基于JAVA超市自助购物系统的设计与实现
一、设计需求
基于RFID的自动识别技术，通过无线射频方式实时获得磁卡对超市物品的电子标签进行读取，然后将数据通过网络传输至服务器，在应用层开发一个管理系统，对超市物品信息、店内消费等各种行为进行管理和显示。系统需有登录注册功能，商品的信息管理，付款等功能。
拟解决的主要问题:
(1）使用RFID自动识别技术，对超市商品信息进行读取
(2) 将接受到的数据传输给服务器
(3）在应用层管理系统中对信息进行管理
(4) 管理员对整个后台系统的商品进行管理
二、设计需求总结
整个系统的设计:
(1). (管理员操作)超市每上架一个新产品时，就在软件端进行入库注册、注册时填入商品的名称、编号(可以使用UUID动态生成)、数量、价格、图片、数据都保存在软件端的数据库里。
(2). (管理员操作)开卡-入库: 上架的新产品入库注册之后，需要为这个产品办理一张电子标签卡，这个卡里存放着产品的编号；这个卡就放在产品货架上(与产品对应)，如果后面这个产品的信息如果查询，就读取电子标签里的编号，到数据库里查询。
(3). (管理员操作)开卡和查询的数据传输: 设备端与软件端采用 TCP网络方式进行通信；设备端当做TCP客户端，软件端当做TCP服务器；当设备端查询产品的电子标签时，设备端读取编号之后，会通过约定的数据格式通过网络传递给软件端。 当软件端开卡注册时，也会用约定好的数据格式传递给设备端，如果设备端收到数据，开发板上的LED会点亮；这时把IC拿到RC522射频模块上刷一下即可；如果成功写入LED灯就会关闭。
(4). 软件端的设计:
有注册界面、登录界面；
主界面上显示店内有所有登记入库的商品信息，每个产品有图片进行显示、图片下面就显示产品的数量与价格；
管理员界面: 可以进行商品添加、设计价格、修改信息等。
查询页面: 输入产品的信息，可以查询产品的所有详细信息。
顾客可以选择购买的商品进行，然后点击支付。
软件端与硬件端的数据格式:
(1). 开卡注册数据格式-字符串(软件—>设备): register:86382684638434
(2). 设备查询上传的数据格式-字符串(设备—>软件): query: 86382684638434
商品的编号限制在16个字节内。
这里的设备硬件部分采用STM32最小系统板当做刷卡器，完成对IC卡读写，如果不需要STM32也可以替换成其他扫码枪之类的都可以的:
- RC522刷卡模块负责对卡进行读写。
- ESP8266WIFI初始化工作在STA模式，连接到指定WIFI，与软件所在的电脑处于同一个局域网，方便连接软件端的服务器进行数据通信，每次设备开机将会自动连接到程序里设置好WIFI热点和服务器。
- 设备端上有一个LED灯，用来显示刷卡的状态—成功与否。
三、相关硬件
3.1 STM32F103最小系统板
STM32F系列属于中低端的32位ARM微控制器，该系列芯片是意法半导体（ST）公司出品，其内核是Cortex-M3。
该系列芯片按片内Flash的大小可分为三大类：小容量（16K和32K）、中容量（64K和128K）、大容量（256K、384K和512K）。
芯片集成定时器Timer，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART等多种外设功能。
3.2 ESP8266串口WIFI
ESP8266 系列模组集成 Wi-Fi 芯片 ESP8266，设计紧凑、集成度高、RF 性能突出。通过 SRRC, FCC, CE 等多国无线电认证，适用于各类物联网应用场景。
性能卓越
ESP8266EX 芯片内置超低功耗 Tensilica L106 32 位 RISC 处理器，CPU 时钟速度最⾼可达 160 MHz，⽀持实时操作系统 (RTOS) 和 Wi-Fi 协议栈，可将⾼达 80% 的处理能⼒应用于编程和开发。
高度集成
ESP8266 芯片高度集成天线开关、射频巴伦、功率放大器、低噪声接收放大器、滤波器等射频模块。模组尺寸小巧，尤其适用于空间受限的产品设计。
认证齐全
RF 认证：SRRC、FCC、CE-RED、KCC、TELEC/MIC、IC 和 NCC 认证；
环保认证：RoHS、REACH；
可靠性认证：HTOL、HTSL、μHAST、TCT、ESD。
丰富的产品应用
ESP8266 模组既可以通过 ESP-AT 指令固件，为外部主机 MCU 提供 Wi-Fi 连接功能；也可以作为独立 Wi-Fi MCU 运行，用户通过基于 RTOS 的 SDK 开发带 Wi-Fi 连接功能的产品。用户可以轻松实现开箱即用的云连接、低功耗运行模式，以及包括 WPA3 在内的 Wi-Fi 安全支持等功能。
3.3 RC522无线射频模块
