模塊化和集成化的原則，確保各功能模塊既能獨立運行，又能無縫協(xié)同工作。智能購物車的功能實現(xiàn)覆蓋了通過單片機STM32作為控制中心，結(jié)合循跡、紅外避障、跟隨和藍牙遙控等技術，設計一個功能完備的智能購物車原型，以滿足現(xiàn)代消費者對購物便捷性和智能化的需求。通過傳感器的數(shù)據(jù)采集和處理，實現(xiàn)智能購物車在無人駕駛狀態(tài)下的可靠導航和避障功能。同時支持藍牙遙控，讓用戶能夠自由操控購物車。優(yōu)化購物體驗和減少人力成本：智能購物車的引入能夠為消費者提供更加便捷、舒適的購物體驗。購物車能夠自動避開障礙物，減輕用戶推車的負擔，讓購物過程更加輕松愉快。同時，智能購物車還能夠減少人工操作，降低購物場所的人力成本，提高工作效率，從而提高購物效率。為了實現(xiàn)這些功能，智能購物車的整體設計還必須考慮到用戶交互界面的友好性，本文采用了OLED顯示屏，提供了簡潔直觀的操作方式，使消費者可以更直觀的觀察到購物車的狀態(tài)即便是首次使用也能迅速上手。2.2系統(tǒng)組成框圖智能購物車系統(tǒng)的組成框圖是對其結(jié)構(gòu)及工作流程的直觀展現(xiàn)?？驁D中明確劃分了各個功能模塊的職責與相互關系，體現(xiàn)了系統(tǒng)設計的邏輯性與層次性。下圖2-1自能購物車系統(tǒng)的組成框圖。圖2-1在框圖中，一輛'自動化'購物車，輸入信號模塊，可以講一些外界信息測量并送至單片機，比如超聲波把距離信息發(fā)送給單片機。執(zhí)行模塊，可以根據(jù)單片機控制指令進行執(zhí)行，比如舵機根據(jù)單片機指令旋轉(zhuǎn)。單片機，可以根據(jù)輸入信號模塊完成對執(zhí)行模塊的控制。電源負責給整個系統(tǒng)供電。OLED模塊顯示一些系統(tǒng)信息。三、系統(tǒng)硬件設計3.1模塊交互與連接在系統(tǒng)硬件設計的最后一環(huán)，模塊交互與連接的設計同樣展現(xiàn)出其重要性。各功能模塊之間的高效交互和穩(wěn)定連接，構(gòu)成了智能購物車系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡，了信息的準確傳遞和指令的有效執(zhí)行。主控模塊作為系統(tǒng)的控制中心，通過微控制器的各種外設接口與其他模塊進行連接。例如，通過GPIO（通用輸入輸出）接口可實現(xiàn)對LED指示燈、按鍵等簡單外設的控制。通過更為復雜的外設接口，如ADC、DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）等，微控制器可與各種傳感器和執(zhí)行器建立連接。輸入信號模塊中的傳感器和執(zhí)行器通過相應的接口與主控模塊連接。這些接口不僅需要傳輸控制信號，還需傳輸電源和地線。在設計時，還應考慮到模塊的物理布局，合理安排線束的走向，以減少線路的交叉和纏繞，便于后期的維護和排錯。電源管理模塊則通過電源線路將電能分配到系統(tǒng)的各個部分。在設計電源線路時，需要考慮到線路的電流承載能力、線路的過熱保護以及電源的穩(wěn)定性。同時，各模塊的功耗特性需要詳細分析，以便設計合理的電源路線和電源分配。在確保模塊交互與連接的設計中，不僅要考慮電氣特性，還要考慮到系統(tǒng)的物理布局和用戶的操作便捷性。每個連接點和每條線路的設計都應當經(jīng)過精心計算和周密考慮，以保證智能購物車系統(tǒng)的高效運行和長期穩(wěn)定。3.2器件選型與模塊器件選型方面，每一種器件的選擇都經(jīng)過了嚴格的考量，不僅要滿足功能性的需求，還要考慮到成本和市場的供應情況。STM32微控制器的選型基于其高性能、低功耗的特點，以及其豐富的外設和通用接口，適合作為智能購物車系統(tǒng)的核心處理單元。OLED的選型則著重考慮了顯示效果，以確保良好的用戶交互體驗。在傳感器的選型上，紅外傳感器則選擇了響應速度快、探測范圍廣的型號，以實現(xiàn)有效的避障監(jiān)控。無線模塊的選型則優(yōu)先考慮了通訊穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸速率，以滿足系統(tǒng)與后臺數(shù)據(jù)庫的實時同步需求。電源管理模塊選擇了具有過充、過放保護功能的電源控制芯片，以及性能穩(wěn)定的鋰電池，確保系統(tǒng)的長時間穩(wěn)定工作。通過精心的開發(fā)工具選用和器件選型，智能購物車在功能實現(xiàn)的同時，還兼顧了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。