一、項目介紹

隨著智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的生活方式和消費習(xí)慣也正在發(fā)生改變。如今越來越多的人習(xí)慣于在線購物、自助購物等新型消費模式，因此智能零售自助柜應(yīng)運而生。

本項目設(shè)計開發(fā)一款基于STM32主控芯片的智能零售自助柜，通過重力傳感器監(jiān)測貨柜內(nèi)商品重量變化，并通過WiFi通信模塊與手機端實現(xiàn)交互。用戶可以通過輸入賬號密碼，柜門自動打開，用戶自取商品后關(guān)閉柜門，柜門鎖定，系統(tǒng)根據(jù)重量變化判斷用戶拿取的商品并從賬戶自動扣費。同時，用戶也可以通過手機端查看消費流水、商品庫存，并進行補貨和充值等操作。

智能零售自助柜的應(yīng)用場景非常廣泛，可以應(yīng)用于商場、超市、酒店、機場、車站等各類場景。通過自助購物，可以提高消費者的消費體驗和購物效率，同時也降低了商家的人力成本和物流成本。

二、設(shè)計思路

【1】功能細節(jié)總結(jié)

（1）ESP8266配置成AP+TCP服務(wù)器模式與手機APP連接。

（2）手機APP可以完成用戶的注冊，充值功能，然后通過連接貨柜將數(shù)據(jù)同步到貨柜的存儲芯片上（W25Q64-FLASH保存數(shù)據(jù)）。

（3）手機APP連接貨柜之后，可以拉取數(shù)據(jù)顯示，了解貨柜現(xiàn)在的物品哪些已經(jīng)售賣出去，哪些還沒有售賣。，每個物品是放在一個貨柜格子里，透明玻璃可以查看到物品。

【2】硬件選型

0. 主控芯片：STM32F103RCT6是一款主流的32位ARM Cortex-M系列微控制器，具有高性能、低功耗和易于開發(fā)等特點，因此被選擇作為該系統(tǒng)的主控芯片。
1. 重力傳感器：HX711重力傳感器模塊采用24位高精度芯片，能夠精確測量重量，適用于該系統(tǒng)中貨柜內(nèi)商品的重量監(jiān)測。
2. SG90舵機：該系統(tǒng)需要控制柜門的打開和關(guān)閉，因此使用舵機來實現(xiàn)柜門控制。
3. 矩陣鍵盤：用戶需要輸入賬號密碼進行登錄，因此使用矩陣鍵盤作為輸入設(shè)備。
4. 顯示屏：OLED顯示屏具有低功耗、高對比度、快速響應(yīng)等特點，適用于該系統(tǒng)中的桌面顯示界面。
5. WiFi模塊：ESP8266-WIFI模塊是一款成本低、體積小、性能穩(wěn)定的WiFi通信模塊，適合在該系統(tǒng)中與手機APP進行無線通信。

【2】程序設(shè)計思路

0. 初始化系統(tǒng)，包括各個外設(shè)的初始化，如WiFi模塊、重力傳感器HX711模塊、矩陣鍵盤等；
1. 用戶輸入賬號密碼，判斷是否為有效用戶；
2. 根據(jù)重力傳感器讀取貨柜內(nèi)商品重量，判斷用戶拿取的商品并從賬戶自動扣費；
3. 控制柜門打開和關(guān)閉，同時顯示屏上顯示相關(guān)提示信息；
4. 同步數(shù)據(jù)到手機APP。

【3】設(shè)備操作流程

0. 用戶輸入賬號密碼，系統(tǒng)進行驗證，判斷是否為有效用戶；
1. 如果驗證通過，屏幕上顯示“登錄成功”，并顯示貨柜內(nèi)商品列表和對應(yīng)價格；
2. 用戶選擇需要購買的商品，系統(tǒng)根據(jù)重力傳感器讀取貨柜內(nèi)商品重量，并判斷用戶拿取的商品并從賬戶自動扣費；
3. 系統(tǒng)控制電磁鎖或舵機將柜門打開，用戶自取商品后關(guān)閉柜門；
4. 重力傳感器監(jiān)測到貨柜內(nèi)重量變化，系統(tǒng)自動判斷用戶拿取的商品種類和數(shù)量，并在顯示屏上顯示相關(guān)提示信息，如顯示扣費金額；
5. 控制柜門鎖定，確保商品安全，同時在顯示屏上顯示“門已鎖定”等相關(guān)提示信息；
6. 同步扣費記錄和商品庫存信息到手機APP，以便用戶查看消費流水和進行補貨等操作。
7. 如需要充值，用戶可以在手機APP上進行余額充值操作。

三、代碼實現(xiàn)

