超市导购系统设计.docx

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超市导购系统设计

超市电子导购车设计

摘要

现代超市的吞吐量随着规模日益上升，而大多数超市需要排队结算，费时费力。

本设计一款基于MSP430D的电子购物车终端，能有效改善超市排队结算的问题，该装置具有扫描条码、维护购物列表和远程射频通信能力，顾客购物过程中可随时结算，提高效率，内部包含了针对超市环境设计的诸多功能—图形化菜单，购物列表管理和删除。

以图形化的方式提供超市商品所在的货架位置，方便顾客快速地找到需要的商品。

系统主要由MSP430单片机，液晶显示模块，条形码扫描模块，无线数据传输模块等几部分组成。

其中MSP430单片机作为电子导购车的MCU，完成系统数据的处理。

LCD12864作为显示屏，显示商品折扣，商品热销，超市地图等信息。

条形码识读器完成条码扫描，无线数据传输模块完成信息的传递，实现导购终端与主机端的信息传输。

关键词：

超市导购，MSP430，条码识别，无线数据传输

ElectronicShoppingGuideCarofSupermarket

ABSTRACT

Withtherisingofthescale,thethroughputofthemodernsupermarket,whilemostsupermarketsneedtoqueueclearing,time-consuming.ThisdesignashoppingcartMSP430Dtheterminalcaneffectivelyimprovethesupermarketqueuingproblemofclearingthedevicetoscanbarcodes,maintainingshoppinglists,andremoteradiocommunicationcapability,thecustomershoppingprocesscanbesubjecttosettlement,improveefficiency,containinternalsupermarketsandmanyotherfeaturesofenvironmentaldesign-graphicalmenu,shoppinglist,manageanddelete.Agraphicalwaytosupermarketgoodsshelflocation,convenienceofourcustomerstoquicklyfindtheneededgoods.

ThesystemmainlyconsistsoftheMSP430microcontroller,LCDmodules,barcodescanningmodule,wirelessdatatransmissionmodulesuchasafewparts.MSP430microcontrolleraselectronicshoppingguidecarMCUtocompletethedataprocessingsystem.LCD12864merchandisediscounts,goodsselling,supermarketmapdisplay,showinginformation.Thebarcodereadertocompletebarcodescanning,wirelessdatatransmissionmoduletocompletethetransferofinformation,shoppingguideterminalandhost-sideinformationtransmission.

KEYWORDS:

supermarketshoppingguide,theMSP430,barcoderecognition,wirelessdatatransmission

1绪论

1.1课题研究意义

随着人民生活水平的不断提高，为满足广大消费者购物需求，连锁超市，便利店等购物形式越来越受到广大消费者青睐。

但在超市购物中，特别是在规模大、品种多的大型超市中，顾客时常找不到欲购买的商品的位置，了解超市的商品广告及打折信息也很不方便，直接影响到顾客购物情趣和超市营业额。

另外，收银台结帐也是一大瓶颈，每逢周六、日，收银台处的长龙也着实让人望而却步。

因此研发基于MSP430单片机的超市电子导购车就是为了改变这一现状，使顾客可自行查询商品信息及位置、扫描欲购物品条码，导购车能自动显示所购物品总价，大大节省购物时间和结算时间，真正让消费者体会到超市购物的便利。

