電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)論文-基于stm32的無人售貨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于stm32的無人售貨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要本次設(shè)計(jì)的目的是考慮合理利用資源，降低商業(yè)生產(chǎn)成本，與此本文設(shè)計(jì)了一款基于STM32單片機(jī)的無人售貨系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用STM32為主控芯片，并結(jié)合各類智能傳感器，實(shí)現(xiàn)無人售貨系統(tǒng)設(shè)計(jì)，來解決絕大多數(shù)商店資本、人力的問題。該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)地監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境溫度以及準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)安全檢測報(bào)警功能，還可以做到實(shí)時(shí)顯示煙霧狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)迅速報(bào)警。為現(xiàn)代商業(yè)提供針對性、精細(xì)化、適用性較強(qiáng)的綜合商業(yè)服務(wù)，使商業(yè)銷售更加智能化。實(shí)踐證明，無人售貨系統(tǒng)能夠科學(xué)地提高商業(yè)運(yùn)作效率，降低人力成本和改善及優(yōu)化商品服務(wù)質(zhì)量，大幅度提升商業(yè)收益率，順應(yīng)了信息技術(shù)的發(fā)展和人工智能時(shí)代的到來，也是未來商業(yè)零售模式發(fā)展的大勢所趨。關(guān)鍵詞：Stm32；人售貨系統(tǒng)；OLED顯示；紅外檢測AbstractThepurposeofthisdesignistoconsidertherationaluseofresources,reducethecommercialproductioncost,andthispaperdesignedanunmannedsalessystembasedonSTM32,thesystemadoptsSTM32maincontrolchip,andcombinedwithallkindsofintelligentsensors,unmannedsalessystemdesign,tosolvetheproblemofmoststorecapital,manpower.Thesystemcanmonitortheindoorenvironmentaltemperatureinrealtimeandaccuratelyrealizethesafetydetectionandalarmfunction,andcanalsoachievereal-timedisplayofsmokestate,andgeneratealarmsignalandrapidalarmwhenabnormal.Formodernbusinesstoprovidetargeted,refined,strongapplicabilityofcomprehensivecommercialservices,makecommercialsalesmoreintelligent.Practicehasprovedthattheunmannedsalessystemcanscientificallyimprovetheefficiencyofcommercialoperation,reducelaborcosts,improveandoptimizethequalityofgoodsandservices,greatlyimprovethecommercialreturnrate,conformtothedevelopmentofinformationtechnologyandthearrivaloftheeraofartificialintelligence,isalsothetrendofthefuturedevelopmentofcommercialretailmodel.Keywords:Stm32;humansalessystem;OLEDdisplay;infrareddetection目錄TOC\o"1-3"\h\u275471緒論 緒論隨著信息化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，人們逐漸追求購買產(chǎn)品的便捷與舒適，無人售貨系統(tǒng)受到越來越多的關(guān)注，它集嵌入式、計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)等多種技術(shù)于一體的智能無人售貨系統(tǒng)深受商業(yè)市場的青睞。無人售貨設(shè)備引起日益廣泛的重視，其集嵌入式、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊系統(tǒng)等多項(xiàng)科技于一身的智能無人售貨系統(tǒng)得到商務(wù)領(lǐng)域的關(guān)注。