【1】OLED顯示屏驅(qū)動代碼

下面是OLED顯示屏的測試代碼。使用的SPI接口的OLED顯示屏。

#include "stm32f10x.h"
 #include "OLED.h"   // OLED驅(qū)動庫頭文件
 ?
 void OLED_ShowString(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t *str)
 {
     uint8_t i = 0;
     while(str[i] != '\\0'){
         if(x > OLED_WIDTH - 8){  // 滿行自動換行
             x = 0;
             y++;
         }
         OLED_ShowChar(x, y, str[i]);  // 顯示單個字符
         x += 8;  // 水平方向上的下一個字符
         i++;
     }
 }
 ?
 void OLED_SPI_SendByte(uint8_t data)
 {
     while(SPI_I2S_GetFlagStatus(OLED_SPI_PORT, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);  // 等待發(fā)送緩沖區(qū)空
     SPI_I2S_SendData(OLED_SPI_PORT, data);  // 通過SPI發(fā)送數(shù)據(jù)
 }
 ?
 void OLED_WriteCmd(uint8_t cmd)
 {
     OLED_DC_Clr();  // 將DC置為0，表示發(fā)送命令
     OLED_CS_Clr();  // 將CS置為0，選中OLED芯片
     OLED_SPI_SendByte(cmd);  // 發(fā)送命令
     OLED_CS_Set();  // 將CS置為1，取消OLED芯片選中
 }
 ?
 void OLED_WriteData(uint8_t data)
 {
     OLED_DC_Set();  // 將DC置為1，表示發(fā)送數(shù)據(jù)
     OLED_CS_Clr();  // 將CS置為0，選中OLED芯片
     OLED_SPI_SendByte(data);  // 發(fā)送數(shù)據(jù)
     OLED_CS_Set();  // 將CS置為1，取消OLED芯片選中
 }
 ?
 ?
 int main(void)
 {
     uint32_t i;
 ?
     // 初始化SPI接口
     SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);  // 打開SPI1時鐘
     SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;  // 設(shè)置SPI工作模式
     SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
     SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;  // 數(shù)據(jù)位寬8bit
     SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;  // 時鐘極性為低電平
     SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;  // 時鐘第一個邊沿采樣
     SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;  // 軟件控制CS信號
     SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256;  // 預(yù)分頻系數(shù)為256
     SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;  // MSB先行
     SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;  // CRC校驗值
     SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
     SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);  // 使能SPI1
 ?
     // 初始化OLED顯示屏
     OLED_Init();  // OLED初始化
 ?
     // 顯示數(shù)字
     char str[] = "1234567890";
     OLED_ShowString(0, 0, (uint8_t *)str);  // 在(0,0)坐標(biāo)處顯示字符串
 ?
     while(1){
         for(i = 0; i < 10000000; i++);  // 延時等待
     }
 }
 ?

OLED_WriteCmd 函數(shù)用于向 OLED 顯示屏發(fā)送命令，而 OLED_WriteData 函數(shù)用于向 OLED 顯示屏發(fā)送數(shù)據(jù)。OLED_SPI_SendByte 函數(shù)是底層SPI數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵代碼部分。