1.2课题研究主要内容

利用MSP430系列单片机，通过LCD12864实现商品信息的显示，条形码识读器完成条码扫描，无线数据传输模块实现信息的传递，完成导购终端与主机系统的信息传输。

实现扫描条码、维护购物列表和远程射频通信能力，顾客购物过程中可随时结算，提高效率，从而有效改善超市排队结算的问题。

同时内部含了针对超市环境设计的诸多功能—图形化菜单，购物列表管理和删除。

以图形化的方式提供超市商品所在的货架位置，方便顾客快速地找到需要的商品。

1.3系统功能及操作流程

顾客在导购车的液晶显示屏查询欲购买的商品，然后根据数据库存储的相关信息指出商品在超市中的位置，从而使顾客快捷地找到商品。

找到商品后顾客如果决定购买则可用购物车上配备的条形码识读器对商品进行自行扫描，价格将直接计人总价。

在顾客购买完毕之后，可将购物清单无线发送至超市主机以方便超市进行备份、核对。

当顾客来到出口时，可根据购物车上的电子显示屏显示的总价或结算处的电脑匕显示的总价直接付现金或刷卡即可。

因此顾客们就不必像以往一样在收款台前为等待收银员为大家分别扫描商品、计价而排长队等候，就节省了收银员的收款时间及顾客的时间，提高了效率。

液晶显示屏上也可显示出商品广告和打折信息，便于超市对商品进行促销和方便消费者了解商品信息。

2系统方案

2.1系统方案简介

超市导购终端系统利用MSP430系列单片机作为主控器，通过LCD12864实现商品信息的显示，条形码识读器完成条码扫描，无线数传模块实现信息的传递，完成信息远距离无线传输。

顾客可以在购物过程中可随时结算，提高效率，从而有效改善超市排队结算的问题。

主控制模块以MSP430系列单片机为核心控制器，LCD12864作为导购终端的显示，nRF905作为无线传输模块实现信息的远距离传输。

超市导购终端系统设计方案如图2-1所示：

图2-1超市导购终端系统设计框图

主机系统利用MSP430作为主控器，通过无线数传模块实现数据的接收，运用RS232接口实现MSP430与PC机的数据传递。

主机机系统框图如图2-2：

图2-2主机系统设计框图

2.2系统总体方案的确定

2.2.1主控制器方案的选型

方案一：

常用的51单片机89C51

89C51内部资源不充足，且5V工作电压功耗高，速度低，用于该课题无明显优势。

方案二：

MSP430系列单片机

MSP430系列单片机具有处理能力强，运算速度快，超低的功耗（工作电压1.8V～3.6V），工业级芯片、可靠性高、丰富的片内资源和方便高效的开发环境等优势。

因此，本系统采用MSP430系列单片机，具体型号为MSP430F149单片机。

2.2.2条码扫描器及接口选择

条码扫描器接口目前主要有USB接口、PS/2接口、串口（RS232），其中USB接口最为简单，最大的好处就是即插即用，并且不会因为条码扫描器的故障造成键盘或其它的外设不能使用的情况，目前该接口主要应用在与计算机的连接上。

PS/2接口是最早成熟起来的条码扫描器接口，该接口除了可以与计算机连接外（具有PS/2接口的计算机），更被大量应用于与商业POS机做通讯接口，该接口最大的缺点是会因扫描器的故障造键盘外设的无效状态。

RS232接口是目前工业领域使用最为频繁的条码扫描器接口，因它易于编程、数据传输距离远、可构建现场总线网络等优点，可被应用到生产线条码数据采集、PLC联动顺序控制等场合。

由于PS/2接口应用广泛，技术比较成熟，所以系统选用PS/2接口作为条码扫描器的接口。

本次选用TYYSO公司KB/RS232型的条形码扫描器，该扫描器配有PS/2，RS232两个标准接口，我们选用标准的PS/2键盘接口和MSP430单片机进行通信。

图2-3条码扫描器

2.2.3无线通信方案选择

短距离无线通信方案目前有蓝牙技术（Bluetooth）、IEEE802.llb（Wi-Fi）、Zigbee、红外通信技术IrDA（InfraredDataAssociation）和一种无线单片技术。

下面是对现在比较常用的几种短距离无线通信技术进行对比，并得到本系统的短距离解决方案。

（1）蓝牙技术（Bluetooth）

蓝牙技术作为一种近距离无线连接的全球性开放规范，己经得到了全球众多大企业的支持。

蓝牙技术同时支持语音和数据传输，使用跳频扩频技术，本身包括纠错机制，可靠性高，蓝牙规范的核心部分协议允许多个设备进行相互定位、连接和交换数据，并能实现互操作和交互式应用。

但是蓝牙设备价格昂贵，通信协议复杂，通讯距离近，蓝牙RF定义了三种功率等级（100mw，25mw和lmw），当蓝牙设备功率为lmw时，其发射范围一般为10m。

在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。

对工业，家庭自动化控制和遥测遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等，而工业自动化对无线通信的需求越来越强烈。

正因此，经过人们长期努力，Zigbee协议在2003年中通过后，于2004正式问世了。

（2）红外通信技术（IrDA）

红外通信技术lrDA（InfraRedDataAssociation）采用人眼看不到的红外线传输信息，是使用最广泛的短距离无线通信技术。

它利用红外线的通断表示计算机中的0-1逻辑，通常有效作用半径2米，传统速度可达4Mbit/s。

1995年lrDA将通信速率扩展到的高达16Mbit/s，红外技术采用点到点的连接方式，发射、接收具有方向性，具有体积小、功耗低、连接方便、简单易用、数据传输干扰少、速度快、保密性强、成本低廉的特点。

