一、设计背景与目标
随着无人零售场景普及，传统自动售货机存在功能单一、支付方式局限、货道管理粗放等问题，难以满足用户多样化需求。基于STM32的自动售货机控制系统，通过集成多支付方式、精准货道控制与状态监测，实现智能化运营，适合电子与自动化专业毕设课设，帮助学生掌握嵌入式系统与多模块协同技术，兼具商业应用价值与教学意义。
本设计以STM32F103C8T6为核心，目标明确：支持3层6列共18个货道（适配零食、饮料等小商品），货道电机驱动响应时间<500ms；支持扫码支付（微信/支付宝）、NFC刷卡与硬币支付；2.4英寸TFT屏显示商品信息（名称、价格、库存）与支付状态；具备库存不足报警、支付失败退款功能；实时记录销售数据（每日销量、营收），适配校园、写字楼等小型无人零售场景。
二、系统硬件设计
系统硬件采用模块化架构，核心控制模块以STM32F103为核心，通过GPIO、SPI、UART等接口连接各功能模块，实现数据交互与指令执行。
货道驱动模块：18个货道各配1个步进电机（28BYJ-48），通过ULN2003驱动芯片与STM32连接，单片机输出脉冲信号控制电机转动角度，实现商品精准推出（电机转动1圈对应货道推送1件商品）；每个货道加装红外对射传感器，检测商品是否成功掉落，反馈给单片机确认交易完成。
支付模块：包含NFC刷卡模块（RC522，支持Mifare卡）、扫码支付模块（ESP8266 WiFi模块，通过串口与STM32通信，接收支付平台回调信号）、硬币识别模块（CS5166，识别1元硬币，输出电平信号至单片机），多支付方式通过STM32统一调度，确保支付流程顺畅。
显示与交互模块：2.4英寸TFT触摸屏（SPI接口）显示商品列表（3行6列布局，含图片与价格），用户触摸选择商品后，屏上弹出支付方式选项；配备3个物理按键（“取消”“确认”“查询”），用于紧急操作与销售数据查询；屏背光亮度随环境光自动调节（通过BH1750光照传感器采集数据）。
状态监测与报警模块：每个货道红外传感器同时用于库存检测（连续3次未检测到商品则判定库存不足），TFT屏显示“缺货”标识并触发蜂鸣器报警；支付超时（超过30秒）或电机故障时，蜂鸣器长响，同时通过WiFi模块向管理员手机推送故障信息。
电源模块：采用12V/5A开关电源，经DC-DC转换器分别输出5V（供电机、支付模块）与3.3V（供STM32、传感器、显示屏），内置过流、过压保护，确保系统稳定供电。
三、系统软件设计
软件基于Keil MDK开发，采用C语言模块化编程，核心包括主程序、货道控制、支付处理、显示交互、数据管理子程序，主程序完成初始化后进入循环，实时响应用户操作与模块反馈。
货道控制子程序：接收用户选择的货道编号后，STM32向对应步进电机发送驱动指令，同时监测红外传感器信号；若检测到商品掉落，判定交易成功，更新库存数据；未检测到则触发电机重试（最多2次），仍失败则启动退款流程。
支付处理子程序：用户选择支付方式后，对应模块启动：NFC刷卡时，RC522读取卡号并校验余额，余额充足则扣减对应金额；扫码支付时，ESP8266生成商品支付二维码并等待平台回调，收到“支付成功”信号后通知主程序；硬币支付时，CS5166确认硬币金额达标后触发交易。支付失败或超时，子程序自动发起退款（NFC原路退回，扫码通知平台退款）。
显示交互子程序：初始化时加载商品信息（存储于STM32内部Flash），TFT屏以网格形式展示；用户触摸选择商品后，弹出支付界面并倒计时；销售数据查询时，读取存储的每日销量与营收，以图表形式在屏上显示。软件加入触摸防抖处理（连续3次检测到同一触摸坐标才判定有效）。
数据管理子程序：采用FATFS文件系统管理销售数据，每日自动生成销售日志（含时间、商品编号、支付方式）；库存数据实时更新并存储，掉电不丢失；支持通过USB接口导出数据至电脑，便于后续分析。软件内置看门狗定时器，程序异常时自动复位，保障系统连续运行。
四、系统测试与优化
系统在模拟无人零售环境测试，初始存在两个问题：一是多货道同时触发时，电机驱动存在信号干扰，导致货道推送延迟（最长1.2秒）；二是强光环境下，TFT屏反光严重，触摸识别准确率降至85%。
优化方案：硬件在电机驱动电路中增加LC滤波网络（10mH电感+100μF电容），软件采用时分复用策略，为每个货道分配独立驱动时间片，推送延迟缩短至400ms以内；更换高亮度TFT屏（亮度提升至500cd/m²），软件添加触摸坐标校准功能，强光下识别准确率提升至98%。
优化后测试：货道推送成功率99.5%，支付响应时间<2秒；库存检测准确率100%，故障报警及时；连续72小时运行无死机，销售数据记录完整；扫码、刷卡、硬币支付成功率均达99%。系统成本约300元，功能完善，适合毕设课设制作，可扩展商品过期提醒、远程补货通知功能，提升商业运营效率。
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