MF RC522 是应用于13.56MHz 非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员。是NXP 公司针对“三表”应用推出的一款低 电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，是智能仪表和便携式手持设备研发的较好选择。
概述
MFRC522 是应用于13.56MHz 非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员。是NXP 公司针对“三表”应用推出的一款低 电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，是智能仪表和便携 式手持设备研发的较好选择。
MF RC522 利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz 下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。支持 ISO14443A 的多层应用。其内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO 14443A/MIFARE卡和应答机的通信，无需其它的电路。接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于处理ISO14443A 兼容的应答器信号。数字部分处理ISO14443A 帧和错误检测（奇偶 &CRC）。此外，它还支持快速CRYPTO1 加密算法，用于验证MIFARE 系列产品。MFRC522 支持MIFARE?更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达424kbit/s。
作为13.56MHz 高集成度读写卡系列芯片家族的新成员，MF RC522 与MF RC500和 MF RC530 有不少相似之处，同时也具备诸多特点和差异。它与主机间的通信采用连线较少的串行通信，且可根据不同的用户需求，选取SPI、I2C 或串行UART(类似RS232)模式之一，有利于减少连线，缩小PCB 板体积，降低成本。
特性
◆高集成度的调制解调电路；
◆采用少量外部器件，即可将输出驱动级接至天线；
◆支持 ISO/IEC 14443 TypeA 和MIFARE®通信协议；
◆ 读写器模式中与 ISO 14443A/MIFARE®的通信距离高达50mm，取决于天线的长度和调谐。
◆支持 ISO 14443 212kbit/s 和424kbit/s 的更高传输速率的通信。
◆支持 MIFARE® Classic 加密；
◆支持的主机接口：
－10Mbit/s 的SPI 接口
－I2C 接口，快速模式的速率为400kbit/s，高速模式的速率为3400kbit/s
－串行UART，传输速率高达1228.8kbit/s，帧取决于RS232 接口，电压电平取决于提供的管脚电压
◆64 字节的发送和接收FIFO 缓冲区；
◆灵活的中断模式；
◆可编程定时器。
◆具备硬件掉电、软件掉电和发送器掉电 3 种节电模式，前两种模式雷同于MFRC500 和 CL RC400，其特有的“发送器掉电”则可关闭内部天线驱动器，即关闭RF 场；
◆内置温度传感器，以便在芯片温度过高时自动停止 RF 发射；
◆采用相互独立的多组电源供电，以避免模块间的相互干扰，提高工作的稳定性；
◆具备 CRC 和奇偶校验功能，CRC 协处理器的16 位长CRC 计算多项式固定为：x16+x12+x5+1，符合ISO/1EC14443 和CCTITT 协议；
◆内部振荡器，连接 27.12MHz 的晶体；
◆2.5～3.3V 的低电压低功耗设计；
◆工作温度范围-30～+85℃；
◆5mm×5mm×0.85mm 的超小体积。
应用场合
MF RC522 适用于各种基于ISO/IEC 14443A 标准并且要求低成本、小尺寸、高性能以及单电源的非接触式通信的应用场合。
▲三表；
▲板上单元；
▲公共交通终端；
▲便携式手持设备；
▲非接触式公用电话。
3.4 IC卡
IC卡 (Integrated Circuit Card，集成电路卡)，也称智能卡(Smart card)、智慧卡(Intelligent card)、微电路卡(Microcircuit card)或微芯片卡等。它是将一个微电子芯片嵌入符合ISO 7816标准的卡基中，做成卡片形式。IC卡与读写器之间的通讯方式可以是接触式，也可以是非接触式。由于IC卡具有体积小便于携带、存储容量大、可靠性高、使用寿命长、保密性强安全性高等特点，IC卡的概念是在20世纪70年代初提出来的，法国的布尔公司于1976年首先创造出了IC卡产品，并将这项技术应用于金融、交通、医疗、身份证明等行业，它将微电子技术和计算机技术结合在一起，提高了人们工作、生活的现代化程度。