因此广泛应用于各种遥控器，笔记本电脑，PDA，移动电话等移动设备。

但红外技术只是一种视距传输技术，有效距离近，发射角度较小，一般不超过20度，两台相互通信的设备之间必须对准，而且传输数据时两台设备之间不能有阻挡物，只能限于两台设备通信，无法灵活构成网络，且无法用于边移动边使用的设备，另外，lrDA设备中的核心部件LED易磨损。

（3）IEEE802.11b（Wi-Fi）

IEEE802.llb技术标准是无线局域网的国际标准，使用2.4GHZ的ISM频段，采用直接序列扩频DSSS技术进行调制解调增强了抗干扰能力，提高了传输速度。

IEEE802.llb无线网络的最大优点是兼容性，只要在原有网络上装上AP（AccessPoint），就可以提供无线网络服务，终端设备只要装上无线网卡，就可以访问所有网络资源，象使用有线局域网一样方便，却免除了布线的麻烦。

802.llb具有有线等价保密机制WEP（WiredEquivalentPrivacy）力确保数据安全。

以其具有穿透能力，全方位传送，建网速度快，可用来组建大型无线网络，运营成本低，投资回报快等特点，正逐渐受到电信制造商和运营商的青睐，目前此种设备还比较昂贵，妨碍了其推广和应用。

更多新的Wi-Fi标准正在制定之中。

速度更快的802.11g使用与802.llb相同的正交频分多路复用（OFDM）调制技术，同样工作在24GHZ频段，速率达54Mbit/s，比目前通用的802.llb快了5倍，并且完全向后兼容802.11b，802.11g将有可能被大多数无线网络产品制造商选择作为产品标准，而下一代的Wi-Fi标准802.lln可望达到100Mbit/s。

（4）Zigbee技术

Zigbee技术是随着工业自动化对于无线通信和数据传输的需求而产生的，它是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信;每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里;另外整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。

Zigbee技术的目标就是针对工业，家庭自动化，遥测遥控，汽车自动化、农业自动化和医疗护理等，例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域。

另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位。

Zigbee网络省电、可靠、成本低、容量大、安全，可广泛应用于各种自动控制领域。

Zigbee技术和RFID技术在2004年就被列为当今世界发展最快，市场前景最广阔的十大最新技术中的两个。

尽管国内不少人已经开始关注Zigbee这项新技术，然而，由于Zigbee本身是一种新的系统集成技术，应用软件的开发必须和网络传输，射频技术和底层软硬件控制技术结合在一起。

因而深入理解这个来自国外的新技术，再组织一个在这几个方面都有丰富经验的配套的队伍，是一件不容易的事情。

（5）UWB技术

超宽带技术UWB（UltraWideband）是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。

由于UWB可以利用低功耗、低复杂度发射/接收机实现高速数据传输，在近年来得到了迅速发展。

它在非常宽的频谱范围内采用低功率脉冲传送数据而不会对常规窄带无线通信系统造成大的干扰，并可充分利用频谱资源。

基于UWB技术而构建的高速率数据收发机有着广泛的用途。

UWB技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，低截获能力，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入，非常适于建立一个高效的无线局域网或无线个域网（WPAN）。

UWB主要应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中。

除此之外，这种新技术适用于对速率要求非常高（大于100Mb/s）的LANs或PANs。

UWB最具特色的应用将是视频消费娱乐方面的无线个人局域网（PANs）。

UWB有可能在10m范围内，支持高达110Mb/s的数据传输率，不需要压缩数据，可以快速、简单、经济地完成视频数据处理。

（6）无线单片技术

无线单片技术是将成熟的单片机技术与无线技术相结合的产物。

嵌入了高性能单片机内核的高速、体积小、功耗少、外围元件少的低成本单片射频收发芯片，即将单片机和射频收发器集成在一体。

该芯片外设少、成本低、干扰少、功耗低，保证了产品的技术稳定性。

与蓝牙技术和Zigbee技术相比，无线单片技术没有复杂的通信防议，完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信，成本低。