每一項技術的引入都基于周到的考量，確保了系統(tǒng)設計的前瞻性和實用性，為后續(xù)的系統(tǒng)開發(fā)和應用奠定了堅實的基礎。在當代的智能系統(tǒng)設計領域，模塊化的概念被廣泛認可并應用。模塊化設計可以將一個復雜的系統(tǒng)分解成多個獨立且功能明確的子模塊。每個模塊承擔著系統(tǒng)中的一個特定職能，它們可以相互獨立地開發(fā)和測試，從而大大簡化了設計流程、提高了系統(tǒng)的可維護性與可擴展性?；赟TM32的智能購物車系統(tǒng)，采用了模塊化的設計理念，其核心組成可以被劃分為以下幾個關鍵模塊：主控模塊、顯示模塊、輸入信號模塊、執(zhí)行模塊。主控模塊：是智能購物車系統(tǒng)的大腦，以主控：STM32單片機使用：STM32f103c8t6最小系統(tǒng)板，選擇原因：STM32F103C8T6價格較低，資源豐富可以滿足項目要求。相較于其他單片機而言，32系列單片機所能夠存儲的程序更長，能夠應用到數(shù)據(jù)量大的運輸環(huán)境當中。微控制器為核心，負責整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和指令分發(fā)。STM32微控制器以其高性能、低功耗的特點，在智能硬件領域有著廣泛的應用。它具備強大的計算能力和豐富的外設接口，能夠有效地處理各類傳感器數(shù)據(jù)，并驅(qū)動各個子模塊的運行。下圖3-1是STM32F103C8T6主控模塊的原理圖。圖3-1顯示模塊：使用OLED顯示屏模塊0.96寸IIC選擇原因：價格較低、使用方便通過OLED顯示屏顯示出系統(tǒng)的運行狀態(tài)以及運行信息。OLED技術能夠?qū)崿F(xiàn)非常高的對比度和鮮艷的色彩，因為每個像素都是自發(fā)發(fā)光的，而不需要背光源。這使得顯示效果非常清晰和生動。下圖3-2是0.96寸IICOLED顯示屏的電路原理圖。圖3-2輸入信號模塊：陀螺儀使用：MPU-6050模塊三軸加速度陀螺儀6DOFGY-521原因：滿足項目需要且使用方便。集成度高:MPU-6050集成了三軸加速度計和三軸陀螺儀，因此GY-521模塊也能夠同時提供這兩種傳感器的數(shù)據(jù)輸出。這種集成化設計簡化了電路設計和硬件連接。精度高:InvenSense的傳感器以其高精度而聞名，MPU-6050和GY-521都具有較高的精度，能夠提供準確的加速度和角速度測量數(shù)據(jù)。穩(wěn)定性好:MPU-6050芯片和GY-521模塊能夠提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)輸出，適用于需要精確姿態(tài)控制的應用，如飛行器姿態(tài)控制、平衡車等。廣泛支持:由于MPU-6050芯片和GY-521模塊是常用的傳感器模塊之一，因此有許多針對它們的開源庫和示例代碼可供使用。這使得在各種平臺和開發(fā)環(huán)境下進行開發(fā)變得更加容易。成本效益高:由于其在市場上的廣泛應用和生產(chǎn)規(guī)模，MPU-6050和GY-521模塊通常價格較為合理，因此在項目中使用它們可以在不犧牲性能的情況下控制成本。豐富的功能:MPU-6050芯片和GY-521模塊不僅提供加速度計和陀螺儀功能，還集成了溫度傳感器，因此能夠提供環(huán)境溫度數(shù)據(jù)。這使得它們可以用于更廣泛的應用，例如環(huán)境監(jiān)測和溫度補償?shù)?。下圖3-3是MPU-6050傳感器的電路原理圖。圖3-3超聲波測距模塊使用：HC-SR04超聲波測距模塊。非接觸式測距：HC-SR04模塊利用超聲波原理進行測距，因此可以實現(xiàn)非接觸式的距離測量。這意味著它可以安全、可靠地用于測量目標到傳感器之間的距離，而無需物理接觸目標。精度高：HC-SR04模塊通常具有較高的測距精度，可以在一定范圍內(nèi)提供準確的距離測量。這使得它適用于許多需要精確距離測量的應用場景，如避障、自動導航、智能停車系統(tǒng)等。簡單易用：HC-SR04模塊具有簡單的工作原理和使用方法，通常只需提供一個觸發(fā)信號，然后等待一段時間即可獲取距離測量結(jié)果。這種簡單易用的特點使得它適用于各種項目和應用，即使是對電子新手也很容易上手。成本低廉：HC-SR04模塊的價格通常比較低廉，而且易于獲得。這使得它成為了許多項目中首選的測距傳感器之一，尤其是在預算有限的情況下。適用范圍廣：HC-SR04模塊通常具有較大的測距范圍，可以在幾厘米到幾米的范圍內(nèi)進行測量。