作為一種新興的零售手段，其不受空間約束，極大限度地節(jié)約資金，被譽(yù)為二十四小時(shí)在線的迷你商店。另外，由于無人售貨機(jī)系統(tǒng)擁有著市場潛力巨大、產(chǎn)品技術(shù)含量較高、營銷方式新穎的優(yōu)勢，蘊(yùn)含著良好的發(fā)展前景。無人售貨系統(tǒng)還可以很有效地提升企業(yè)經(jīng)營效益，降低人力成本和改善及優(yōu)化商品服務(wù)質(zhì)量，大幅度提升商業(yè)收益率。相關(guān)技術(shù)的研發(fā)以及提升技術(shù)的精確度是目前無人零售行業(yè)要走的智能之路。當(dāng)前，無人零售行業(yè)正朝著智能化方向發(fā)展，其中包括相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和提高技術(shù)的準(zhǔn)確性。通過對現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，無人零售具有較好的發(fā)展前景。隨著科技的不斷進(jìn)步和人們對生活品質(zhì)的追求，未來無人經(jīng)營的零售模式將成為市場的主流趨勢。無人零售的出現(xiàn)不僅為消費(fèi)者提供了更加便捷、優(yōu)質(zhì)、高效的服務(wù)體驗(yàn)，而且還能夠提高企業(yè)運(yùn)營效率及管理水平。在未來，隨著人工智能時(shí)代的到來，無人零售行業(yè)將迎來一場改革創(chuàng)新和發(fā)展的浪潮?？偟膩碚f，自動(dòng)售貨機(jī)在工作效率和便捷性要求上都會(huì)比一般的超市和商店要高很多，因此，隨著業(yè)態(tài)越來越繁榮，越來越多的創(chuàng)業(yè)者和企業(yè)紛紛涌入。由于自動(dòng)售貨機(jī)的商品類型和種類很多，深受眾多投資者和創(chuàng)業(yè)者的青睞。新零售是當(dāng)下的熱點(diǎn)，它把一個(gè)個(gè)無人商店變成倉庫、信息源和派送節(jié)點(diǎn)，讓人、物在時(shí)空上有機(jī)結(jié)合。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本章針對無人售貨系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，明確無人售貨系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的主要功能；通過對相關(guān)器件的設(shè)計(jì)，明確具體的功能模塊，進(jìn)而達(dá)到系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的要求。硬件器件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用STM32F103C8T6作為主控芯片，搭配MQ-2煙霧采集模塊、紅外感應(yīng)模塊、OLED顯示模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、語音模塊以及按鍵控制實(shí)現(xiàn)無人售貨系統(tǒng)。該款無人售貨系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)無人售貨功能。整體結(jié)構(gòu)圖如下圖2.1所示：圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2.1完整地顯示出智能售貨的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在OLED上可實(shí)時(shí)顯示煙霧狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)迅速報(bào)警。紅外模塊感應(yīng)來往信息，當(dāng)感應(yīng)到顧客光臨時(shí)發(fā)出信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，打開門。語音模塊實(shí)現(xiàn)語音消費(fèi)，說出物品名稱就可以進(jìn)行金額計(jì)算。此外還會(huì)有充值功能，對IC卡進(jìn)行消費(fèi)充值一體化。通過實(shí)時(shí)情況做出對應(yīng)的反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)24小時(shí)輕松售貨，降低了人工成本，提高了商家和消費(fèi)者的便捷性，提高了整個(gè)社會(huì)的運(yùn)作效率。主程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一種無人售貨系統(tǒng)利用32單片機(jī)實(shí)現(xiàn)煙霧檢測、紅外感應(yīng)、語音輸入、刷卡和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等主打功能。自動(dòng)售貨機(jī)具備全面彌補(bǔ)人力資源短缺的能力，與消費(fèi)環(huán)境和消費(fèi)模式的變化相適應(yīng)，24小時(shí)無人售貨系統(tǒng)可輕松運(yùn)行。