它可应用在:

无线数据通讯、报警和安全系统、自动测试系统、家庭自动化控制、遥控装置、监测、车辆安全系统、工业控制和无线通讯电信终端。

通过以上几种无线技术的介绍，从系统的经济性、传输速率，确定该系统部分电路设计使用无线收发芯片。

无线单片芯片的可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，通讯协议简单透明，技术成熟。

使用该种方案无线通信接口与数据采集系统接口电路设计简单。

无线收发芯片的种类和数量比较多，在设计中选择合适芯片可以提高产品开发周期、节约成本。

2.2.4无线收发模块选择

无线收发芯片的种类和数量比较多，在设计中选择合适芯片可以提高产品开发周期、节约成本。

在选择时，应主要参考以下几点：

（a）收发芯片数据传输是否需要进行曼彻斯特编码：

采用曼彻斯特编码的芯片，在编程上会需要较高的技巧和经验，需要更多的内存和程序容量，并且曼彻斯特编码大大降低数据传输的效率，一般仅能达到标称速率的1/3，而采用串口传输的芯片，应用及编程非常简单，传送的效率很高，标称速率就是实际速率，编程方便。

（b）收发芯片所需的外围元件数量：

芯片外围元器件的数量直接关系到系统的复杂程度和成本，因此应该选择外围元件少的收发芯片。

（c）功耗：

大多数无线收发芯片是应用在便携式产品上的，因此功耗非常重要，应该根据需要选择综合功耗较小的产品。

（d）发射功率：

同等条件下，为了保证有效和可靠的通信，应选用发射功率较高的产品。

（e）收发芯片的封装和管脚数：

较少的管脚以及较小的封装，有利于减少PCB面积降低成本，适合便携式产品的设计，也有利于开发和生产。

常用的无线收发芯片主要有：

（a）CC1000是根据ChiPcon公司的SmartRF技术，在0.350umCMOS工艺下制造的一种理想的超高频单片收发通信芯片。

它的工作频带在315、868及915MHZ，但CC1000很容易通过编程使其工作在300~1000MHz范围内。

它具有低电压（2.3~3.6V），极低的功耗，可编程输出功率（-20~10dBm），灵敏度（一般-109dBm），小尺寸（TSSOP-28封装），集成了位同步器等特点。

其FSK数传速率可达72.8Kbps，具有250HZ步长可编程频率能力，适用于跳频协议:

主要工作参数能通过串行总线接口编程改变，使用非常灵活。

（b）nRF401是挪威NordicVLSI公司推出的单芯片即收发机，专为433MHzIsM（工业、科研和医疗）频段工作而设计。

该芯片集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制、FSK解调、双频道切换等功能，具有性能优异、功耗低、使用方便等特点。

nRF401的外围元件很少，仅10个左右。

（c）nRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作2.4GHz～2.5GHzISM频段。

内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。

nRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA;接收时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式（掉电模式和空闲模式）使节能设计更方便。

（d）nRF905芯片可以工作于ShockBurst（自动处理前缀、地址和CRC方式）。

内置电压调整模块，最大限度地抑制噪音，为系统提供1.9~3.6V的工作电压，载波检测。

由于nRF905功耗低，工作可靠nRF905没有复杂的通信协议，完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信，因此很适用于无线数据传输系统的设计。

它可应用在：

无线数据通讯、报警和安全系统、自动测试系统遥控装置、车辆安全系统、工业控制、远程遥控及其它短距离无线高速应用，故本系统将nRF905做为无线收发芯片的首选。

2.2.5导购终端显示的选型

为了开发友好的用户界面，数据显示显得尤其重要，该部分接受控制器送来的待显示的数据，经过处理，按照要求显示在相应的设备上。

显示设备的种类有很多，一般包括发光二极管、LED数码管、液晶显示屏等。

单个发光二极管只能指示一种状态，多位LED数码管可以显示简单的字符串和数字型参数，液晶显示屏能够显示的内容最丰富，可以同时显示字符和图形，便于开发友好的人机交互式界面。

LCD选用带字库的12864图形点阵液晶屏，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字，128个字符，及64X256点阵显示RAM。

