基于物联网的发货保障系统设计
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摘 要：随着电子商务的蓬勃发展，在发货过程中出现的一些人为操作失误带来的损失是电商卖家们需要避免的。系统选取重量这一与商品材质高度相关的参量作为区分货品的主要因素，通过重量与相应商品的适配关系来判别分析选定商品是否为某一款类商品以及是否合格。系统基于STM32F103芯片，以应变式称重传感器来采集重量信号，并经HX711芯片放大与A/D转换。通过与数据库中标准商品重量范围值的比较，保证发出商品为对应型号，同时自动对已发出的合格商品进行计数。
关键词：物联网;电子商务;STM32;发货保障;A/D转换;HX711
中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2020）04-00-02
0 引 言
电子商务的蓬勃发展对电商卖家们提出了越来越高的要求。他们不再是单单依靠比拼价格取胜，而是从各方面来节省成本，提升利润[1-2]。由于现阶段大多数商家的发货过程并未实现全自动化，还需要依赖大量人工操作，导致发错货、少发货、瑕疵货品发出、货品被调包等状况层出不穷。
尽管阿里巴巴、京东、苏宁等主要电商平台，以及大型快递物流商已逐渐采用智能分拣机器人来提高配货和分拣货物的效率和准确率。例如菜鸟的无人仓，京东的“亚洲一号仓”[3]，它们都使用了大量AGV（Automated Guided Vehicle），即无人运输车。但是一台AGV小车的价格约十万元，而且需要专业人员进行系统维护，因此在现阶段运用AGV进行货物分拣成本非常高[4]。
针对当下现状，建立一套经济实用的发货商品属性检测系统很有必要。
1 系统设计
在货品大类选择已定条件下，一件商品的尺寸、重量、颜色、材质等属性参数可以与商品来源、规格、质量关联。当下定制化商品较多，因此型号也很多。例如一款保温杯有3种颜色，4种不同的容量，2种不同的材质，那么型号为
24个，可能对应24种价格。仅考虑颜色、材质、容量大小无法有效区分产品型号，但产品颜色一致时，不同材质或不同容量的产品重量不同，因此可以根据产品重量的差别精准区分产品的不同型号。
对于不同型号的货品，需建立数据库并录入每种型号标样的重量范围。当货物被放置在操作台上，显示屏可实时显示当前货品的重量。并将当前商品测得的重量与数据库中标准商品的重量范围值进行对比，如果商品的重量在标准重量范围值内，则该件商品合格，可以发出，且商品发出数目加1。反之，蜂鸣器报警，提示操作人员该件商品异常，不能发出。系统工作流程如图1所示[5]。
2 硬件设计
系统采用精度可达0.1 g的重力传感器模块采集商品的重量信息，集成有信号放大和A/D转换功能的HX711芯片对信号进行放大与数模转换处理。STM32F103处理器完成系统数据与数据库信息的对比，判定商品是否合格，并做出相应处理。LCD12864模块可对系统工作的结果进行实时显示。
2.1 主控制模块
系统采用STM32F103主控芯片，内核为Cortex-M33的32位ARM微控制器，其工作频率为72 MHz，内置512 KB的高速闪存和64 KB的SRAM，有性能强大的外设，如3个12位的ADC、4个通用的16位定时器和2个PWM定时器。具有丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设，还包含有标准和先进的通信接口，能很好地满足本系统的要求[6]。
2.2 重量采集模块
重量采集模块采用双孔悬臂平行梁应变式重力传感器。它由电阻应变片、检测电路和弹性体组成。工作原理：基于弹性体在外力作用下产生弹性形变，使粘贴在它表面的电阻应变片随同变形，电阻应变片变形后，其阻值发生变化。再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号，从而完成将外力变换为电信号的过程[7]。传感器电桥的四个臂接工作应变片均参与机械变形。当电桥处于平衡状态时，传感器的输出电压与激励电压及传感器的形变量呈线性关系[8]。
2.3 HX711芯片
电阻应变式称重传感器采集到的重量信号还需要经过放大和A/D转换后才能传入主控芯片中进行分析处理。HX711是专为高精度电子秤设计的芯片，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。内部集成有放大模块和24位A/D转换模块。芯片内有两路可选差分输入，即A路与B路，输入选择开关可以按需选择。A路对应的放大器增益编程可选，为64或128，B路对应的放大器增益为固定的32。A/D转换部分可以实现模拟量到数字量的转换，其电路结构如图2所示[9]。
2.4 LCD显示模块
为了更好地完成人机交互，该发货保障识别系统采用LCD12864液晶显示屏显示相关数据。上电工作后可配合单片机完成图形、汉字、英文字符的显示，显示器与外部控制单元的接口可采用串行或并行方式控制，其分辨率为128×64。LCD12864内部主要由LCD显示屏、控制器、驱动器和偏压产生电路构成[10]。
系統上电后液晶显示屏分3行显示数据信息，分别显示商品重量、标准重量范围中间值、发出商品的计数结果。用单片机的I/O引脚就可以实现对该模块的控制[11]。
3 软件设计
程序通过Keil μVision4编译，采用结构化的C语言编写系统程序。系统程序除了主程序外，还包括HX711，LCD12864，UART三部分子程序。各部分子程序中除了包含相关程序的头文件外，还包含引用的函数[11]。
主函数程序实现了设计的功能，它定义了相关芯片的引脚，对存储器的数据进行读和写入。通过对相关函数的调用，实现了采集货品重量信息并对采集到的信息进行处理的目的。主程序流程如图3所示。
3.1 HX711子程序 HX711程序部分定义了延时函数与读取函数，可对信号放大128倍并把数字信号转换成模拟信号输出。
3.2 UART子程序
UART程序部分首先定义了初始化函数，然后定义了字符串发送函数与单个字符发送函数，可以把并行输入信号转换成串行信号。
3.3 LCD子程序
在本设计中，LCD12864需显示3行数据。我们要先对LCD进行初始化，定义相应管脚。然后根据实验需要分配三行数据的位置坐标。第一行重量显示的行坐标为0x80，显示字符“Weight”;第二行标样重量范围中间值的行坐标为0x90，显示字符“Standard”;第三行计数的行坐标为0x88，显示字符“Count”。根据设计要求，设定每行显示4位数据，初始值为“0000”。第一行与第二行的单位都均为“g”，第三行的单位为“p”[12]。
4 系统测试
选取一款仅材质不同的LED灯罩对本系统进行测试。该款灯罩有3种型号。型号1～3的材质分别为高透光率的亚克力材料，PVC，普通亚克力材料。三种灯罩的重量分别是200 g，217 g，245 g。当设定系统标准重量为200 g时，型号1为合格商品，可通过检测并计数，型号2及型号3无法通过检测，系统报警。同样设定型号2和型号3为合格商品时，系统均可以很好地保证合格商品通过并计数，同时对不合格的商品进行预警。
5 结 语
为了提高电商发货过程中的发货效率从而减少经济损失，我们设计了一套以STM32F103为核心的发货保障系统。该系统以重量这一商品属性作为区分商品是否合格的判别要素，从而帮助区分商品是否为指定产品以及是否合格。经过测试，该发货保障系统能很好地对产品进行识别并统计发出的合格商品总数，同时对不合格产品进行预警。
参考文献
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[11]王李冬，安康，徐玮.单片机与物联网技术应用实战教程[M].北京：机械工业出版社，2018：265.
[12]深圳科比商贸.液晶显示模块技术手册-12864B[EB/OL].http：//risym.tmall.com，2017-05-18.
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