基于STM32的扫码取件系统设计思路：PWM、TCP/HTTP、SQLite等技术

一、项目概述

随着电子商务的迅猛发展，快递取件的智能化和便捷性需求日益增长。本项目旨在设计一款基于STM32F103C8T6单片机的扫码取件系统，结合语音播报模块、WiFi模块、显示模块、舵机控制电路和按键电路，实现高效、智能的取件功能。用户通过扫描二维码即可快速取件，同时系统通过语音提示和LCD显示提供友好的用户体验。

技术栈关键词

单片机: STM32F103C8T6
无线通信模块: ESP8266
显示模块: LCD1602
舵机控制: PWM技术
语音播报模块: DFPlayer Mini
按键输入: 机械按键
数据记录: 数据库（SQLite或MySQL）

二、系统架构

本项目的系统架构设计围绕扫码取件的核心功能展开，合理划分各个功能模块并确保它们之间的有效通信。以下是系统组件及其交互关系的架构图。

组件选择

单片机: STM32F103C8T6，具备丰富的外设接口和强大的处理能力。
WiFi模块: ESP8266，用于实现与云服务的通信。
显示模块: LCD1602，提供用户友好的界面显示。
舵机控制电路: 使用PWM信号控制舵机的开关，方便实现物品的取出。
语音播报模块: DFPlayer Mini，用于实现语音提示功能。
数据记录: 使用SQLite或MySQL数据库记录取件信息，便于管理和追踪。

三、环境搭建和注意事项

开发环境

IDE: STM32CubeIDE，支持STM32系列开发的集成开发环境。
库: STM32 HAL库、ESP8266库、LCD库、DFPlayer库。
调试工具: ST-Link V2，便于对STM32进行烧录和调试。

注意事项

电源管理: 确保各模块的供电稳定，避免因电源不足导致模块故障。
信号干扰: 在设计电路时，尽量避免信号线与电源线并行放置，以减少干扰。
模块兼容性: 在选择模块时，确保它们的电压和通信协议兼容。
安全性考虑: 需要在系统中引入用户身份验证和数据加密措施，确保系统安全。

四、代码实现过程

1. 系统初始化

在系统初始化过程中，使用HAL库对各个模块进行初始化，包括串口、WiFi、舵机和显示模块。这一过程是确保系统正常工作的前提。

#include "main.h"

// 初始化系统各模块
void System_Init(void) {
    HAL_Init();                        // 初始化HAL库
    SystemClock_Config();              // 配置系统时钟
    MX_GPIO_Init();                   // 初始化GPIO
    MX_USART2_UART_Init();            // 初始化USART，用于与ESP8266通信
    MX_I2C1_Init();                   // 初始化I2C，用于LCD
    WiFi_Init();                      // 初始化WiFi模块
    Servo_Init();                     // 初始化舵机
    Voice_Init();                     // 初始化语音模块
    LCD_Init();                       // 初始化LCD模块
}

2. 扫码取件逻辑

实现扫码取件的核心逻辑，用户通过扫码输入取件信息，系统进行舵机控制并播报语音提示。以下是主要的实现步骤：

#include "wifi.h"
#include "servo.h"
#include "voice.h"
#include "lcd.h"
#include "database.h"

// 扫描取件
void Scan_Item(void) {
    char qr_code[20];  // 存储二维码信息
    if (Get_QR_Code(qr_code)) {  // 获取二维码信息
        Unlock_Servo();           // 控制舵机开启
        Play_Voice("取件成功，请取走物品"); // 播放语音提示
        LCD_Show(qr_code);        // 在LCD上显示二维码信息
        Record_Item(qr_code);     // 记录取件信息到数据库
    } else {
        Play_Voice("扫码失败，请重试"); // 播放错误提示
        LCD_Show("扫码失败");        // 在LCD上显示错误信息
    }
}

代码说明

Get_QR_Code(qr_code): 函数用于获取用户扫描的二维码信息，返回值为true则表示扫码成功。
Unlock_Servo(): 函数用于控制舵机打开，允许用户取走物品。
Play_Voice("取件成功，请取走物品"): 播放成功取件的语音提示。
LCD_Show(qr_code): 在LCD屏幕上显示扫描到的二维码信息，方便用户确认。
Record_Item(qr_code): 将二维码信息记录到数据库，便于后续的管理和追踪。
如果扫码失败，则系统会给出相应的语音和LCD提示。

3. 舵机控制模块

舵机控制模块负责根据扫码结果控制舵机的开关，以便用户能够取走物品。

#include "servo.h"

