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DWM1000模块完美符合NovelCart高精度、低成本、小型化的设计需求。安装在NovelCart上的DWM1000模块通过测量与超市中布设的坐标已知的DWM1000基站之间的距离，进行三点定位，即可提供30cm精度的室内定位服务。据估算，DWM1000基站的布设成本约为0.5元/平米。

2.2.2商品识别方案选择

RFID作为一种非接触式无线自动识别技术，其原理是通过射频信号自动识别对象目标而获取相关数据。工作在UHF频段的RFID系统，具有识别距离远、数据传输快等优点。在部分无人便利店中，已经采用了RFID的方式进行商品的结算，但由于其识别区域固定，并没有解决结算效率低下的问题。

NovelCart采用KLM400 UHF RFID模块用于自动识别购物车内的商品。KLM400模块对于标签的识别灵敏，稳定。识别距离可达2米，且可以实现多标签（>50张）识别，速度可达每秒50张以上。该模块无需外接散热装置，其性能受外壳、电磁环境等外界影响较小。将KLM400模块放置在购物车尾部，该模块的RFID标签识别范围正好可以覆盖整个购物车。同时50张标签/秒的识别速度可以快速结算购物车内的商品，十分快捷高效。

2.2.3主处理器选择

NovelCart的主处理器主要负责控制触摸屏显示用户界面与用户进行交互、控制RFID模块实时识别购物车内商品信息和使用算法智能推荐商品，具有较强的计算能力和图像处理能力。

树莓派(Raspberry PI)是一个采用ARM处理器的开放式嵌入式系统，外形小巧，却具有强大的系统功能和接口资源。第三代树莓派(Model 3B)是以ARM Cortex-A53架构、主频1.2GHz、64位4核心Broadcom BCM2837处理器为核心的单板计算机，具有USB接口、SD卡插槽、HDMI输出接口等等。树莓派有极强的图形能力，能室内用板载的HDMI接口提供1080p全高清影像输出。树莓派还板载了40个可编程GPIO接口，具有强大的外设控制能力。树莓派可运行Debian、Ubuntu等Linux系统，并可充分利用Linux大量开源资源。

采用三代树莓派作为主控制器，可直接使用HDMI连接高清触摸屏流畅运行用户交互界面，并且剩余的计算性能还足以运行人工智能算法，符合NovelCart的设计需求。

2.2.4协处理器即UWB基站主处理器选择

Linux是非实时操作系统，实时性较差。而UWB定位需要系统具有较高的实时性，所以需要为树莓派配备一个协处理器，用于协助完成UWB定位相关任务。同时，UWB定位基站也需要微控制器来驱动DWM1000模块。

使用STM32F103RCT6作为NovelCart的协处理器和UWB定位基站的主处理器可以保证室内定位服务精准稳定的运行，并且有利于整体系统的低成本、小型化实现。

第三章  硬件设计

NovelCart硬件设计主要包含两部分：NovelCart智能购物车系统主体以及UWB定位基站。NovelCart智能购物车系统主体部分采用模块化设计，整体结构小巧可靠，可直接安装在普通购物车上。UWB定位基站采用了低功耗、小型化设计，电路板大小仅55mm×35mm。

3.1 NovelCart主体硬件设计

NovelCart智能购物车系统主体系统硬件框图如图3-1所示：

硬件方面，NovelCart的ARM主控制器主要负责控制KLM400模块实时识别购物车内商品信息、与协处理通信获取室内定位信息、用户超出结账区域报警和使用板载的HDMI接口向触摸屏输出用户交互界面。原理图如图3-2所示：

ARM主处理器通过板载的USB口连接FT232RL芯片，FT232RL芯片将USB口的232电平转换为TTL电平串口与KLM400模块相连。ARM主处理器的GPIO8和GPIO10分别为UART外设的RX引脚和TX引脚，GPIO8连接至协处理器的串口发送引脚、GPIO10连接至协处理器的串口接收引脚，ARM主处理器即可通过串口与协处理器通信，获取室内定位信息。GPIO7为协处理器的使能引脚，GPIO7高电平时协处理器以1Hz频率向ARM主处理器发送定位信息；GPIO低电平时，协处理器和UWB模块处于休眠状态，降低系统功耗。GPIO11负责控制蜂鸣器进行超出使用区域限制报警。考虑到蜂鸣器工作时最大电流可达300mA，远大于ARM主处理器GPIO的最大输出电流，所以驱动电路增加了S8050三极管，以低电流控制蜂鸣器的工作。

协处理器部分，为了使NovelCart硬件电路足够紧凑，外形足够小巧，协处理器部分采用STM32F103最小系统设计，部分原理图如图3-3所示：