产品原理
IC卡是集成电路卡，IC卡芯片具有写入数据和存储数据的能力，可对IC卡存储器中的内容进行判定。在卡上封装有符合ISO标准的芯片，有6~8个触点和外部设备进行通信，在IC卡上可以有彩色图案和说明性文字按ISO标准，IC卡的部分触点及其定义为：VCC：IC卡工作电源；GND：接地；VPP：存储器编程电源；CLK：有关信号的定时与同步；I/O：卡中串行数据的输入与输出；RST：复位信号。当IC卡插入IC卡读卡器后，各接点对应接通，IC卡上的超大规模集成电路就开始工作。
IC卡种类
根据卡中所镶嵌集成电路的不同，IC卡可分为存储卡、非接触式IC卡、光卡、非接触式智能IC卡、智能卡 。
存储卡
存储卡，也称记忆卡(Memory Card)，卡内有具有存储功能的集成电路存储器，还有数据存储器(EEPROM)、工作存储器(RAM)或程序存储器(EPROM)。存储卡使用半导体存储器。存储器中所有存储单元的总和称为存储容量，存储卡的最大容量目前为512 KB。存储卡读出/写入一个字的时间称作读/写时间，读写器在接收地址和读命令时，即可将卡中的内容读出，读出时间约为几微秒，读写器在送来地址、要写数据和写命令时，即可进行写入，写入一个数据的时间比读出一个数据的时间长得多，一般需要5～10 ms。
非接触式IC卡
非接触式IC卡又称射频卡，是近几年发展起来的一项新技术，它将射频识别技术和IC卡技术结合在一起，解决了无源（卡中无电源）和免接触的技术问题。
非接触式IC卡与接触式IC卡相比有以下特点：
(1)可靠性高。由于读写之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障；且非接触式IC卡表面无裸露的芯片，无芯片脱落、静电击穿、弯曲损害等后顾之忧 。
(2)操作方便。无接触通信使读写器在10 cm的范围内就可以对卡片进行操作，且非接触式IC卡在使用时无方向性，卡片可以以任意方向掠过读写器表面完成操作，既方便又提高了速度 。
(3)防冲突。非接触式IC卡中有快速防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰，读写器可以“同时”处理多张非接触式IC卡 。
(4)可以适应多种应用。非接触式Ic卡存储器结构的特点使其适于一卡多用，可以根据不同的应用设定不同的密码和访问条件 。
(5)加密性能好。非接触式IC卡的序号是唯一的，在出厂前已固化，其与读写器之间有双向验证机制；非接触式IC卡在处理前要与读写器进行3次相互认证。
四、硬件设备成品效果图
程序需要修改的地方:
五、硬件设备端代码
完整资料可以去这里下载:
https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/20687551
#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"
#include <string.h>
#include "timer.h"
#include "esp8266.h"
#include "RFID_RC522.h"
/*
相关的硬件连接引脚说明:
LED----PC13
KEY----PA0
ESPB266---PB10(TX)(ESP8266-RX) 和PB11(RX)(ESP8266-TX)
RC522射频模块外部的接口:
*1--SDA <----->PB5--片选脚
*2--SCK <----->PB4--时钟线
*3--MOSI<----->PA12--输出
*4--MISO<----->PA11--输入
*5--悬空
*6--GND <----->GND
*7--RST <----->PA8--复位脚
*8--VCC <----->VCC
*/
//u8 KEY[6]={0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff}; //卡密码-初始密码--白卡的出厂密码--
//u8 MIMA_1[16]={88,88,88,88,88,88,0xff,0x07,0x80,0x29,88,88,88,88,88,88}; //扇区1的密码 格式(A密码 控制位 B密码 )
//u8 MIMA_2[16]={88,88,88,88,88,88};//扇区1的A密码
unsigned char SN[4]={88,88,88,88}; //默认卡号
char SendBuff[10];
/*
函数功能: 打印卡号
*/