這使得它適用于許多不同尺寸和距離要求的應用場景，從小型機器人到工業(yè)自動化系統(tǒng)都可以使用。穩(wěn)定性好：HC-SR04模塊在適當?shù)氖褂脳l件下通常具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。它們的設計使得它們對環(huán)境因素的影響較小，如溫度變化或濕度變化。下圖3-4是HC-SR04超聲波元件的電路原理圖。圖3-4紅外循跡模塊使用：尋跡傳感器TCRT5000紅外反射傳感器，高靈敏度：TCRT5000具有高靈敏度的紅外發(fā)射和接收功能，能夠檢測到反射物體表面的紅外光信號變化。這使得它對于檢測距離比較近的反射物體具有較高的靈敏度。非接觸式檢測：與超聲波傳感器類似，TCRT5000也是一種非接觸式的檢測設備，可以在不接觸目標物體的情況下進行檢測。這種特性使得它可以應用于一些特殊場景，如需要防止干擾或接觸的場合。低成本：TCRT5000是一種成本相對較低的傳感器，價格較為經(jīng)濟實惠，適合于成本敏感的項目和應用。小型化設計：TCRT5000傳感器本身具有比較小的尺寸，易于集成到各種設備和系統(tǒng)中，且不會占用太多空間。簡單易用：TCRT5000傳感器的使用方法相對簡單，通常只需提供電源和相應的引腳連接即可。其工作原理也比較直觀，因此易于理解和使用?？煽啃愿撸篢CRT5000傳感器通常具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，在適當?shù)氖褂脳l件下能夠提供穩(wěn)定的檢測性能。應用廣泛：TCRT5000傳感器可以應用于許多場景，如智能小車尋跡、物體檢測、反射光信號測量等。因此，它具有廣泛的應用前景和潛力。下圖3-5是TCRT5000紅外反射傳感器元件的電路原理圖。圖3-5藍牙模塊使用：HC-05主從機一體藍牙串口透傳模塊。靈活性：HC-05模塊可以配置為主機模式或從機模式，具有較高的靈活性。在主機模式下，它可以主動發(fā)起連接到其他藍牙設備，而在從機模式下，它可以被其他藍牙設備連接。這種靈活性使得它適用于多種不同的藍牙通信場景。簡單易用：HC-05模塊具有簡單的串口接口，易于與各種微控制器或其他設備進行連接。它可以通過串口進行配置和通信，因此對于嵌入式系統(tǒng)和電子愛好者來說，使用起來非常方便。低功耗：HC-05模塊采用了低功耗設計，能夠在藍牙通信過程中保持較低的功耗。這使得它適用于對功耗有要求的應用，如便攜式設備或電池供電設備。成本效益高：HC-05模塊的價格通常較為經(jīng)濟實惠，而且易于獲得。相比于其他藍牙模塊，它具有良好的性價比，適合于對成本敏感的項目和應用。穩(wěn)定性和可靠性：HC-05模塊具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，在適當?shù)氖褂脳l件下能夠提供穩(wěn)定的藍牙通信連接。它支持藍牙2.0協(xié)議，具有良好的兼容性和穩(wěn)定性。應用廣泛：由于其靈活性、易用性和穩(wěn)定性，HC-05模塊被廣泛應用于各種藍牙通信應用中，如藍牙串口通信、無線數(shù)據(jù)傳輸、遙控器、智能家居設備等。下圖3-6是HC-05藍牙模塊的電路原理圖。圖3-6按鍵使用：這里按鍵使用PCB元件。一體化設計：PCB元件可以將按鍵直接集成到電路板上，使得按鍵和電路板成為一個整體，節(jié)省了外部連接器和線纜的使用，簡化了電路板的布局設計，提高了整體的可靠性和穩(wěn)定性。節(jié)省空間：PCB元件的尺寸可以根據(jù)設計需求進行定制，可以實現(xiàn)非常小巧的按鍵設計，節(jié)省了空間，特別適合于體積有限的設備或產(chǎn)品。生產(chǎn)成本低：PCB按鍵可以通過批量生產(chǎn)的方式大規(guī)模制造，具有較低的成本。與傳統(tǒng)的獨立按鍵相比，PCB按鍵的生產(chǎn)成本更低，從而降低了整體產(chǎn)品的制造成本?？煽啃愿撸篜CB按鍵與電路板相一體化，可以減少接觸不良或者接觸松動等問題，提高了按鍵的可靠性和穩(wěn)定性。同時，PCB按鍵的連接方式可避免外部連接器的接觸不良或者線纜老化等問題。定制性強：PCB按鍵可以根據(jù)設計需求進行定制，可以靈活地調(diào)整按鍵的形狀、尺寸、排列方式等，滿足不同產(chǎn)品的設計要求，具有較強的定制性。美觀性好：PCB按鍵可以通過印刷技術實現(xiàn)圖案和標識的定制，使得按鍵的外觀更加美觀，同時也可以根據(jù)設計需要實現(xiàn)指示燈等功能?？