其資本需求少、面積小，同時(shí)自身性能吸引消費(fèi)者的好奇心，解決了人工成本上升等問題，具有多種優(yōu)勢。軟件流程圖如圖2.2所示：圖2.2軟件流程圖圖2.2完整地表現(xiàn)出智能售貨系統(tǒng)的每一個(gè)功能模塊，首先系統(tǒng)進(jìn)行上電初始化，初始化完成之后進(jìn)行MQ-2煙霧檢測和溫度檢測，接著進(jìn)行按鍵的檢測，進(jìn)入模式的選擇，如果選擇充值模式，則進(jìn)行按鍵金額檢測，并進(jìn)行充值；如果選擇消費(fèi)模式，則進(jìn)行語音檢測，并確認(rèn)消費(fèi)。然后進(jìn)行紅外檢測，檢測有人，則進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并進(jìn)行OLED顯示；檢測無人，則直接進(jìn)行OLED顯示，結(jié)束主程序。硬件器件的設(shè)計(jì)本小節(jié)主要是進(jìn)行硬件的選擇與設(shè)計(jì)，主要是進(jìn)行單片機(jī)和各功能模塊的設(shè)計(jì)工作，明確具體的功能器件，從而達(dá)到系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的要求。單片機(jī)設(shè)計(jì)方案一：51MCU是與Intel8031命令體系相匹配的MCU的總稱。從里面的硬體到軟體都有一個(gè)完全的位元作業(yè)系統(tǒng)，稱為單位元處理器，它所處理的不是字節(jié)或字節(jié)，而是位。不僅可以對芯片中特定的特定函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，如轉(zhuǎn)移，設(shè)置，重置，重置；檢測等等，也可以對比特進(jìn)行邏輯操作，它的功能很完善，很好用。另外，在內(nèi)存空間中，還專門設(shè)置了兩種不同的內(nèi)存空間，可以自由選擇，這對用戶來說，絕對是一個(gè)巨大的便利。乘除的指示，也為程序設(shè)計(jì)提供了方便。不過，它的缺點(diǎn)也很明顯，比如AD、EEPROM等的功能都要依靠擴(kuò)充，這就給它的硬件和軟件帶來了更大的壓力。盡管I/O引線操作簡便，但是在高電平時(shí)沒有任何的輸出功能，這就是51系列MCU最大的弱點(diǎn)，它的工作效率太低；尤其是雙重指標(biāo)，若能加以改善，將為程序設(shè)計(jì)提供極大的方便。51型單片機(jī)的防護(hù)性能極弱，極易燒毀。方案二：STM32是由美國意法公司研發(fā)的32位微控制器。STM32價(jià)格低廉，外圍設(shè)備多，型號(hào)多；具有良好的實(shí)時(shí)性，極低的開發(fā)費(fèi)用和其他優(yōu)點(diǎn)。STM32以其多樣化的產(chǎn)品線，高性價(jià)比，易于使用的類庫設(shè)計(jì)方法，很快就從32位單片機(jī)中脫穎而出。STM32的核心可以大致分為兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)是核心，一個(gè)是片上的外圍設(shè)備。而芯片和外圍設(shè)備，就像是CPU和主板，內(nèi)存和顯卡，硬盤。ARM公司只是設(shè)計(jì)了核心，并沒有制造出核心，而是將核心的技術(shù)，賣給了所有的半導(dǎo)體廠商，比如ST、TI、Atme1、NXP等等。各廠家均以此為基礎(chǔ)，自行開發(fā)出諸如SRAM，ROM，F(xiàn)LASH之類的芯片外設(shè)；USART，GPIO等等，再整合到一塊硅晶圓上，就是我們目前使用的晶圓。綜上所述，STM32性能強(qiáng)，外設(shè)多，STM32單片機(jī)的編程都是模塊化的，由于其本身具有很多的功能，所以其工作的速度比較快，所以其界面比較簡單。而51本身的功能較小，對周邊部件的需求較大，因此選擇32單片機(jī)，而不選擇51單片機(jī)。煙霧MQ-2模塊設(shè)計(jì)MQ-2常用于氣體邪路檢測裝置，適宜于液化氣、苯、烷、甲烷、氫氣、煙霧等的探測，亦可稱之為多種氣體探測器。MQ-2傳感器對天然氣和液化石油氣等煙氣非常靈敏，特別是對烴類煙氣更加靈敏，并能精確地剔除含有刺激不可燃煙氣的干擾信息；所研制的MQ-2傳感器重現(xiàn)性好，性能穩(wěn)定。初期穩(wěn)定性好，反應(yīng)速度快，長期使用效果好。MQ-2是一種N型的表面離子式氣體敏感物質(zhì)，其對二氧化銻半導(dǎo)體氣體具有高度的敏感性。在200—300攝氏度的溫度范圍內(nèi)，二氧化錫與大氣中的氧氣相互作用，形成了一種帶有負(fù)電荷的氧氣吸收體，從而有效地減少了半導(dǎo)體中的電子濃度，進(jìn)而提高了其電阻率。這種現(xiàn)象被稱為二氧化錫的氧化還原反應(yīng)。當(dāng)接觸到煙氣時(shí)，由于其對界面的影響，電導(dǎo)率在界面上發(fā)生了變化。由此可以得到該煙塵的分布情況，煙塵的密度愈高，其電導(dǎo)率愈高，其輸出的電阻值愈??；那么，就會(huì)有更大的模擬信號(hào)被輸出。MQ-2傳感器實(shí)物如圖2.3所示：圖2.3MQ-2傳感器實(shí)物圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)L298N，適用于高壓電動(dòng)機(jī)，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)DC及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。