// 舵机初始化
void Servo_Init(void) {
    // 配置TIM和舵机控制引脚
    // 假设使用TIM2进行PWM控制
    TIM_HandleTypeDef htim2;
    htim2.Instance = TIM2;
    htim2.Init.Prescaler = 72 - 1; // 设置预分频
    htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim2.Init.Period = 20000 - 1;  // 20ms周期
    htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    HAL_TIM_PWM_Init(&htim2);
    
    // 配置PWM通道
    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse = 1500; // 初始位置为中立
    sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1); // 启动PWM
}

// 解锁舵机
void Unlock_Servo(void) {
    // 旋转舵机到打开位置
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 2000); // 2ms脉冲，舵机打开
    HAL_Delay(3000); // 保持3秒
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 1000); // 1ms脉冲，舵机回到关闭位置
}

代码说明

Servo_Init(): 初始化舵机控制，配置定时器和PWM通道，以控制舵机的旋转。
Unlock_Servo(): 通过设置PWM的脉冲宽度来控制舵机的开关。2000微秒对应舵机的打开位置，1000微秒对应关闭位置。

4. 语音播报模块

语音播报模块负责将系统状态通过语音提示给用户。

#include "voice.h"
#include "software_timer.h"

// DFPlayer Mini的串口句柄
extern UART_HandleTypeDef huart2;

// 初始化语音模块
void Voice_Init(void) {
    // DFPlayer Mini初始化代码
    // 假设通过串口与DFPlayer Mini通信
    HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)"DFPLAY", 6, HAL_MAX_DELAY); // 发送初始化命令
}

// 播放语音文件
void Play_Voice(const char* voice_file) {
    char command[20];
    snprintf(command, sizeof(command), "PLAY %s", voice_file); // 格式化播放命令
    HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)command, strlen(command), HAL_MAX_DELAY); // 发送播放命令
}

// 中断回调，DFPlayer Mini的响应处理
void HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
    if (huart->Instance == USART2) {
        // 处理DFPlayer Mini的响应
        // 这里可以解析并处理DFPlayer Mini返回的数据
    }
}

代码说明

Voice_Init(): 初始化语音模块，发送DFPlayer Mini的初始化命令以确保模块准备就绪。
Play_Voice(const char* voice_file): 根据传入的文件名格式化播放命令并通过UART发送给DFPlayer Mini。
HAL_UART_RxHalfCpltCallback(): UART接收中断回调函数，用于处理DFPlayer Mini的返回响应。可以在这里解析和处理DFPlayer Mini的状态信息。

5. LCD显示模块

LCD显示模块负责显示取件信息、错误提示等。

#include "lcd.h"

// 初始化LCD模块
void LCD_Init(void) {
    // 初始化LCD控制引脚和配置
    HAL_Delay(15); // 等待LCD启动
    LCD_Send_Command(0x38); // 设置为8位模式
    LCD_Send_Command(0x0C); // 开启显示，不显示光标
    LCD_Send_Command(0x01); // 清屏
    HAL_Delay(2); // 清屏延迟
}

// 发送命令到LCD
void LCD_Send_Command(uint8_t cmd) {
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_RS_GPIO_Port, LCD_RS_Pin, GPIO_PIN_RESET); // RS设置为低
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_E_GPIO_Port, LCD_E_Pin, GPIO_PIN_SET); // 使能高
    HAL_Delay(1); // 确保稳定
    // 发送高四位
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D4_GPIO_Port, LCD_D4_Pin, (cmd & 0x10) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D5_GPIO_Port, LCD_D5_Pin, (cmd & 0x20) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D6_GPIO_Port, LCD_D6_Pin, (cmd & 0x40) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D7_GPIO_Port, LCD_D7_Pin, (cmd & 0x80) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_E_GPIO_Port, LCD_E_Pin, GPIO_PIN_RESET); // 使能低
    HAL_Delay(1);
    
    // 发送低四位
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_E_GPIO_Port, LCD_E_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D4_GPIO_Port, LCD_D4_Pin, (cmd & 0x01) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D5_GPIO_Port, LCD_D5_Pin, (cmd & 0x02) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D6_GPIO_Port, LCD_D6_Pin, (cmd & 0x04) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D7_GPIO_Port, LCD_D7_Pin, (cmd & 0x08) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_E_GPIO_Port, LCD_E_Pin, GPIO_PIN_RESET); // 使能低
    HAL_Delay(1);
}