勺詣踊a(chǎn)：PCB按鍵可以通過自動化生產(chǎn)線進行大規(guī)模生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)速度，適用于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。通過各個傳感器的感應與反饋，將傳感器采集到的信息反饋給主控單片機執(zhí)行模塊則負責響應處理模塊的指令，對外界進行干預。下圖3-7是PCB元件的電路原理圖。圖3-7執(zhí)行模塊：電機驅(qū)動使用：TB6612FNG電機驅(qū)動模塊電機。高性能：TB6612FNG電機驅(qū)動模塊具有良好的性能特性，能夠提供穩(wěn)定的電機驅(qū)動能力。它支持雙路直流電機驅(qū)動，每路驅(qū)動能力可達到1.2A，適用于許多小型和中型電機的驅(qū)動需求。寬電壓范圍：TB6612FNG電機驅(qū)動模塊能夠支持廣泛的電壓范圍，通常可以在2.7V至13.5V的范圍內(nèi)工作，這使得它可以適用于不同電源供電的系統(tǒng)和項目中。雙路驅(qū)動：TB6612FNG模塊支持雙路電機驅(qū)動，可以控制兩個獨立的直流電機。這使得它非常適合于需要控制多個電機的項目，如小型機器人、智能車等。PWM控制：TB6612FNG模塊支持PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制，可以實現(xiàn)對電機速度的精確控制。通過調(diào)節(jié)PWM信號的占空比，可以調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)精確的運動控制。過流保護：TB6612FNG模塊具有過流保護功能，可以保護電機和驅(qū)動器不受過電流損壞。這種保護機制可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，延長設備的使用壽命。內(nèi)置電壓調(diào)節(jié)器：TB6612FNG模塊通常內(nèi)置了電壓調(diào)節(jié)器，可以提供穩(wěn)定的電源電壓給外部控制電路和傳感器，簡化了外部電路設計。小巧方便：TB6612FNG模塊通常具有小型化設計，體積小巧，安裝方便，適用于各種空間有限的應用場景。低功耗：TB6612FNG模塊在正常工作時具有較低的功耗，有利于節(jié)能和延長電池壽命。下圖3-8展示了TB6612FNG電機驅(qū)動模塊的電路原理圖。圖3-8使用：電機馬達DC3V-6V直流減速電機。適用于低電壓應用：DC3V-6V電機適用于低電壓應用場景，因此可以在電池供電的情況下工作，適用于移動設備、便攜式裝置等需要小功率電機的應用。低成本：這種類型的電機通常價格較低，適合于成本敏感的項目和應用。節(jié)能：由于工作電壓較低，DC3V-6V電機通常具有較低的功耗，有助于節(jié)省能源?？煽啃裕褐绷鳒p速電機結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，通常具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，適用于長時間連續(xù)工作的應用。易于控制：直流電機通常易于控制，可以通過調(diào)節(jié)電壓或PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號來實現(xiàn)速度和方向的控制。高效轉(zhuǎn)換：DC3V-6V電機的效率通常較高，能夠?qū)㈦娔苡行мD(zhuǎn)換為機械能，從而實現(xiàn)高效的工作。多種尺寸和轉(zhuǎn)速選項：DC3V-6V電機通常有多種尺寸和轉(zhuǎn)速選項，可以根據(jù)具體需求選擇適合的型號，滿足不同應用的需求。多種用途：DC3V-6V電機可以用于各種用途，包括但不限于小型機器人、模型車輛、家用電器、醫(yī)療設備、工業(yè)自動化等領域。下圖3-9展示了DC3V-6V直流減速電機的電路原理圖。圖3-9舵機使用：SG909g舵機固定翼航模遙控飛機180度舵機；執(zhí)行模塊控制購物車的移動。小巧輕便：SG90舵機體積小、重量輕，適合于對空間有限的應用場景，如小型機器人、無人機、模型飛機等。廣泛應用：SG90舵機可用于各種需要精確控制角度的應用，如舵機控制、攝像頭方向控制、遙控器、機器人關節(jié)等。價格低廉：SG90舵機價格相對較低，適合于成本敏感的項目和應用。易于控制：SG90舵機采用標準的PWM控制方式，通過調(diào)節(jié)PWM信號的脈沖寬度可以精確控制舵機的角度位置。這種控制方式簡單易懂，容易集成到各種控制系統(tǒng)中。