一、項(xiàng)目背景

隨著科技的發(fā)展和生活水平的提高，人們對(duì)于購(gòu)物體驗(yàn)的要求越來越高。傳統(tǒng)的商場(chǎng)、超市購(gòu)物方式已經(jīng)無法滿足消費(fèi)者的需求，因此無人售貨機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。本文針對(duì)現(xiàn)有售貨機(jī)存在的缺陷，設(shè)計(jì)了一款基于STM32的無人售貨機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用STM32作為主控芯片，使用液晶屏顯示各種商品庫(kù)存與售價(jià)，用戶按下對(duì)應(yīng)按鍵選擇購(gòu)買指定商品，在矩陣鍵盤輸入賬號(hào)密碼付款。若付款成功，對(duì)應(yīng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一定角度使商品出庫(kù)，同時(shí)修改庫(kù)存；若余額不足，則進(jìn)行聲光提示。手機(jī)端還可查看消費(fèi)流水、商品庫(kù)存情況，并進(jìn)行補(bǔ)貨和充值操作。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的核心部件是STM32主控芯片，它負(fù)責(zé)整個(gè)售貨機(jī)的控制和管理。液晶屏用于顯示商品信息、價(jià)格等，矩陣鍵盤用于用戶輸入賬號(hào)密碼進(jìn)行支付。電機(jī)控制板用于控制商品出庫(kù)。

(資料圖)

硬件組成：

主控芯片選：STM32F103ZET6 液晶屏選擇：2.8寸TFT-LCD屏 WIFI選擇：ESP8266-WIFI 與手機(jī)APP之間通信。模式配置為STA模塊。連接服務(wù)器。 電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度：28BYJ48步進(jìn)電機(jī)。 控制出貨機(jī)出貨物。 矩陣鍵盤：4X4的矩陣鍵盤。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件部分主要包括STM32程序和手機(jī)APP程序。STM32程序是售貨機(jī)的核心程序，負(fù)責(zé)控制各個(gè)部件的工作，實(shí)現(xiàn)售貨機(jī)的基本功能。APP程序可以通過與STM32通信來實(shí)現(xiàn)商品庫(kù)存查看、補(bǔ)貨、充值等功能。

STM32部分主要分為以下幾個(gè)模塊：

（1）初始化模塊：初始化各個(gè)部件的工作狀態(tài)和參數(shù)。 （2）商品選擇模塊：根據(jù)用戶按下的按鈕，選擇相應(yīng)的商品。 （3）支付模塊：通過矩陣鍵盤輸入賬號(hào)密碼進(jìn)行支付，并根據(jù)支付結(jié)果控制電機(jī)的工作狀態(tài)。 （4）庫(kù)存管理模塊：根據(jù)商品銷售情況，實(shí)時(shí)更新商品庫(kù)存信息。 （5）聲光提示模塊：在用戶付款失敗或余額不足時(shí)，通過蜂鳴器和LED燈進(jìn)行聲光提示。

手機(jī)APP程序主要分為以下幾個(gè)模塊：

（1）用戶登錄模塊：用戶可以通過輸入賬號(hào)密碼登錄APP。 （2）商品查看模塊：用戶可以查看售貨機(jī)內(nèi)商品庫(kù)存情況。 （3）補(bǔ)貨模塊：商家可以通過APP進(jìn)行補(bǔ)貨操作，將商品補(bǔ)充至指定數(shù)量。 （4）充值模塊：用戶可以通過APP進(jìn)行賬戶充值操作。 （5）消費(fèi)流水模塊：用戶和商家可以查看售貨機(jī)的消費(fèi)記錄。

以上各模塊之間通過STM32和APP程序之間進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能。

三、核心代碼實(shí)現(xiàn)