// 显示字符串
void LCD_Show(const char* str) {
    LCD_Send_Command(0x01); // 清屏
    HAL_Delay(2); // 清屏延迟
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_RS_GPIO_Port, LCD_RS_Pin, GPIO_PIN_SET); // RS设置为高，进入数据模式
    while (*str) {
        HAL_GPIO_WritePin(LCD_E_GPIO_Port, LCD_E_Pin, GPIO_PIN_SET); // 使能高
        // 发送字符数据
        LCD_Send_Data(*str++);
        HAL_GPIO_WritePin(LCD_E_GPIO_Port, LCD_E_Pin, GPIO_PIN_RESET); // 使能低
        HAL_Delay(1);
    }
}

// 发送数据到LCD
void LCD_Send_Data(uint8_t data) {
    // 发送高四位
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D4_GPIO_Port, LCD_D4_Pin, (data & 0x10) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D5_GPIO_Port, LCD_D5_Pin, (data & 0x20) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D6_GPIO_Port, LCD_D6_Pin, (data & 0x40) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D7_GPIO_Port, LCD_D7_Pin, (data & 0x80) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_E_GPIO_Port, LCD_E_Pin, GPIO_PIN_SET); // 使能高
    HAL_Delay(1);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_E_GPIO_Port, LCD_E_Pin, GPIO_PIN_RESET); // 使能低
    HAL_Delay(1);
    
    // 发送低四位
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_E_GPIO_Port, LCD_E_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D4_GPIO_Port, LCD_D4_Pin, (data & 0x01) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D5_GPIO_Port, LCD_D5_Pin, (data & 0x02) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D6_GPIO_Port, LCD_D6_Pin, (data & 0x04) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_D7_GPIO_Port, LCD_D7_Pin, (data & 0x08) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LCD_E_GPIO_Port, LCD_E_Pin, GPIO_PIN_RESET); // 使能低
    HAL_Delay(1);
}

代码说明

LCD_Show(const char* str): 函数用于在LCD上显示字符串。首先清屏，然后逐字符发送数据到LCD。
LCD_Send_Data(uint8_t data): 将字符数据发送到LCD的函数，分为高四位和低四位分别发送。

6. 数据记录模块

数据记录模块负责将每次取件的信息记录到数据库，以便后续管理和查询。

#include "database.h"
#include "sqlite3.h"

// 数据库句柄
sqlite3 *db;

// 数据库初始化
void Database_Init(void) {
    int rc = sqlite3_open("items.db", &db); // 打开或创建数据库
    if (rc) {
        LCD_Show("数据库打开失败"); // 显示错误信息
        return;
    }
    const char *sql = "CREATE TABLE IF NOT EXISTS records (id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT, qr_code TEXT, timestamp DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP)";
    char *errMsg;
    rc = sqlite3_exec(db, sql, 0, 0, &errMsg);
    if (rc != SQLITE_OK) {
        LCD_Show("创建表失败"); // 显示错误信息
        sqlite3_free(errMsg);
    }
}

// 记录取件信息
void Record_Item(const char* qr_code) {
    char sql[256];
    snprintf(sql, sizeof(sql), "INSERT INTO records (qr_code) VALUES ('%s')", qr_code);
    char *errMsg;
    int rc = sqlite3_exec(db, sql, 0, 0, &errMsg);
    if (rc != SQLITE_OK) {
        LCD_Show("记录失败"); // 显示错误信息
        sqlite3_free(errMsg);
    }
}
// 关闭数据库
void Database_Close(void) {
    if (db) {
        sqlite3_close(db); // 关闭数据库连接
    }
}

代码说明

Database_Init(): 初始化数据库，打开或创建数据库文件，并创建记录表（如果不存在）。如果发生错误，会在LCD上显示相应的错误信息。
Record_Item(const char* qr_code): 将每次取件的二维码信息插入到数据库中。若插入失败，则在LCD上显示错误信息。
Database_Close(): 关闭数据库连接，确保释放资源。

7. 主函数

在主函数中，我们将调用初始化函数，并循环监听按键和扫码事件。

#include "main.h"

int main(void) {
    System_Init();          // 初始化系统
    Database_Init();       // 初始化数据库

    while (1) {
        if (Is_Scan_Event()) { // 检测是否有扫码事件
            Scan_Item();      // 处理扫码取件
        }

        if (Is_Button_Pressed()) { // 检测按键输入
            // 处理按键逻辑，例如重新扫码、查看记录等
            LCD_Show("按键被按下"); // 示例响应
        }
    }

    Database_Close();       // 关闭数据库
}