高精度：SG90舵機通常具有較高的轉(zhuǎn)動精度，可以實現(xiàn)精確的角度控制，適用于對精度要求較高的應用。響應速度快：SG90舵機響應速度較快，可以快速調(diào)整到目標位置，實現(xiàn)實時控制。可靠性高：SG90舵機通常具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，長時間運行時表現(xiàn)良好，適用于長期穩(wěn)定工作的應用。配件豐富：由于SG90舵機是一種常見的標準舵機，因此有許多配件和附件可供選擇，如支架、連接桿等，方便用戶進行定制和安裝。下圖3-10是SG909g舵機的電路原理圖。圖3-10電源使用：12v鋰電池組18650充電帶保護板大容量電瓶通用移動電源便攜蓄電池。高能量密度：鋰電池具有較高的能量密度，相對于其他類型的電池，18650鋰電池組可以提供更大的電容量，因此適用于需要大容量電源的移動電源應用。輕便便攜：18650鋰電池組相對于其他類型的電池，體積較小、重量輕，因此制作的移動電源也相對輕便便攜，適合于戶外旅行、露營等場景的使用。可靠性高：通過合理的組裝和使用保護板，可以確保鋰電池組的安全性和穩(wěn)定性，提高了電池組的可靠性，降低了安全風險。長壽命：18650鋰電池通常具有較長的使用壽命，能夠經(jīng)受多次充放電循環(huán)，相對持久耐用。充電保護：帶有保護板的充電控制可以確保充電過程中的安全性，防止過充、過放、過流等問題，從而延長電池組的使用壽命。多種輸出方式：大容量電池通常配備了多種輸出接口，如USB、DC接口等，可以滿足不同設備的充電需求，具有較高的通用性。適應性強：大容量電瓶通用移動電源適用于各種電子設備的供電需求，可以作為移動充電寶、應急電源、戶外電源等多種用途?？啥ㄖ菩裕河捎诓捎昧?8650鋰電池組，因此可以根據(jù)需要調(diào)整電池組的容量、電壓等參數(shù)，以滿足不同項目的需求，具有一定的可定制性。下圖3-11是電源的電路原理圖。圖3-11系統(tǒng)的模塊化組成不僅使得設計更加靈活，也便于后期的維護和升級。每個模塊都是相對獨立的單元，可以根據(jù)新的技術發(fā)展或市場需求進行相應的調(diào)整和改進，從而延長智能購物車系統(tǒng)的生命周期。四、系統(tǒng)軟件設計4.1軟件設計本設計C語言進行編程的，集成開發(fā)環(huán)境選用的是：STM32CubeIDE，STMicroelectronics提供的官方IDE，基于Eclipse，并集成了CubeMX配置工具和HAL庫。STM32CubeIDE是一個完整的集成開發(fā)環(huán)境，基于Eclipse平臺，提供了一體化的開發(fā)環(huán)境，包括代碼編輯器、編譯器、調(diào)試器和項目管理工具，簡化了整個開發(fā)流程。CubeMX配置工具集成：STM32CubeIDE集成了CubeMX配置工具，使得配置STM32單片機的引腳、外設、時鐘等變得更加方便。開發(fā)者可以通過圖形化界面選擇單片機型號和外設配置，然后自動生成初始化代碼框架，極大地提高了開發(fā)效率。優(yōu)化的性能：由于是官方提供的IDE，STM32CubeIDE針對STM32單片機進行了優(yōu)化，可以充分發(fā)揮STM32單片機的性能優(yōu)勢，同時提供了豐富的調(diào)試和優(yōu)化功能，幫助開發(fā)者更好地調(diào)試和優(yōu)化應用程序。4.2各功能技術路線以及主要代碼4.2.1電機驅(qū)動整體邏輯下圖4-1為線框思路圖。圖4-1由TB6612介紹得，通過控制AO和AO2高低電平可以控制AIN1和AIN2輸出。GPIO高低電平控制AIN和BINTB6612GPIO驅(qū)動函數(shù)代碼//驅(qū)動6612的AIN1AIN2BIN1BIN2//AIN1PB13//AIN2PB12//BIN1PB1//BIN2PB0voidTB6612_GPIO_Init(void){GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);//使能PB端口時鐘GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1;//PB0OB1PB12PB13端口配置GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//推挽輸出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//IO口速度為50MHzGPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);//根據(jù)設定參數(shù)初始化GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1);//PB0OB1PB12PB1輸出高}相關宏定義#defineAIN1PBout(13)//PB13#defineAIN2PBout(12)//PB12#defineBIN1PBout(1)//PB1#defineBIN2PBout(0)//PB0電機控制通過AIN1、AIN2、BIN1、BIN2控制電機正反轉(zhuǎn)，通過PWMA、PWMB控制電機轉(zhuǎn)速。