可与CPU直接借口，提供两种界面来连接微处理器：

8位并行及串行两种连接方式。

2.2.6单片机与PC机通信选择

近年来随着USB口的日趋流行，RS232接口串口作为一种传统的串口通信口有被取代的趋势。

然而由于它具有较高的性价比和传输的可靠性。

在传输速率要求不是很高的情况下，串口通信仍然具有其自身的优势。

同时RS232标准广泛应用于微型计算机系统和大型系统中，RS232标准还具有连线简单、通讯距离长等优点，因此本次设计采用RS232接口实现单片机与PC机的通信。

3硬件系统基本构架

3.1单片机电路

3.1.1MSP430系列单片机

MSP430系列单片机是一种16位的单片机。

由于它具有集成度高，外围设备丰富，超低功耗等优点。

由于MSP430单片机具有超低功耗的特点，因此超市电子导购车设计中选择的单片机是MSP430F149。

（1）MSP430系列单片机简介

MSP430系列单片机是TI公司1996年开始推向市场的超低功耗微处理器，集成了很多模块功能，从而使得用一片MSP430芯片可以完成多片芯片才能完成的功能，大大缩小了产品的体积与成本。

如今，MSP430单片机已经用于各个领域，尤其是仪器仪表、监测、医疗器械以及汽车电子等领域。

MSP430系列单片机主要特点：

（a）低电源电压范围，1.8～3.6V。

（b）超低功耗，拥有5种低功耗模式。

（c）灵活的时钟使用模式。

（d）高速的运算能力，16位RISC架构，125ns指令周期。

（e）丰富的功能模块，这些功能模块包括：

多通道10－14位AD转换器；双路12位DA转换器；比较器；液晶驱动器；电源电压检测；串行口USART（UART/SPI）；硬件乘法器；看门狗定时器，多个16位、8位定时器（可进行捕获，比较，PWM输出）；DMA控制器。

（f）FLASH存储器，不需要额外的高电压就在运行种由程序控制写擦欧哦和段的擦除。

（g）MSP430芯片上包括JTAG接口，仿真调试通过一个简单的JTAG接口转换器就可以方便的实现如设置断点、单步执行、读写寄存器等调试；（8）快速灵活的变成方式，可通过JTAG和BSL两种方式向CPU内装在程序。

（2）MSP430系列单片机时钟系统

MSP430系列单片机有3种时钟信号：

MCLK系统主时钟；SMCLK系统子时钟；ACLK辅助时钟。

（a）MCLK系统主时钟。

除了CPU运算使用此时钟以外，外围模块也可以使用。

MCLK可以选择任何一个振荡器所产生的时钟信号并进行1、2、4、8分频作为其信号源。

（b）SMCLK系统子时钟。

供外围模块使用。

并在使用前可以通过各模块的寄存器实现分频。

SMCLK可以选择任何一个振荡器所产生的时钟信号并进行1、2、4、8分频作为其信号源。

（c）ACLK辅助时钟。

供外围模块使用。

并在使用前可以通过各模块的寄存器实现分频。

但ACLK只能由LFXT1进行1、2、4、8分频作为信号源。

PUC复位后，MCLK和SMCLK的信号源为DCO，DCO的振荡频率为800KHZ。

ACLK的信号源为LFXT1。

MSP430内部含有晶体振荡器失效监测电路，监测LFXT1（工作在高频模式）和XT2输出的时钟信号。

当时钟信号丢失50us时，监测电路捕捉到振荡器失效。

如果MCLK信号来自LFXT1或者XT2，那么MSP430自动把MCLK的信号切换为DCO，这样可以保证程序继续运行。

但MSP430不对工作在低频模式的LFXT1进行监测。

（3）MSP430系列单片机中断系统

中断是MSP430微处理器的一大特色，有效地利用中断可以简化程序和提高执行效率。

MSP430的几乎每个外围模块都能够产生中断，为MSP430针对事件（即外围模块产生的中断）进行的编程打下基础。

MSP430在没有事件发生时进入低功耗模式，事件发生时，通过中断唤醒CPU，事件处理完毕后，CPU再次进入低功耗状态。

由于CPU的运算速度和退出低功耗的速度很快，所以在应用中，CPU大部分时间都处于低功耗状态。

MSP430的中断分为3种：

系统复位、不可屏蔽中断、可屏蔽中断。

（a）系统复位的中断向量为0xFFFE。

（b）不可屏蔽中断的中断向量为0xFFFC。

响应不可屏蔽中断时，硬件自动