一、項目背景
隨著科技的發展和生活水平的提高，人們對于購物體驗的要求越來越高。傳統的商場、超市購物方式已經無法滿足消費者的需求，因此無人售貨機應運而生。本文針對現有售貨機存在的缺陷，設計了一款基于STM32的無人售貨機系統。該系統采用STM32作為主控芯片，使用液晶屏顯示各種商品庫存與售價，用戶按下對應按鍵選擇購買指定商品，在矩陣鍵盤輸入賬號密碼付款。若付款成功，對應電機旋轉一定角度使商品出庫，同時修改庫存；若余額不足，則進行聲光提示。手機端還可查看消費流水、商品庫存情況，并進行補貨和充值操作。
二、系統設計
2.1 系統硬件設計
該系統的核心部件是STM32主控芯片，它負責整個售貨機的控制和管理。液晶屏用于顯示商品信息、價格等，矩陣鍵盤用于用戶輸入賬號密碼進行支付。電機控制板用于控制商品出庫。
(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APP之間通信。模式配置為STA模塊。連接服務器。 電機旋轉角度：28BYJ48步進電機。 控制出貨機出貨物。 矩陣鍵盤：4X4的矩陣鍵盤。
2.2 系統軟件設計
軟件部分主要包括STM32程序和手機APP程序。STM32程序是售貨機的核心程序，負責控制各個部件的工作，實現售貨機的基本功能。APP程序可以通過與STM32通信來實現商品庫存查看、補貨、充值等功能。
STM32部分主要分為以下幾個模塊：
（1）初始化模塊：初始化各個部件的工作狀態和參數。 （2）商品選擇模塊：根據用戶按下的按鈕，選擇相應的商品。 （3）支付模塊：通過矩陣鍵盤輸入賬號密碼進行支付，并根據支付結果控制電機的工作狀態。 （4）庫存管理模塊：根據商品銷售情況，實時更新商品庫存信息。 （5）聲光提示模塊：在用戶付款失敗或余額不足時，通過蜂鳴器和LED燈進行聲光提示。
手機APP程序主要分為以下幾個模塊：
（1）用戶登錄模塊：用戶可以通過輸入賬號密碼登錄APP。 （2）商品查看模塊：用戶可以查看售貨機內商品庫存情況。 （3）補貨模塊：商家可以通過APP進行補貨操作，將商品補充至指定數量。 （4）充值模塊：用戶可以通過APP進行賬戶充值操作。 （5）消費流水模塊：用戶和商家可以查看售貨機的消費記錄。
以上各模塊之間通過STM32和APP程序之間進行通信，實現整個系統的功能。
三、核心代碼實現
【1】步進電機控制代碼
以下是28BYJ48步進電機的代碼：
（1）定義一些宏和變量以便于控制步進電機：
#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 //步數每圈#define DELAY_MS 5 //控制轉速的延遲時間?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，定義了四個引腳來控制步進電機，然后定義了一些函數來實現正反轉控制。
delay_ms函數用于延遲控制步進電機的轉速。STEPS_PER_REVOLUTION宏定義了每圈的步數，DELAY_MS宏定義了控制轉速的延遲時間。
setStep函數根據傳入的步數設置引腳狀態，接著forward和backward函數分別根據需要移動的步數控制步進電機的轉動方向，并調用setStep函數控制步進電機的步數。
最后，將forward和backward函數封裝成一個子函數來更方便地調用：
void control_stepper_motor(int steps_to_move, int direction) { if (direction == 1) { forward(steps_to_move); } else { backward(steps_to_move); }}這樣，就可以通過調用control_stepper_motor函數來實現正反轉控制28BYJ48步進電機了。
【2】矩陣鍵盤檢測代碼
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個引腳來控制電容矩陣鍵盤，并使用一個二維數組來存儲每個按鍵對應的字符。
（2）需要編寫一個函數來檢測電容矩陣鍵盤是否有按下。
該函數需要通過輪詢掃描鍵盤來檢測按鍵，如果有按鍵按下，則返回該按鍵對應的字符：
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為低電平，所有列引腳都設為高電平，并檢測是否有按鍵按下。如果有按鍵按下，則返回該按鍵對應的字符。 接下來，可以在主函數中循環調用scan_keypad函數來讀取鍵值：
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個引腳，并通過循環調用scan_keypad函數來讀取鍵值。如果讀取到鍵值，則可以進行相應的處理。
四、系統測試與驗證
為了驗證系統的可行性和穩定性，在硬件搭建完成后，進行了一系列測試。
（1）測試了系統的整體運行邏輯。通過模擬用戶選擇商品、支付、出貨等情況，驗證系統的基本功能。測試結果顯示系統能夠穩定運行，能夠滿足用戶的購物需求。
（2）測試了系統的庫存管理功能。通過模擬商品銷售情況，驗證系統的庫存信息是否能夠實時更新。測試結果表明系統能夠準確地處理庫存信息。
（3）測試了手機端APP程序的功能。通過模擬用戶登錄、查看商品庫存、進行補貨、充值和查看消費流水等操作，驗證APP程序的功能。測試結果顯示APP程序能夠正常運行，并且與STM32主控芯片之間能夠實現良好的通信。審核編輯：湯梓紅
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