【1】步進(jìn)電機(jī)控制代碼

以下是28BYJ48步進(jìn)電機(jī)的代碼：

（1）定義一些宏和變量以便于控制步進(jìn)電機(jī)：

#define IN1 GPIO_Pin_0#define IN2 GPIO_Pin_1#define IN3 GPIO_Pin_2#define IN4 GPIO_Pin_3?#define STEPS_PER_REVOLUTION 2048 //步數(shù)每圈#define DELAY_MS 5 //控制轉(zhuǎn)速的延遲時(shí)間?GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;?int step_count = 0;uint16_t steps[] = {IN1 | IN2 | IN3 | IN4,          IN2 | IN3 | IN4,          IN1 | IN2 | IN3,          IN3 | IN4,          IN1 | IN3 | IN4,          IN2 | IN4,          IN1 | IN2,          IN4};?void delay_ms(uint32_t ms) {  uint32_t i, j;  for (i = 0; i < ms; i++) {    for (j = 0; j < 1141; j++);   }}?void setStep(int step) {  GPIO_ResetBits(GPIOB, IN1 | IN2 | IN3 | IN4);  GPIO_SetBits(GPIOB, steps[step]);}?void forward(int steps_to_move) {  int i;  for (i = 0; i < steps_to_move; i++) {    setStep(step_count % 8);    step_count++;    delay_ms(DELAY_MS);   }}?void backward(int steps_to_move) {  int i;  for (i = 0; i < steps_to_move; i++) {    setStep(step_count % 8);    step_count--;    delay_ms(DELAY_MS);   }}

在上面的代碼中，定義了四個(gè)引腳來控制步進(jìn)電機(jī)，然后定義了一些函數(shù)來實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。

delay_ms函數(shù)用于延遲控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。STEPS_PER_REVOLUTION宏定義了每圈的步數(shù)，DELAY_MS宏定義了控制轉(zhuǎn)速的延遲時(shí)間。

setStep函數(shù)根據(jù)傳入的步數(shù)設(shè)置引腳狀態(tài)，接著forward和backward函數(shù)分別根據(jù)需要移動(dòng)的步數(shù)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，并調(diào)用setStep函數(shù)控制步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)。

最后，將forward和backward函數(shù)封裝成一個(gè)子函數(shù)來更方便地調(diào)用：

void control_stepper_motor(int steps_to_move, int direction) {  if (direction == 1) {    forward(steps_to_move);   } else {    backward(steps_to_move);   }}

這樣，就可以通過調(diào)用control_stepper_motor函數(shù)來實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制28BYJ48步進(jìn)電機(jī)了。

【2】矩陣鍵盤檢測(cè)代碼

以下是4x4電容矩陣鍵盤的示例代碼：

（1）定義一些宏和變量以便于控制電容矩陣鍵盤：

#define ROW1 GPIO_Pin_0#define ROW2 GPIO_Pin_1#define ROW3 GPIO_Pin_2#define ROW4 GPIO_Pin_3?#define COL1 GPIO_Pin_4#define COL2 GPIO_Pin_5#define COL3 GPIO_Pin_6#define COL4 GPIO_Pin_7?GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;?const uint8_t keys[4][4] = {   {"1", "2", "3", "A"},   {"4", "5", "6", "B"},   {"7", "8", "9", "C"},   {"*", "0", "#", "D"}};

在上面的代碼中，定義了8個(gè)引腳來控制電容矩陣鍵盤，并使用一個(gè)二維數(shù)組來存儲(chǔ)每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的字符。