一塊驅(qū)動(dòng)晶片，可以同時(shí)操縱兩臺(tái)DC減速馬達(dá)，使其在6伏至46伏之間，輸出2安的電流，并具備過熱自切及回饋偵測之能力。具有高的工作電壓，大的輸出電流，強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力；低發(fā)熱量，高抗干擾性，一般用于繼電器，電磁線圈，電磁閥，DC馬達(dá)和步進(jìn)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)。L298N實(shí)物如圖2.4所示：圖2.4L298N實(shí)物圖一塊驅(qū)動(dòng)晶片能夠同時(shí)控制兩臺(tái)DC減速電機(jī)，使它們在電壓為6V至46V之間輸出2A電流，并且具備過熱自動(dòng)斷電和反饋檢測功能。L298N是一種可直接控制電機(jī)的裝置，它能夠通過主控芯片的I/O輸入，對電機(jī)的控制電平進(jìn)行設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反向驅(qū)動(dòng)。該裝置操作簡便，穩(wěn)定性高，能夠滿足大電流直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求。OLED顯示模塊設(shè)計(jì)OLED，又稱OLED（OLEDs）。有機(jī)發(fā)光二極管因?yàn)樗哂袩o背景照明、高對比度、薄的厚度和寬廣的視角等優(yōu)點(diǎn)；響應(yīng)速度快，適用于柔性面板，適用溫度范圍寬；它具有結(jié)構(gòu)和工藝更簡便的優(yōu)良性能，因此被視為未來平板顯示領(lǐng)域的新一代技術(shù)。與LCD不同，LCD要求有背景照明，而有機(jī)電致發(fā)光器件則不必如此。用這種方式來看，OLED的性能會(huì)更好，因?yàn)楝F(xiàn)在的技術(shù)，OLED的體積很小，但分辨率卻很高。0.96英寸的發(fā)光二極管，有黃色，藍(lán)色，白色，藍(lán)色三種色彩供選擇。其中，黃藍(lán)指的是屏幕上1/4的部分是黃色的，下面3/4的部分是藍(lán)色：并且是一個(gè)固定的區(qū)域，可以顯示一個(gè)固定的顏色，不管是顏色還是顯示區(qū)域都不可以改變。白光代表的是純粹的白色，代表的是黑色，代表的是白色，代表的是黑色，代表的是白色。這是128*64的解析度。多個(gè)界面。有機(jī)發(fā)光二極管裸屏幕共有兩種界面：兩種平行界面模式，分別為6800和8080；三線或四線串行SPI界面模式；IIC界面模式（僅用兩條線路即可對OLED進(jìn)行操控），在屏幕上用BSO-BS2對5個(gè)界面進(jìn)行了設(shè)置。OLED液晶實(shí)物如圖2.5所示：圖2.5OLED液晶實(shí)物圖RFID刷卡模塊設(shè)計(jì)RFID卡（簡稱射頻卡、RFID卡），也叫無接觸式IC卡，出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代初期。RFID技術(shù)與IC卡技術(shù)的成功融合，克服了傳統(tǒng)的無源化、非接觸化的困難，使RFID卡具有傳統(tǒng)的磁卡與傳統(tǒng)IC卡無法相比的優(yōu)勢。RFID卡具有交易便利、速度快、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)展很快。從長期來看，RFID卡將取代當(dāng)前應(yīng)用非常普遍的接觸式IC卡。RFID卡實(shí)物如圖2.6所示：RFID與接觸式IC卡相比，RFID卡具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1)可靠度高：因?yàn)闆]有觸頭，所以可以防止因觸頭的讀取和寫入造成的各類錯(cuò)誤。增強(qiáng)其抗靜電性能，增強(qiáng)其對油煙、灰塵、水蒸氣等環(huán)境污染的能力，從而增強(qiáng)其工作可靠性，延長其讀寫設(shè)備及卡的使用壽命。（2)易于使用：操作方便快捷，不需要插入和拔出卡片，0.1—0.3秒即可完成一次操作。在應(yīng)用中，該卡能從讀取和寫入裝置的任何角度掃過其表面。（3)高度保密：編號(hào)為世界獨(dú)一無二，一旦生產(chǎn)，就無法修改?？ㄆ妥x取和寫入裝置間的通信一種是由閱讀者對卡片進(jìn)行正確性確認(rèn)，而卡片對閱讀者進(jìn)行正確性確認(rèn)。所有的信息，都是經(jīng)過加密處理的。對于存儲(chǔ)在卡中的各個(gè)部分，可以使用各種口令和存取方式來保證安全。（4)抗干擾素力強(qiáng)：當(dāng)多張卡在同一時(shí)間進(jìn)入讀取和寫入?yún)^(qū)域時(shí)，讀取和寫入裝置能夠一對一地進(jìn)行操作，因此具有較高的抗干擾素力。（5)一卡多用：對該卡進(jìn)行數(shù)據(jù)劃分，便于一卡多用，一卡通使用。（6)工作范圍廣泛：工作范圍從數(shù)厘米至數(shù)米不等，適用于各種用途。