NovelCart智能购物车系统关键技术研究

摘要：目前，全国大小超市星罗棋布，几乎所有的超市都会出现大量顾客排队等待结账的场面，这不仅会浪费顾客的时间，也不利于超市的经营与盈利。本文基于超宽带室内定位技术（UWB）、射频识别技术（RFID）以及一些人工智能算法，从技术上解决了传统超市人工收银台结账效率低下、用户长时间排队影响用户体验的问题，同时也解决了现有智能购物车需要用户手动扫描已购商品的问题，实现了功能比较完善并可直接安装在传统购物车上的智能购物车系统NovelCart。

NovelCart智能购物车系统搭载的UHF-RFID模块用于实时获取车内商品信息，同时将信息通过串口发送至ARM主控制器；UWB室内定位模块配合定位基站与STM32协处理器通过串口与树莓派连接，进行室内实时定位，实现固定区域自动结算；与ARM主控制器通过HDMI连接的触摸显示屏可以用来与用户进行交互和AI广告推送；整个系统的核心ARM主控制器依靠强大的计算能力对整个系统进行信息处理，同时根据收集到的用户购物信息，运用关联规则挖掘算法Apriori进行数据挖掘，实现精准的广告推送。NovelCart智能购物车系统的实现，在提升用户购物体验的同时还帮助超市节省了人力成本；且对比现有的一些智能购物车，成本更低，功能更加齐全，设备更加智能，有利于后续推广。

关键词：UWB；RFID；图像识别；关键规则挖掘算法；协同滤波算法；智能购物车

第一章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。目前，与物联网技术结合的超市智能购物系统已经得到了广泛的发展，但由于其用户操作繁琐、成本较高，未得到期望中的广泛应用，因此智能购物车系统并未受到新技术发展的促进。

物联网关键技术包括传感器技术、RFID标签、嵌入式系统技术等。将这些与室内定位技术、图像识别技术以及人工智能算法相结合，应用到超市智能购物车系统中，进行NovelCart智能购物车系统的研究与搭建，在提升用户购物体验的还帮助超市节省了人力成本，同时还能引起社会对这些先进技术的重视，推动整个领域的发展。

对于超市来说，智能购物车的推行至关重要；对于购物车本身来说，除了产品的损耗，还有技术的更新迭代。所以智能购物车是一项可持续发展的产业。

1.2国内外研究现状

智能购物车是近两年才兴起的产业，热度很高，需求量大。然而从顾客使用体验和技术角度看，现有智能购物车的解决方案仍然存在很多不完善的地方。

目前绝大多数智能购物车都没有包含的室内导航功能。对于大中型超市，如果顾客不熟悉超市的布局又没有地图的话，购物非常耗时，常常需要为了一个商品搜寻很久，极大影响了顾客的用户体验。同时，目前世面上的智能购物车基本上全部需要客户手动扫描商品。这不仅让顾客承担了收银员的扫描工作、增加了劳动量，还可能因为错扫、漏扫而造成超市的直接损失。且目前广受认可的、功能尚还齐全的购物车，成本价大概在一万元左右。这样的高成本导致很多超市对智能购物车望而却步，严重推缓了购物智能化的进程。

第二章 NovelCart 系统设计方案

2.1系统总体方案设计

NovelCart智能购物车系统主要针对大型综合超市，致力于为超市用户提供更好的购物体验，为超市商家提供更精确、有效的广告推送平台。其总体系统设计方案如图2-1所示。

NovelCart采用ARM主处理器加STM32协处理器设计：ARM处理器的计算能力保证整体系统的流畅运行，STM32协处理器协助处理实时性要求较高的室内定位相关任务。传感器方面，NovelCart主要配备了UHF RFID模块和UWB室内定位模块。UHF RFID模块可以实时、准确地识别购物车内商品的信息。UWB室内定位模块提供高达30cm精度的实时定位服务，从而可以建立电子围栏，设置自动结账区域。需要注意的是，NovelCart的室内定位功能需要配合UWB定位基站一同使用。此外，NovelCart还搭载一块7英寸1024x600分辨率高清触摸屏，用于用户交互。

2.2方案论证

2.2.1室内定位方案选择

精确的室内定位对于商业应用、公共安全等都具有非常重要的意义。然而室内环境非常复杂,信号传播会受到各种各样的影响。发射信号经过多条路径、以不同的时间到达接收端,出现多径传播现象和非视距效应，使得室内定位极具挑战性。超宽带技术UWB (Ultra-wideband)拥有极宽电磁频谱,在穿透能力、精细分辨、精确测距、抗多径和抗干扰等方面具有独特的优势，其系统实现具有低复杂度、低功耗、低成本的潜力，成为室内定位最有前景的技术方案之一。DWM1000模块的优点如表1所示。