AIN1=1;AIN2=0;BIN1=1;BIN2=0;TIM_SetCompare4(TIM1,1500);//設置ATIM_SetCompare1(TIM1,1500);//設置B小車直行voidForward(void){AIN1=1;AIN2=0;BIN1=1;BIN2=0;TIM_SetCompare4(TIM1,1500);//設置ATIM_SetCompare1(TIM1,1500);//設置B}小車后退voidBackward(void){AIN1=0;AIN2=1;BIN1=0;BIN2=1;TIM_SetCompare4(TIM1,1500);//設置ATIM_SetCompare1(TIM1,1500);//設置B}小車左轉(zhuǎn)voidLeftward(void){AIN1=0;AIN2=1;BIN1=1;BIN2=0;TIM_SetCompare4(TIM1,1500);//設置ATIM_SetCompare1(TIM1,1500);//設置B}小車右轉(zhuǎn)voidRightward(void){AIN1=1;AIN2=0;BIN1=0;BIN2=1;TIM_SetCompare4(TIM1,1500);//設置ATIM_SetCompare1(TIM1,1500);//設置B}if(Mode==3)4.2.2超聲波避障超聲波模塊發(fā)射超聲波碰到障礙物之后反彈，超聲波模塊接收到反彈回的信號然后傳遞到stm32主控模塊，由主控模塊傳遞到舵機模塊，舵機左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。{//超聲波避障TIM_SetCompare1(TIM3,80);//舵機向前使超聲波朝前方delay_ms(200);if(TCRT5000_Dist()>25)//前方無障礙物{Forward();delay_ms(500);}if(TCRT5000_Dist()<25)//向前有障礙物{TIM_SetCompare1(TIM3,50);//舵機向右邊轉(zhuǎn)大約30度delay_ms(200);if(TCRT5000_Dist()>25)//右側(cè)無障礙物判斷{Rightward();delay_ms(700);}else{//右邊有障礙物TIM_SetCompare1(TIM3,100);//舵機向左邊轉(zhuǎn)大約30度delay_ms(200);if(TCRT5000_Dist()>25)//左側(cè)無障礙物{Leftward();delay_ms(700);}else{Backward();//后退delay_ms(700);Rightward();//右轉(zhuǎn)delay_ms(700);}}}}}4.2.3定距跟隨由超聲波模塊發(fā)送超聲波信號，超聲波模塊接收到反彈的超聲波信號，傳輸?shù)絊TM32主控模塊，通過反彈信號的時間來計算判斷距離前方人的距離，當距離大于設定值時，主控模塊向電機驅(qū)動模塊發(fā)出指令“前進”。當距離小于設定值時，主控模塊向電機驅(qū)動模塊發(fā)出指令“后退”，來實現(xiàn)定距跟隨。while(1){HC_SR04=1;delay_us(13);HC_SR04=0;if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)//成功捕獲到了一次上升沿{time=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F;time*=65536;//溢出時間總和time+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL;//得到總的高電平時間printf("\r\nHIGH:%dus\r\n",time);//打印總的高點平時間Distance=time*0.033/2;printf("cm:%d\r\n",Distance);TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;//開啟下一次捕獲}if(Distance>20){Forward();delay_ms(50);}if(Distance<15){Backward();delay_ms(50);}4.2.4紅外循跡外發(fā)射器發(fā)射紅外光束，而接收器接收光束反射或被地面上的標記吸收后的信號，地面通常會標記有特定的模式或者線路。