圖2.6RFID卡實(shí)物圖RFID卡的讀取和寫入裝置作為RFID卡和其他應(yīng)用程序之間的紐帶，RFID卡的使用過程中起著非常關(guān)鍵的作用。RFID卡讀寫器的主要工作是激活RFID卡，并與其進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對RFID卡和應(yīng)用程序之間的信息傳輸。RFID卡閱讀機(jī)對所傳送的訊息進(jìn)行了編碼，然后裝載在一固定的載頻上，在RFID卡（在卡內(nèi)含有與閱讀機(jī)傳送的載頻頻率一致的諧振回路）的工作區(qū)中，該諧振回路會(huì)發(fā)生共鳴，從而形成電荷累積，累積到某一直，便可為該RFID卡的電路供給工作電壓；啟動(dòng)IC卡內(nèi)的晶片，并對閱讀機(jī)/寫入機(jī)傳送來的資料進(jìn)行處理。硬件選擇智能無人售貨系統(tǒng)設(shè)計(jì)從硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)開始，系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是在考慮成本、需求、性能的前提下，利用現(xiàn)有的技術(shù)方案，根據(jù)課題要求完成硬件設(shè)計(jì)。本章介紹了對于最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與各個(gè)主要的硬件的具體設(shè)計(jì)，并繪制了對應(yīng)的電路原理圖。STM32單片機(jī)STM32F103C8T6最小系統(tǒng)圖由電源電路、時(shí)鐘電路、調(diào)試電路、復(fù)位電路和控制芯片等五個(gè)部分組成。通常情況下，STM32F103C8T6系統(tǒng)采用3.3伏特電壓供電。單片機(jī)的數(shù)字電源正極被標(biāo)記為VDD，而數(shù)字電源的負(fù)極則被標(biāo)記為VSS，共有5個(gè)VDD引腳和5個(gè)VSS引腳。單片機(jī)的ADC、DAC模塊需要從VDDA這個(gè)模擬電源正極獲得電力，而VSSA則是負(fù)責(zé)為模擬電路提供負(fù)極電源。STM32最小系統(tǒng)如圖3.1所示：圖3.1STM32最小系統(tǒng)圖圖3.1完整地展現(xiàn)了STM32的最小系統(tǒng)，以下對部分引腳進(jìn)行簡單介紹：(1)當(dāng)VSS的值為負(fù)數(shù)時(shí)，該數(shù)字功率源的正極連接到VDD電源。ADC和DAC模塊所需的電力，由VDDA作為模擬電源的正電極提供，而VSSA則充當(dāng)其相反的負(fù)電極。(2)VREF+（VREF+）為基準(zhǔn)電壓的正電極，VREF-（VREF-）為其負(fù)電極。A/D轉(zhuǎn)換器和D/D/A轉(zhuǎn)換器分別完成A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的功能。在實(shí)際應(yīng)用中，對信號(hào)的要求更高，所以將模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)分離開來，避免互相干擾。所以就有了數(shù)字電源和模擬電源的區(qū)別。VREF管腳必須用于將一個(gè)基準(zhǔn)的電壓信號(hào)供給模擬電源蜂鳴器蜂鳴器是一種可通過直流電源驅(qū)動(dòng)的綜合電子信號(hào)設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、報(bào)警器和汽車電子等領(lǐng)域。在電話機(jī)，計(jì)時(shí)器和其他電器中用作聲音裝置。采用S8050NPN型的晶體管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在基極接一個(gè)2K的電阻，當(dāng)按鍵按下后，接地一端的引腳會(huì)將另一端拉低，將低電平信號(hào)送入PB0、PB1或者PB8，單片機(jī)收到信號(hào)后，就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的變化。蜂鳴器電路原理圖如圖3.2所示：圖3.2蜂鳴器電路原理圖獨(dú)立按鍵系統(tǒng)通過改變端口處電平的高低，來實(shí)現(xiàn)按鍵信號(hào)的輸入。在單片機(jī)內(nèi)部都會(huì)有上拉電阻，保證電平處于穩(wěn)定的高電平狀態(tài)。按動(dòng)時(shí)，這個(gè)限流電阻器與控制信號(hào)及基極相連，以避免由于基極電流過大而燒壞三極管的情況發(fā)生，這種電阻器有限流的作用，所以稱為基極限流電阻器?；鶚O和發(fā)射極間壓降一般為0.7V，基極上流電流可由下列公式求得：IB=（Vin-0.7）·R，此處的R為基極的阻值，不接此阻值就會(huì)使三極管因電流過大而燒壞。獨(dú)立按鍵電路原理圖如圖3.3所示：圖3.3獨(dú)立按鍵電路原理圖LD3320語音模塊LD3320就是“語音識(shí)別”的LD3320，它給3.3V電源與之相連的單片機(jī)一定要給3.3V電源單片機(jī)，這樣就可以確保IO口的電平不能大于3.3V，否則會(huì)造成語音芯片的驅(qū)動(dòng)失敗，甚至?xí)斐烧Z音芯片被燒毀。