（2）需要編寫一個(gè)函數(shù)來檢測(cè)電容矩陣鍵盤是否有按下。

該函數(shù)需要通過輪詢掃描鍵盤來檢測(cè)按鍵，如果有按鍵按下，則返回該按鍵對(duì)應(yīng)的字符：

char scan_keypad() {  GPIO_ResetBits(GPIOC, ROW1 | ROW2 | ROW3 | ROW4);  GPIO_SetBits(GPIOC, COL1 | COL2 | COL3 | COL4);?  if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW1) == 0) {    while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW1) == 0);    return keys[0][0];   } else if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW2) == 0) {    while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW2) == 0);    return keys[1][0];   } else if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW3) == 0) {    while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW3) == 0);    return keys[2][0];   } else if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW4) == 0) {    while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW4) == 0);    return keys[3][0];   }?  GPIO_ResetBits(GPIOC, ROW1 | ROW2 | ROW3 | ROW4);  GPIO_SetBits(GPIOC, COL1 | COL2 | COL3 | COL4);?  if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW1) == 0) {    while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW1) == 0);    return keys[0][1];   } else if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW2) == 0) {    while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW2) == 0);    return keys[1][1];   } else if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW3) == 0) {    while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW3) == 0);    return keys[2][1];   } else if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW4) == 0) {    while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW4) == 0);    return keys[3][1];   }?  GPIO_ResetBits(GPIOC, ROW1 | ROW2 | ROW3 | ROW4);  GPIO_SetBits(GPIOC, COL1 | COL2 | COL3 | COL4);?  if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW1) == 0) {    while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW1) == 0);    return keys[0][2];   } else if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW2) == 0) {    while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW2) == 0);    return keys[1][2];   } else if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW3) == 0) {    while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW3) == 0);    return keys[2][2];   } else if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW4) == 0) {    while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW4) == 0);      return keys[3][2];}GPIO_ResetBits(GPIOC, ROW1 | ROW2 | ROW3 | ROW4);GPIO_SetBits(GPIOC, COL1 | COL2 | COL3 | COL4);?if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW1) == 0) {  while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW1) == 0);  return keys[0][3];} else if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW2) == 0) {  while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW2) == 0);  return keys[1][3];} else if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW3) == 0) {  while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW3) == 0);  return keys[2][3];} else if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW4) == 0) {  while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, ROW4) == 0);  return keys[3][3];}?return "?"; }

在上面的代碼中，使用輪詢的方式掃描鍵盤。首先將所有行引腳都設(shè)為低電平，所有列引腳都設(shè)為高電平，并檢測(cè)是否有按鍵按下。如果有按鍵按下，則返回該按鍵對(duì)應(yīng)的字符。 接下來，可以在主函數(shù)中循環(huán)調(diào)用scan_keypad函數(shù)來讀取鍵值：

int main(void) {  char key = "?";?  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);?  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ROW1 | ROW2 | ROW3 | ROW4;  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);?  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = COL1 | COL2 | COL3 | COL4;  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);?  while (1) {    key = scan_keypad();?    if (key != "?") {      // 處理讀取到的鍵值     }   }}

在上面的代碼中，首先初始化了8個(gè)引腳，并通過循環(huán)調(diào)用scan_keypad函數(shù)來讀取鍵值。如果讀取到鍵值，則可以進(jìn)行相應(yīng)的處理。

四、系統(tǒng)測(cè)試與驗(yàn)證

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性和穩(wěn)定性，在硬件搭建完成后，進(jìn)行了一系列測(cè)試。

（1）測(cè)試了系統(tǒng)的整體運(yùn)行邏輯。通過模擬用戶選擇商品、支付、出貨等情況，驗(yàn)證系統(tǒng)的基本功能。測(cè)試結(jié)果顯示系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，能夠滿足用戶的購(gòu)物需求。

（2）測(cè)試了系統(tǒng)的庫(kù)存管理功能。通過模擬商品銷售情況，驗(yàn)證系統(tǒng)的庫(kù)存信息是否能夠?qū)崟r(shí)更新。測(cè)試結(jié)果表明系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地處理庫(kù)存信息。

（3）測(cè)試了手機(jī)端APP程序的功能。通過模擬用戶登錄、查看商品庫(kù)存、進(jìn)行補(bǔ)貨、充值和查看消費(fèi)流水等操作，驗(yàn)證APP程序的功能。測(cè)試結(jié)果顯示APP程序能夠正常運(yùn)行，并且與STM32主控芯片之間能夠?qū)崿F(xiàn)良好的通信。審核編輯：湯梓紅

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