【2】HX711稱重傳感器代碼

#include "stm32f10x.h"
 #include < stdio.h >
 #include "usart.h"
 ?
 #define HX711_SCK_GPIO_RCC  RCC_APB2Periph_GPIOB
 #define HX711_SCK_GPIO_PORT GPIOB
 #define HX711_SCK_GPIO_PIN  GPIO_Pin_13
 ?
 #define HX711_DOUT_GPIO_RCC  RCC_APB2Periph_GPIOB
 #define HX711_DOUT_GPIO_PORT GPIOB
 #define HX711_DOUT_GPIO_PIN  GPIO_Pin_15
 ?
 uint32_t read_HX711_data(void);
 void init_GPIO(void);
 void init_USART1(void);
 void USART1_SendChar(char ch);
 ?
 int main(void)
 {
     uint32_t hx711_value;
 ?
     init_GPIO();
     init_USART1();
 ?
     while(1){
         hx711_value = read_HX711_data();  // 讀取 HX711 傳感器數(shù)據(jù)
         printf("The weight is: %d g\\r\\n", hx711_value);  // 通過串口打印 HX711 傳感器讀取的數(shù)據(jù)
     }
 }
 ?
 // 從 HX711 傳感器讀取數(shù)據(jù)
 uint32_t read_HX711_data(void)
 {
     uint32_t weight = 0;
     uint8_t i;
 ?
     GPIO_SetBits(HX711_SCK_GPIO_PORT, HX711_SCK_GPIO_PIN);  // 拉高 SCK 管腳
     GPIO_ResetBits(HX711_DOUT_GPIO_PORT, HX711_DOUT_GPIO_PIN);  // 拉低 DOUT 管腳
     for(i = 0; i < 24; i++){
         GPIO_ResetBits(HX711_SCK_GPIO_PORT, HX711_SCK_GPIO_PIN);  // 拉低 SCK 管腳，使得 HX711 將數(shù)據(jù)推入 DOUT 管腳
         weight < <= 1;  // 左移一位，為下一次讀取做準(zhǔn)備
         if(GPIO_ReadInputDataBit(HX711_DOUT_GPIO_PORT, HX711_DOUT_GPIO_PIN)) weight++;  // 如果 DOUT 管腳為高電平，那么就在 weight 中保存 "1"
         GPIO_SetBits(HX711_SCK_GPIO_PORT, HX711_SCK_GPIO_PIN);  // 拉高 SCK 管腳，為下一次讀取做準(zhǔn)備
     }
     GPIO_ResetBits(HX711_SCK_GPIO_PORT, HX711_SCK_GPIO_PIN);  // 最后時刻需要拉低 SCK 管腳一次
 ?
     weight = (weight ^ 0x800000) - 0x800000;  // 將讀出的24位二進制重量值轉(zhuǎn)化為帶符號數(shù)，這里我們只考慮單通道讀取的情況（如有多個物理傳感器需進行一定的計算處理）
 ?
     return weight;
 }
 ?
 // 初始化 GPIO 管腳
 void init_GPIO(void)
 {
     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 ?
     RCC_APB2PeriphClockCmd(HX711_SCK_GPIO_RCC | HX711_DOUT_GPIO_RCC, ENABLE);  // 打開 SCK 和 DOUT 管腳時鐘
 ?
     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HX711_SCK_GPIO_PIN;
     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
     GPIO_Init(HX711_SCK_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);  // 初始化 SCK 管腳
 ?
     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HX711_DOUT_GPIO_PIN;
     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
     GPIO_Init(HX711_DOUT_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);  // 初始化 DOUT 管腳
 }
 ?
 // 初始化 USART1
 void init_USART1(void)
 {
     USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
 ?
     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);  // 打開 USART1 時鐘
 ?
     USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;  // 波特率 115200
     USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;  // 數(shù)據(jù)位 8 位
     USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;  // 停止位 1 位
     USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;  // 無奇偶校驗
     USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;  // 無硬件流控制
     USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx;  // 只啟用串口發(fā)送
 ?
     USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);  // 初始化 USART1
     USART_Cmd(USART1, ENABLE);  // 使能 USART1
 }
 ?
 // 通過 USART1 發(fā)送字符
 void USART1_SendChar(char ch)
 {
     while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);  // 等待發(fā)送緩沖區(qū)為空
     USART_SendData(USART1, (uint8_t)ch);  // 發(fā)送數(shù)據(jù)
 }
 ?

代碼執(zhí)行流程說明：

（1）通過 init_GPIO() 函數(shù)初始化 SCK 和 DOUT 兩個 GPIO 管腳，并通過 init_USART1() 函數(shù)初始化 USART1 串口。其中，初始化 SCK 管腳為輸出模式，DOUT 管腳為輸入模式，USART1 算是串口助手，用于將數(shù)據(jù)打印輸出。

（2）read_HX711_data() 函數(shù)用于向 HX711 傳感器發(fā)出讀取數(shù)據(jù)的指令，并將返回的數(shù)據(jù)進行處理（將24位二進制重量值轉(zhuǎn)化為帶符號數(shù)）后返回。

（3）在主函數(shù)的 while 循環(huán)中，不斷調(diào)用 read_HX711_data() 函數(shù)讀取 HX711 傳感器的數(shù)據(jù)，并通過串口打印出來。

【3】SG90舵機控制代碼

下面是SG90舵機的控制代碼，可以按照指定的角度旋轉(zhuǎn)。

#include "stm32f10x.h"
 #include "delay.h"
 ?
 #define GPIO_PORT           GPIOA
 #define GPIO_PIN            GPIO_Pin_1
 #define RCC_APB2Periph_GPIO RCC_APB2Periph_GPIOA
 #define PWM_FREQ            50
 ?
 void servoInit(void)
 {
     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
     TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
 ?
     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIO, ENABLE);
 ?
     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_PIN;
     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
     GPIO_Init(GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
 ?
     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 9999; //計數(shù)器最大值
     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = (72 * 2) - 1; //時鐘分頻，72是系統(tǒng)時鐘頻率，2是倍頻
     TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
     TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
     TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
 ?
     TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
     TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
     TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
     TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
     TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
 ?
     TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
 }
 ?
 void servoSetAngle(uint8_t angle)
 {
     uint16_t pwmVal = (uint16_t)(500 + angle * 10.0 / 9.0);
 ?
     TIM_SetCompare1(TIM2, pwmVal);
     delay_ms(100);
 }
 ?
 int main(void)
 {
     SystemInit();
     delay_init();
 ?
     servoInit();
 ?
     while(1)
     {
         servoSetAngle(0);
         delay_ms(1000);
 ?
         servoSetAngle(90);
         delay_ms(1000);
 ?
         servoSetAngle(180);
          delay_ms(1000);
     }
 }

審核編輯：湯梓紅