該芯片無需與Flash和RAM等其他輔助芯片外接，集成現(xiàn)有產(chǎn)品即可實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別/聲控/人機(jī)對話。系統(tǒng)由一臺(tái)聲音辨識(shí)處理機(jī)和若干外接線路組成，主要由AD，DA轉(zhuǎn)換器，麥克風(fēng)接口和聲音輸出接口組成。針對其單片機(jī)的用途，進(jìn)行了配套程序的移植，此讀寫函數(shù)具有普適性，能讀寫就行。LD3320電路原理圖如圖3.4所示：圖3.4LD3320電路原理圖MQ-2氣體模塊MQ-2型傳感器通常用于氣體線路檢測設(shè)備中，它適用于液化氣，苯，烷，氮苯，氫氣和煙霧的檢測，可以說是各種氣體探測器中初期穩(wěn)定性強(qiáng)，反應(yīng)速度快和長期運(yùn)行效果比較理想的一種。由MQ-2的4個(gè)引腳所輸出的DC信號(hào)隨著煙氣濃度的改變而改變，該DC信號(hào)被提供給比較裝置U1A的2個(gè)引腳，Rp作為該裝置的閾值電壓。在煙氣濃度過高的情況下，對比器會(huì)在煙氣濃度過高的情況下，將會(huì)出現(xiàn)0V的低電平，這時(shí)會(huì)有發(fā)光二極管發(fā)出警報(bào)。在濃度下降到閾值以下時(shí)，通過對比器反轉(zhuǎn)，使其產(chǎn)生高電平（Vcc)，LED熄滅，通過調(diào)整Rp，來調(diào)整對比器的柵極電壓，實(shí)現(xiàn)對預(yù)警信號(hào)的有效控制。R1串聯(lián)在加熱回路中，能夠防止在冷卻上電時(shí)對加熱絲造成的影響，也就是D2ADC變換電路MQ-2傳感器的另一種獲取方式是AD信息的獲取，也就是把電壓信息轉(zhuǎn)變成數(shù)字信息，再轉(zhuǎn)變成晴朗且確實(shí)的煙氣含量。MQ-2電路原理圖如圖3.5所示：圖3.5MQ-2電路原理圖RC522射頻刷卡模塊MF-RC522是與射頻IC卡實(shí)現(xiàn)無線通信的核心部件，也是讀寫器讀寫Mifare的關(guān)鍵接口芯片，是目前用于13.56MHz頻段非接觸通信的主流讀卡IC，使用27.12MHZ外部晶振，經(jīng)過內(nèi)部二分頻得到13.56MHz頻段。該芯片采用先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)，支持13.56MHz頻段所有被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議，并支持ISO14443A所有的層，傳輸速度最高可達(dá)424kbps。RC522芯片內(nèi)的發(fā)送器部分在不增加外接有源電路時(shí)可直接驅(qū)動(dòng)的天線操作距離為50mm，接收器部分則提供一個(gè)穩(wěn)健可靠的解調(diào)/解碼電路，用于ISO14443A兼容的應(yīng)答信號(hào)。RC522芯片的基帶部分包括ISO14443A幀處理、CRC校驗(yàn)和快速CRYPTO1加密算法，同時(shí)該芯片提供的SPI，UART，IIC通信接口可直接與多種微處理器連接，給讀卡器/終端的設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。RC522電路原理圖如圖3.6所示：圖3.6RC522電路原理圖總體電路原理圖無人售貨系統(tǒng)便捷性強(qiáng)、可靠性好，極大節(jié)省人力成本，提升商業(yè)效率，還可輕松實(shí)現(xiàn)24小時(shí)服務(wù)，本節(jié)綜合以上各硬件模塊電路，得到系統(tǒng)總體電路原理圖如圖3.7所示：圖3.7總體電路原理圖圖3.7完整地展示了主電路的主要組成部分，主要由單片機(jī)電路、煙霧模塊檢測電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、顯示模塊電路、射頻刷卡模塊電路等組成。整個(gè)電路工作原理如下：在OLED上可實(shí)時(shí)顯示煙霧狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)迅速報(bào)警。紅外模塊感應(yīng)來往信息，當(dāng)感應(yīng)到顧客光臨時(shí)發(fā)出信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，打開門。語音模塊實(shí)現(xiàn)語音消費(fèi)，說出物品名稱就可以進(jìn)行金額計(jì)算。此外還會(huì)有充值功能，對IC卡進(jìn)行消費(fèi)充值一體化。通過實(shí)時(shí)情況做出對應(yīng)的反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)24小時(shí)輕松售貨，降低了人工成本，提高了商家和消費(fèi)者的便捷性，提高了整個(gè)社會(huì)的運(yùn)作效率。軟件設(shè)計(jì)本章主要從溫度檢測、OLED顯示、RC522刷卡讀取和MQ-2檢測四個(gè)角度進(jìn)行軟件選擇，從便捷性、成本、功能性充分考慮，設(shè)計(jì)出各模塊的最佳選擇，設(shè)計(jì)出各模塊的流程圖，以實(shí)現(xiàn)智能無人售貨系統(tǒng)所要求的功能。