夏家輝　楊虹

摘 要：隨著電子商務(wù)的蓬勃發(fā)展，在發(fā)貨過程中出現(xiàn)的一些人為操作失誤帶來的損失是電商賣家們需要避免的。系統(tǒng)選取重量這一與商品材質(zhì)高度相關(guān)的參量作為區(qū)分貨品的主要因素，通過重量與相應(yīng)商品的適配關(guān)系來判別分析選定商品是否為某一款類商品以及是否合格。系統(tǒng)基于STM32F103芯片，以應(yīng)變式稱重傳感器來采集重量信號(hào)，并經(jīng)HX711芯片放大與A/D轉(zhuǎn)換。通過與數(shù)據(jù)庫中標(biāo)準(zhǔn)商品重量范圍值的比較，保證發(fā)出商品為對(duì)應(yīng)型號(hào)，同時(shí)自動(dòng)對(duì)已發(fā)出的合格商品進(jìn)行計(jì)數(shù)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);電子商務(wù);STM32;發(fā)貨保障;A/D轉(zhuǎn)換;HX711

中圖分類號(hào)：TP29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2020）04-00-02

0 引 言

電子商務(wù)的蓬勃發(fā)展對(duì)電商賣家們提出了越來越高的要求。他們不再是單單依靠比拼價(jià)格取勝，而是從各方面來節(jié)省成本，提升利潤[1-2]。由于現(xiàn)階段大多數(shù)商家的發(fā)貨過程并未實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，還需要依賴大量人工操作，導(dǎo)致發(fā)錯(cuò)貨、少發(fā)貨、瑕疵貨品發(fā)出、貨品被調(diào)包等狀況層出不窮。

盡管阿里巴巴、京東、蘇寧等主要電商平臺(tái)，以及大型快遞物流商已逐漸采用智能分揀機(jī)器人來提高配貨和分揀貨物的效率和準(zhǔn)確率。例如菜鳥的無人倉，京東的“亞洲一號(hào)倉”[3]，它們都使用了大量AGV（Automated Guided Vehicle），即無人運(yùn)輸車。但是一臺(tái)AGV小車的價(jià)格約十萬元，而且需要專業(yè)人員進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)，因此在現(xiàn)階段運(yùn)用AGV進(jìn)行貨物分揀成本非常高[4]。

針對(duì)當(dāng)下現(xiàn)狀，建立一套經(jīng)濟(jì)實(shí)用的發(fā)貨商品屬性檢測(cè)系統(tǒng)很有必要。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在貨品大類選擇已定條件下，一件商品的尺寸、重量、顏色、材質(zhì)等屬性參數(shù)可以與商品來源、規(guī)格、質(zhì)量關(guān)聯(lián)。當(dāng)下定制化商品較多，因此型號(hào)也很多。例如一款保溫杯有3種顏色，4種不同的容量，2種不同的材質(zhì)，那么型號(hào)為

24個(gè)，可能對(duì)應(yīng)24種價(jià)格。僅考慮顏色、材質(zhì)、容量大小無法有效區(qū)分產(chǎn)品型號(hào)，但產(chǎn)品顏色一致時(shí)，不同材質(zhì)或不同容量的產(chǎn)品重量不同，因此可以根據(jù)產(chǎn)品重量的差別精準(zhǔn)區(qū)分產(chǎn)品的不同型號(hào)。

對(duì)于不同型號(hào)的貨品，需建立數(shù)據(jù)庫并錄入每種型號(hào)標(biāo)樣的重量范圍。當(dāng)貨物被放置在操作臺(tái)上，顯示屏可實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前貨品的重量。并將當(dāng)前商品測(cè)得的重量與數(shù)據(jù)庫中標(biāo)準(zhǔn)商品的重量范圍值進(jìn)行對(duì)比，如果商品的重量在標(biāo)準(zhǔn)重量范圍值內(nèi)，則該件商品合格，可以發(fā)出，且商品發(fā)出數(shù)目加1。反之，蜂鳴器報(bào)警，提示操作人員該件商品異常，不能發(fā)出。系統(tǒng)工作流程如圖1所示[5]。

2 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用精度可達(dá)0.1 g的重力傳感器模塊采集商品的重量信息，集成有信號(hào)放大和A/D轉(zhuǎn)換功能的HX711芯片對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大與數(shù)模轉(zhuǎn)換處理。STM32F103處理器完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫信息的對(duì)比，判定商品是否合格，并做出相應(yīng)處理。LCD12864模塊可對(duì)系統(tǒng)工作的結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

2.1 主控制模塊

系統(tǒng)采用STM32F103主控芯片，內(nèi)核為Cortex-M33的32位ARM微控制器，其工作頻率為72 MHz，內(nèi)置512 KB的高速閃存和64 KB的SRAM，有性能強(qiáng)大的外設(shè)，如3個(gè)12位的ADC、4個(gè)通用的16位定時(shí)器和2個(gè)PWM定時(shí)器。具有豐富的增強(qiáng)I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)，還包含有標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口，能很好地滿足本系統(tǒng)的要求[6]。