這些標記可以是黑線、白線、或者其他顏色或紋理的組合。紅外傳感器的任務是檢測這些標記。當紅外光束照射到地面標記上時，其反射的強度或者特征會因地面標記的不同而不同。例如，黑線會吸收紅外光，而白線則會反射紅外光。這種反射或吸收的變化被傳感器檢測并記錄。紅外傳感器接收到反射或吸收的光信號后，會將其轉(zhuǎn)換為電信號并進行解析。根據(jù)接收到的信號特征，系統(tǒng)可以確定小車當前所處位置以及應該采取的行動。根據(jù)紅外傳感器的檢測結(jié)果，控制系統(tǒng)會調(diào)整小車的運動方向和速度，使其沿著指定的路徑前進。這通常涉及到控制電機或輪子。//紅外循跡TCRT5000初始化函數(shù)voidTCRT5000_Init(void)//IO初始化{GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);//使能PORTA,PORTB時鐘GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable,ENABLE);//重映射配置關閉JTAG-DP啟用SW-DP從而可以使用PA15PB3PB4GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_15;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPD;//PA15設置成下拉輸入GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.15GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_3;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPD;//設置成下拉輸入GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);//初始化GPIOB543}一些宏定義，利用函數(shù)讀取電平#defineHW_1GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_5)//讀取PB5電平#defineHW_2GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_4)//讀取PB4#defineHW_3GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_3)//讀取PB3#defineHW_4GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_15)//讀取PA15調(diào)用初始化函數(shù)TCRT5000_Init();紅外對管控制小燈while(1){if(HW_1==1&&HW_2==0&&HW_3==1&&HW_4==0)//當?shù)谝粋€和第三個前面是黑色時候板子小燈亮，其他情況板子小燈滅{LED=0;}else{LED=1;}}部分省略。4.2.5藍牙與單片機的連接與使用TTL插入電腦，使用串口助手->選擇端口->更改波特率115200->發(fā)送數(shù)據(jù)配置藍牙然后更改藍牙波特率，見硬件藍牙介紹得在AT模式下設置發(fā)送AT指令：AT+UART=115200,0,0。測試藍牙：斷電重啟藍牙，更改軟件波特率為115200，打開手機藍牙與HC-05配對（密碼：1234），使用藍牙調(diào)試器（應用商店下載即可），發(fā)送aa觀察電腦串口軟件。下圖4-2為連接示意圖。圖4-2五、功能實現(xiàn)與成果展示5.1系統(tǒng)設計功能實現(xiàn)在智能購物車的設計與實現(xiàn)過程中，基于STM32微控制器的核心架構(gòu)充分發(fā)揮了其高效的處理能力和靈活的接口，搭配必要的外圍設備和傳感器，賦予了購物車多種智能化功能。本節(jié)將詳細闡述智能購物車各項功能的實現(xiàn)機制以及它們在系統(tǒng)整體中的協(xié)同作用。