溫度監(jiān)測設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一種基于溫度監(jiān)測功能模塊的方案，該方案能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地反映溫度變化，并在出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí)能夠及時(shí)做出反應(yīng)。同時(shí)，采用溫度傳感器（DS18B20）實(shí)現(xiàn)溫度采集和數(shù)據(jù)上傳等功能。通過對溫度進(jìn)行分段線性處理得到的測量值與實(shí)際值有較高的一致性，從而驗(yàn)證了該方案的可行性及有效性。該傳感器以其緊湊的體積、低廉的硬件成本、強(qiáng)大的抗干擾素力和高精度的特點(diǎn)脫穎而出。溫度監(jiān)測流程圖如圖4.1所示：圖4.1溫度監(jiān)測流程圖圖4.1流程圖完整地表現(xiàn)出溫度檢測的功能模塊，溫度檢測流程開始，首先進(jìn)行端口初始化，進(jìn)而開始溫度轉(zhuǎn)換，等待回應(yīng)，如果沒有收到回應(yīng)，返回上一級(jí)，重新進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，重復(fù)此流程；如果得到回應(yīng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而數(shù)據(jù)返回，最后結(jié)束溫度檢測流程。OLED顯示設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一種利用OLED顯示屏，來實(shí)現(xiàn)無人售貨系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，其數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示功能。該模塊在無人售貨系統(tǒng)中，成為人機(jī)友好界面的必要條件。OLED顯示屏具有高亮度、低功耗的特點(diǎn)。OLED顯示流程圖如圖4.2所示： 圖4.2OLED顯示流程圖圖4.2完整地表現(xiàn)出OLED顯示功能模塊，在進(jìn)行OLED顯示時(shí)，首先進(jìn)行上電初始化，進(jìn)而進(jìn)行清屏處理，然后讀取顯示字符串，如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有檢測到連接標(biāo)志，則返回上一級(jí)，重復(fù)上述操作；如果檢測到連接標(biāo)志，則設(shè)置坐標(biāo)刷新，并結(jié)束此OLED顯示流程。RC522刷卡讀取設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一種利用RC522來實(shí)現(xiàn)刷卡讀取模塊，這個(gè)微芯片可以儲(chǔ)存和處理信息，并且可以通過該模塊來讀取IC卡卡號(hào)、區(qū)分卡的類型，以及讀寫IC卡扇區(qū)數(shù)據(jù)。這款非接觸式讀寫卡芯片具有低電壓、低成本、小體積等特點(diǎn)。RC522刷卡讀取流程圖如圖4.3所示：圖4.3RC522刷卡讀取流程圖圖4.3完整地表現(xiàn)出刷卡功能模塊，在進(jìn)行RC522刷卡讀取時(shí)，首先開始，進(jìn)而進(jìn)行端口初始化，然后開始尋卡，進(jìn)而開始等待回應(yīng)，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒有回應(yīng)，則返回上一級(jí)，重復(fù)上述流程；如果收到回應(yīng)，則進(jìn)行防沖撞處理，然后進(jìn)行讀取ID卡數(shù)值處理，再進(jìn)行數(shù)據(jù)返回，最后，結(jié)束此RC522刷卡流程。MQ-2檢測設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一種利用MQ-2煙霧傳感器，可以實(shí)現(xiàn)探測范圍非常廣泛，即使沒有MQ-2也能達(dá)到同樣的效果。使用單片機(jī)ADC進(jìn)行讀取，將模擬信號(hào)通過輸入通道傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)部，然后通過ADC模塊將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。STM32的ADC外設(shè)功能十分強(qiáng)大，而且STM32F103是一款性能強(qiáng)勁的CPU，它可以同時(shí)測量18個(gè)通道，其中包括16個(gè)外部信號(hào)源和2個(gè)內(nèi)部信號(hào)源。A/D轉(zhuǎn)換器可以以單次、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行，將ADC結(jié)果以左對齊或右對齊方式存儲(chǔ)在16位數(shù)據(jù)寄存器中。因此，可以做到實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部煙霧情況，當(dāng)檢測到氣體泄漏發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，配合系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。