张笑傲，田会峰，娄猛猛，张晓玲

（江苏科技大学电气与信息工程学院，江苏 张家港 215600）

近年来，随着电子科技的发展，人们的日常生活也日益智能化，而线下购物作为其中一大板块，其通过各种自助化购物结算方式以实现消费便利已有趋势可寻[1]。在此背景下，为寻求更有效、完善的便捷式线下消费流程，研究设计购物车智能结算系统。搭载此系统的智能购物车可实现预消费商品名录预览、消费金额实时统计及自助结算等功能。

购物车智能结算系统以传统购物车为基础并加以改造，搭载一组由陶晶驰串口屏、扫码枪、压力传感器等为主要组成部件的模块设备[2]。消费者在购物过程中，可将预购商品通过扫码功能添加至本次购物结算列表，同时商品名、规格、价格、当前折扣等基本信息将显示在串口屏上，并计算出当前预购总金额。同时，所配备的压力传感器根据商品规格对购物车中加入的商品进行核对。消费者在完成所有选购后，可直接通过设备中结算按钮进入消费结算，获取消费商品清单并完成结算操作。通过此智能购物结算系统，简化传统线下购物工作人员扫件、装袋等流程，减少消费者购物结算等待时间，极大地提高了消费者线下购物的便捷性，在节省大量人力、物力的同时优化了消费者的购物体验。

1 系统基本架构

系统的总体框架如图1所示。购物车智能结算系统的软件系统包含面对工作人员的电脑应用以及微信小程序，其实际系统包含自动跟随系统、智能结算系统、导航索引系统，后续将对各部分分别进行介绍。

图1 系统总体结构

1.1 购物车智能结算系统控制核心

购物车智能结算系统采用树莓派作为控制核心[3]。树莓派（Raspberry Pi）使用成本低且仅有普通卡片大小，可实现计算机的所有基本功能，因其丰富的接口，故具有很强的扩展性[4]。该文采用的树莓派4b是一款基于ARM的微型电脑主板，以MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有4个USB接口和一个10/100以太网接口（A型没有网口），用于连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和microHDMI高清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，具备所有PC的基本功能，在系统中主要使用其硬件控制和传输功能。

TPYBorad是以Python作为主要编程语言的单片机开发板，易于承载对数据处理的程序，因而便于提升处理数据与解码操作的速度[5]。

1.2 购物车智能结算系统数据传输

购物车智能结算系统数据传输流程如图2所示。

图2 硬件架构

购物车智能结算系统下位机采用串口通讯，含有陶晶驰串口屏、扫码枪、压力传感器。统一通过STM32进行数据采集与处理。

扫码枪使用RS232接口方式进行数据传输，与STM32传输方式不同，因此采用RS232转TTL进行电平转换。根据条形码编译数据进行数据传输，由于数据已经在服务器数据库中存储，因此传输数据为“A3N4”其意义为采购物品信息在数据库中A表中第3条数据，采购数量为“4”，同时服务器根据调取信息建立临时数据库shopping中表格（名称为客户名），将信息保存到该表中，根据其登记信息返回下位机。

具体操作为选购商品时扫码（n次），系统将商品信息与数量传输至STM32进行解码编码，变成对应商品所在数据库位置与数量传输至树莓派，树莓派进行传输至服务器，在服务器数据库中建立对应商户信息表，并传输回树莓派，树莓派解码并计算总重量后传输至STM32控制串口屏显示商品信息，控制压力传感器计算商品重量是否合适。如顾客取消某物品的订单，则可以在串口屏上删除，串口屏将信息发送至树莓派后传输至服务器，服务器删除对应列表中的信息，结算时串口屏显示商家收款码。

1.3 压力传感系统

该系统在选择扫码枪时，可以选择USB接口或者RS232接口[6]。USB接口的扫码枪连到电脑USB接口就可以使用，并且使用起来无需安装对应的驱动软件，非常方便。但是USB接口涉及到的版本众多，常用的有USB1.0、USB2.0等，每一种版本用到的传输协议都有所不同，且扫码枪的USB接口与常用器件USB转TTL也有所不同，所以USB接口的扫码枪具有不易开发的特点，所以该系统中的扫码枪并没有选择USB接口。

选择了RS232接口的扫码枪之后，由于STM32单片机是TTL电平，故在扫码枪与单片机连接时需要用到MAX232芯片[7]，现在市面上使用较多的是公头RS232转TTL模块。

MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5 V单电源供电。电脑串口的电平比较特殊，它的高电平+12 V，低电平-12 V，MAX232可以将这个电平转换为高5 V，低0 V。单片机和PC机通过串口进行通信，尽管单片机有串行通信的功能，但单片机提供的信号电平和RS232的标准不一样，因此要通过MAX232这种类似的芯片进行电平转换。RS232接口经过MAX232芯片的转换后引出4个引脚，分别是VCC、GND、TX、RX，其中 TX、RX是数据口，分别接到单片机的A9、A10两个引脚。

1.4 串口屏显示系统

远程终端显示屏采用的是5英寸电阻触摸屏，通过USRAT HIM上位机软件对画面显示进行编辑[8]。终端显示屏上显示购物车的编号，当购物车启动时，终端屏上的购物车控件亮起，表明此购物车已启动[9]。点击亮起的购物车按钮，进入另一个画面，上面有一个控件、购物清单及用于收款的二维码。当顾客开始扫码购物时，远程监控端也会显示顾客已经扫码的商品信息。当顾客完成结算时，点击二维码，会出现收款码，让顾客进行结算[10]。

同时，串口屏显示的主要功能如图3所示。

图3 串口屏使用方式

本串口屏分为两个界面，均通过陶晶驰串口屏开发软件完成[11]，主要数据处理分析放在TPYBoard中进行处理[12]，首先是导航界面，在顾客不需要浏览采购清单时自主显示，为顾客提供超市平面图。在用户需要时轻触屏幕，显示商品信息界面，并在右下角放置投放广告，取缔超市传统的固定点宣传[13]。

2 软件设计

为进一步明确购物车结算系统的工作流程和系统功能，对系统进行模块化设计及功能划分[14]。该系统软件设计主要包括：系统界面初始化程序、电子条形码识别程序、预购清单程序、数据库查询匹配程序等主要功能模块。系统工作流程为：系统通过扫码枪识别上屏电子条形码，系统在数据库中查询对应商品基本信息，将相关信息返回，显示在串口屏上[15]。串口屏上可进行预购商品清单与总计金额预览，及同种商品的数量添加、删除等操作，同时通过压力传感系统感应购物车内添加或删除的商品是否符合其规格信息，判断是否警告提示。使消费者在购物时能够明确把握自身的购物情况，并对系统使用进行诚信约束。

2.1 购物车智能结算系统软件架构

购物车智能结算系统软件架构流程如图4所示。

图4 软件架构

为了进一步简化购物支付方式并实现购物一体化[16]，该系统开发微信购物小程序。消费者可以通过微信小程序进行商品支付、退/换货预约等，其详细流程如图4所示。当购物完成后，系统将账单通过小程序发送至消费者手机，消费者可进行商品支付，支付完成后可以在微信端查看账单明细。购物结束后，消费者可以在微信端进行退/换货申请预约，商家可以进行退/换货的统一管理，极大简化工作流程，消费者可通过微信端向商家进行意见反馈，方便商家优化服务。消费者也可以通过微信端实时查看商品价格，了解商品价格变化。同时，商家通过微信端可以向消费者推送商品信息、广告等，拓宽商家服务渠道。

2.2 数据处理方式

对于从下位机中客户的信息，包括购买商品名称、数量与删除订单操作等信息通过树莓派按照http协议传输到服务器中，服务器通过Flask框架解析接收到的信息，并根据获取信息进行处理，如用户购买红笔2支，传输到服务器中之后，服务器解析数据后在客户（user）数据库中建立新的表，并将商品（market）数据库中查询到红笔的部分信息包括商品名称、价格插入到新表中，并将相应信息如质量，名称，价格等通过http协议返回到树莓派中，以便进行质量比对与串口屏显示，其流程图如图5所示。

图5 信息处理流程图

通过服务器对信息的处理与转存，能够使信息在最少冗余的情况下，对数据进行最合理的储存，方便管理员、老板、顾客去查看购买量、盈亏、购买信息等。

3 结束语

购物车智能结算是当前人们智能化生活发展的一部分[17]，是时代发展与人们实际需求的结合，它的设计与应用将为线下购物平台与消费者们带来极大的便利，它在传统购物车载物的基础上，仅增加了少量模块组件与软件功能，实现了购物结算一体化，实时预购列表与金额反馈在一定程度上能够帮助消费者理性消费，信誉系统的设计也为商家提供了一定保障且减少了人力消耗，使得线下购物这一购物方式能够更加有序高效。

随着科技的进步，智能化技术也将越来越成熟[18]，人们对于智能化生活的要求也会越来越高[19]。团队在未来将继续关于购物车智能结算系统的实践与研究，尝试更多相关功能的设计与开发，而购物车智能结算系统也将更加广泛地应用于各大线下消费场所[20]。