本文為了提升購物效率，智能購物車還具備了跟隨巡航避障功能。這一功能的實現(xiàn)依賴于精準的超聲波測距模塊以及紅外循跡模塊，這樣顧客在購物的過程中不用在用手去控制著購物車的方向，可以解放雙手，而跟隨功能還可以讓顧客在前面去看自己想買的，不用再過多的顧及購物車在身前的不便，使顧客在購物的過程路程中可以在商場里更加順暢。除此之外，為了顧客有更好的使用性，本文還配置了藍牙模塊用來無線鏈接手機等移動終端設備，是使用體驗更上一層樓。整體來看，智能購物車的功能實現(xiàn)體現(xiàn)了電子技術與智能算法的完美結(jié)合，這些功能的有機融合和協(xié)同工作，極大提高了購物效率和顧客滿意度。5.2成果展示超聲波避障展示如圖5-1圖5-1小車整體展示如下圖5-2圖5-2小車運動展示如下圖5-3圖5-3小車紅外循跡展示如下圖5-4圖5-4六、總結(jié)與展望6.1本文工作總結(jié)在本研究的廣泛而深入的探討中，本文成功地設計并實現(xiàn)了一款基于STM32微控制器的智能購物車。這一重要的研究成果，無疑為智能零售解決方案的設計與實施提供了寶貴的經(jīng)驗和理論支持。通過對智能購物車系統(tǒng)的每一個環(huán)節(jié)從硬件選型到軟件開發(fā)，再到系統(tǒng)的測試與評估進行了全面的分析和實踐，本文確立了一種既高效又穩(wěn)定的智能購物輔助系統(tǒng)。在硬件設計方面，本文充分考慮了各種電子元件的協(xié)同工作和整體性能，采用STM32微控制器作為系統(tǒng)的處理核心，并圍繞它配置了一系列高效的傳感器和執(zhí)行模塊。在軟件設計方面，本文采用模塊化編程思想，構(gòu)建了清晰的軟件架構(gòu)，對每一部分軟件的功能進行了詳細的規(guī)劃和測試，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和用戶的良好交互體驗。此外，本文通過實驗和應用場景測試，驗證了智能購物車的多項創(chuàng)新功能，如自動跟隨，紅外避障，藍牙遙控等均能達到預期的效果。通過對系統(tǒng)設計的深入研究和廣泛的測試評估，本研究證明了該智能購物車在提升購物效率、降低人工成本、優(yōu)化用戶購物體驗等方面具有顯著的優(yōu)勢。6.2創(chuàng)新點歸納在本次研究中，本文的工作不僅限于技術層面的創(chuàng)新，更體現(xiàn)在多個方面的綜合考量和突破。首先，本文的研究針對智能購物車這一領域中存在的技術挑戰(zhàn)，提出了一整套的解決方案。本文不僅實現(xiàn)了循跡跟隨功能，還在購物車中集成了藍牙遙控，這在傳統(tǒng)的購物車設計中是前所未有的。其次，本文對STM32微控制器的應用進行了深入的研究，實現(xiàn)了與多種傳感器和執(zhí)行模塊的高效集成，這在技術實現(xiàn)上展現(xiàn)了較高的復雜度和技術難度。再者，軟件設計方面，本文采用了模塊化的架構(gòu)設計，使得系統(tǒng)易于擴展和維護，同時提升了軟件的可靠性和用戶的操作便捷性。最后，本文通過實際的測試和應用場景分析，不僅驗證了系統(tǒng)設計的有效性，而且在實踐中收集了用戶的反饋，這些寶貴的第一手資料為今后的改進工作提供了重要的參考依據(jù)。6.3未來改進方向在未來的研究與改進中，本文可以從多個角度和層面對智能購物車系統(tǒng)進行優(yōu)化與升級。首先，物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展為智能購物車提供了更多可能性，本文可以考慮將更多的物聯(lián)網(wǎng)設備集成到購物車中，如環(huán)境監(jiān)測傳感器、健康監(jiān)測設備等，實現(xiàn)更為多樣化的服務功能。另外，大數(shù)據(jù)技術的應用也將為智能購物車帶來轉(zhuǎn)變，通過對用戶購物習慣的分析，購物車可以提供個性化的推薦和導購服務，提升用戶體驗的同時，增加商家的營收。此外，隨著人工智能技術的不斷進步，本文可以考慮在購物車中加入智能語音助手、圖像識別等技術，讓購物車具備更高級的交互能力和更智能的操作體驗。在硬件設計方面，隨著新型傳感器和執(zhí)行器的不斷涌現(xiàn)，本文可以不斷地對系統(tǒng)進行更新和升級，以適應不斷變化的市場需求和技術標準。在軟件架構(gòu)上，云計算和邊緣計算的融合將是未來的一個趨勢，通過云端的強大計算能力和邊緣端的快速響應，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)處理和決策的最優(yōu)化。最終，本文期望通過不斷的技術革新和系