MQ-2檢測流程圖如圖4.4所示：圖4.4MQ-2煙霧檢測流程圖圖4.4完整地表現(xiàn)出MQ-2煙霧檢測功能模塊。煙霧濃度檢測是通過MQ-2傳感器實(shí)現(xiàn)的，通過單片機(jī)的ADC外設(shè)，讀取端口的電壓模擬量，實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。如下圖所示，整個(gè)程序開始，先進(jìn)行配置端口，然后選擇轉(zhuǎn)換通道并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換通道，如果沒有正常啟動(dòng)轉(zhuǎn)換或者轉(zhuǎn)換無法結(jié)束，則返回上一級(jí)并重復(fù)上述流程；如果等待轉(zhuǎn)換正常結(jié)束，則進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)返回并結(jié)束此煙霧檢測流程。實(shí)物測試與分析本章將硬件和軟件系統(tǒng)融合在一起，并解決任何在此過程中出現(xiàn)的故障，以確保系統(tǒng)功能完整。這里主要針對這些算法通過VC++編程實(shí)現(xiàn)無人售貨的功能程序，并通過設(shè)計(jì)算法處理測試每個(gè)功能模塊的效果，其中包括MQ-2煙霧采集模塊、紅外感應(yīng)模塊、OLED顯示模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、語音模塊以及按鍵控制實(shí)現(xiàn)無人售貨系統(tǒng)，這里對各個(gè)階段設(shè)計(jì)的算法測試界面做簡要說明。通過調(diào)試和實(shí)驗(yàn)分析可知，智能無人售貨系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)進(jìn)行感應(yīng)和調(diào)節(jié)，基于stm32的無人售貨系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到了所需功能的目標(biāo)，同時(shí)驗(yàn)證了平臺(tái)的有效性。常規(guī)模式測試首先將設(shè)備進(jìn)行通電。正常工作下，屏幕會(huì)顯示等待模式。無人狀態(tài)下處于該模式，并實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度與煙霧濃度狀況當(dāng)紅外模塊感應(yīng)到人員流動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)開門操作。有多少人進(jìn)入，則進(jìn)行多少次開門操作；接下來由消費(fèi)者自主選擇進(jìn)入充值模式或者消費(fèi)模式。常規(guī)模式如圖5.1所示：圖5.1常規(guī)模式圖圖5.1展示了常規(guī)模式下的系統(tǒng)運(yùn)作狀態(tài)，在無人工作的狀態(tài)下就可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)與監(jiān)視的功能，充分體現(xiàn)了無人售貨系統(tǒng)便捷性強(qiáng)和24小時(shí)服務(wù)的優(yōu)點(diǎn)，降低人力成本和改善及優(yōu)化商品服務(wù)質(zhì)量，大幅度提升商業(yè)收益率。相信在未來的技術(shù)不斷完善和改進(jìn)下，它將發(fā)揮更大的作用，不斷拉動(dòng)社會(huì)的發(fā)展。充值模式測試消費(fèi)者在常規(guī)等待模式下，當(dāng)消費(fèi)者自主選擇充值模式時(shí)，系統(tǒng)通過按鍵SW3進(jìn)入充值模式，通過按鍵SW2選擇合適金額，并通過人機(jī)友好界面進(jìn)行刷卡并確認(rèn)，以此完成會(huì)員充值模式。接下來由消費(fèi)者自主挑選心儀的商品，并進(jìn)行相對應(yīng)的消費(fèi)模式。充值模式如圖5.2所示：圖5.2充值模式圖圖5.2完整地展示了充值模式的運(yùn)作狀態(tài)，操作簡單，時(shí)需較短，服務(wù)流程快捷，無人售貨系統(tǒng)能夠科學(xué)地提高商業(yè)運(yùn)作效率，降低人力成本和改善及優(yōu)化商品服務(wù)質(zhì)量，大幅度提升商業(yè)收益率。一人一卡，輕松實(shí)現(xiàn)充值操作。消費(fèi)模式測試在消費(fèi)者自主選擇消費(fèi)模式之后，可進(jìn)行挑選想要的心儀的商品，系統(tǒng)通過按鍵SW4進(jìn)入消費(fèi)售賣模式，通過語音輸入（比如語音輸入：小杰，可樂），接下來由消費(fèi)者進(jìn)行刷卡完成交易，則系統(tǒng)成功完成一次消費(fèi)。消費(fèi)模式如圖5.3所示：圖5.3消費(fèi)模式圖圖5.3完整地展示了消費(fèi)模式的運(yùn)作狀態(tài)，人機(jī)界面友好，只需語音輸入和刷卡就可實(shí)現(xiàn)商品的消費(fèi)，在無人售貨系統(tǒng)中，消費(fèi)者進(jìn)行挑選所需的商品后，無需通過收銀員，自身便可在自助收銀機(jī)前完成全部