2.2 重量采集模塊

重量采集模塊采用雙孔懸臂平行梁應(yīng)變式重力傳感器。它由電阻應(yīng)變片、檢測(cè)電路和彈性體組成。工作原理：基于彈性體在外力作用下產(chǎn)生彈性形變，使粘貼在它表面的電阻應(yīng)變片隨同變形，電阻應(yīng)變片變形后，其阻值發(fā)生變化。再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而完成將外力變換為電信號(hào)的過程[7]。傳感器電橋的四個(gè)臂接工作應(yīng)變片均參與機(jī)械變形。當(dāng)電橋處于平衡狀態(tài)時(shí)，傳感器的輸出電壓與激勵(lì)電壓及傳感器的形變量呈線性關(guān)系[8]。

2.3 HX711芯片

電阻應(yīng)變式稱重傳感器采集到的重量信號(hào)還需要經(jīng)過放大和A/D轉(zhuǎn)換后才能傳入主控芯片中進(jìn)行分析處理。HX711是專為高精度電子秤設(shè)計(jì)的芯片，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。內(nèi)部集成有放大模塊和24位A/D轉(zhuǎn)換模塊。芯片內(nèi)有兩路可選差分輸入，即A路與B路，輸入選擇開關(guān)可以按需選擇。A路對(duì)應(yīng)的放大器增益編程可選，為64或128，B路對(duì)應(yīng)的放大器增益為固定的32。A/D轉(zhuǎn)換部分可以實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，其電路結(jié)構(gòu)如圖2所示[9]。

2.4 LCD顯示模塊

為了更好地完成人機(jī)交互，該發(fā)貨保障識(shí)別系統(tǒng)采用LCD12864液晶顯示屏顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。上電工作后可配合單片機(jī)完成圖形、漢字、英文字符的顯示，顯示器與外部控制單元的接口可采用串行或并行方式控制，其分辨率為128×64。LCD12864內(nèi)部主要由LCD顯示屏、控制器、驅(qū)動(dòng)器和偏壓產(chǎn)生電路構(gòu)成[10]。

系統(tǒng)上電后液晶顯示屏分3行顯示數(shù)據(jù)信息，分別顯示商品重量、標(biāo)準(zhǔn)重量范圍中間值、發(fā)出商品的計(jì)數(shù)結(jié)果。用單片機(jī)的I/O引腳就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)該模塊的控制[11]。

3 軟件設(shè)計(jì)

程序通過Keil μVision4編譯，采用結(jié)構(gòu)化的C語言編寫系統(tǒng)程序。系統(tǒng)程序除了主程序外，還包括HX711，LCD12864，UART三部分子程序。各部分子程序中除了包含相關(guān)程序的頭文件外，還包含引用的函數(shù)[11]。

主函數(shù)程序?qū)崿F(xiàn)了設(shè)計(jì)的功能，它定義了相關(guān)芯片的引腳，對(duì)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀和寫入。通過對(duì)相關(guān)函數(shù)的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了采集貨品重量信息并對(duì)采集到的信息進(jìn)行處理的目的。主程序流程如圖3所示。

3.1 HX711子程序

HX711程序部分定義了延時(shí)函數(shù)與讀取函數(shù)，可對(duì)信號(hào)放大128倍并把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出。

3.2 UART子程序

UART程序部分首先定義了初始化函數(shù)，然后定義了字符串發(fā)送函數(shù)與單個(gè)字符發(fā)送函數(shù)，可以把并行輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成串行信號(hào)。

3.3 LCD子程序

在本設(shè)計(jì)中，LCD12864需顯示3行數(shù)據(jù)。我們要先對(duì)LCD進(jìn)行初始化，定義相應(yīng)管腳。然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要分配三行數(shù)據(jù)的位置坐標(biāo)。第一行重量顯示的行坐標(biāo)為0x80，顯示字符“Weight”;第二行標(biāo)樣重量范圍中間值的行坐標(biāo)為0x90，顯示字符“Standard”;第三行計(jì)數(shù)的行坐標(biāo)為0x88，顯示字符“Count”。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定每行顯示4位數(shù)據(jù)，初始值為“0000”。第一行與第二行的單位都均為“g”，第三行的單位為“p”[12]。

4 系統(tǒng)測(cè)試

選取一款僅材質(zhì)不同的LED燈罩對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。該款燈罩有3種型號(hào)。型號(hào)1～3的材質(zhì)分別為高透光率的亞克力材料，PVC，普通亞克力材料。三種燈罩的重量分別是200 g，217 g，245 g。當(dāng)設(shè)定系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)重量為200 g時(shí)，型號(hào)1為合格商品，可通過檢測(cè)并計(jì)數(shù)，型號(hào)2及型號(hào)3無法通過檢測(cè)，系統(tǒng)報(bào)警。同樣設(shè)定型號(hào)2和型號(hào)3為合格商品時(shí)，系統(tǒng)均可以很好地保證合格商品通過并計(jì)數(shù)，同時(shí)對(duì)不合格的商品進(jìn)行預(yù)警。

5 結(jié) 語

為了提高電商發(fā)貨過程中的發(fā)貨效率從而減少經(jīng)濟(jì)損失，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套以STM32F103為核心的發(fā)貨保障系統(tǒng)。該系統(tǒng)以重量這一商品屬性作為區(qū)分商品是否合格的判別要素，從而幫助區(qū)分商品是否為指定產(chǎn)品以及是否合格。經(jīng)過測(cè)試，該發(fā)貨保障系統(tǒng)能很好地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行識(shí)別并統(tǒng)計(jì)發(fā)出的合格商品總數(shù)，同時(shí)對(duì)不合格產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)警。

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