void print_info(unsigned char *p,int cnt)
{
int i;
for(i=0;i<cnt;i++)
{
printf("0x%X ",p[i]);
}
printf("\r\n");
}
/*
函数功能: 读卡号--电子标签的卡号
返回值: 1成功 0失败
*/
int ReadCardNumber(void)
{
unsigned char CT[2];//卡类型
u8 status=1;
status=RC522_PcdRequest(PICC_REQIDL ,CT);//(寻卡模式，卡类型),成功返回0
if(status==MI_OK)//寻卡成功
{
status=MI_ERR;
status=RC522_PcdAnticoll(SN); //防冲撞，成功返回0，SN是读到卡号的地址
printf("卡类型:");
print_info(CT,2);//打印类型
printf("卡号:");
print_info(SN,4);//打印卡号
return 1;
}
return 0;
}
/*
函数功能: 主函数
*/
int main()
{
u32 cnt=0;
u8 key;
LED_Init();
KEY_Init();
USART1_Init(115200);
TIMER1_Init(72,20000); //超时时间20ms
USART3_Init(115200);//串口-WIFI
TIMER3_Init(72,20000); //超时时间20ms
RC522_Init(); //RC522
USART1_Printf("正在初始化WIFI请稍等.\n");
if(ESP8266_Init())
{
USART1_Printf("ESP8266硬件检测错误.\n");
}
else
{
USART1_Printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode("CMCC-Cqvn","99pu58cb","192.168.1.6",8080,0));
}
while(1)
{
cnt++;
delay_ms(10);
if(cnt>=20)
{
cnt=0;
LED1=!LED1;
}
//接收服务器下发的数据
if(USART3_RX_FLAG)
{
USART3_RX_BUFFER[USART3_RX_CNT]='\0';
USART1_Printf("%s",USART3_RX_BUFFER);
USART3_RX_CNT=0;
USART3_RX_FLAG=0;
}
//读取卡号
if(ReadCardNumber())
{
sprintf(SendBuff,"%x%x%x%x\r\n",SN[0],SN[1],SN[2],SN[3]);
ESP8266_ClientSendData((u8*)SendBuff,strlen(SendBuff));
}
//查看连接状态
key=KEY_Scan(0);
if(key) //发送AT
{
USARTx_StringSend(USART3,"AT+CIPSTATUS\r\n"); //查看状态信息
}
}
}
六、JAVA端效果图
如果完整资料包可以去这里下载地址: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/20687551
配套资料齐全，视频讲解代码，部署环境。
七、JAVA端的代码
package com.controller;
import java.io.IOException;
import javax.servlet.http.HttpSession;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import com.common.bean.MySessionContext;
import com.common.bean.ResultData;
import com.common.bean.WebSocketProductHolder;
import com.entity.Product;
import com.mapper.ProductMapper;
@RestController()
@RequestMapping("/product")
public class ProductController {
@Autowired
private ProductMapper pm;
@PostMapping("update.action")
ResultData update(String token,@RequestBody Product update) {
HttpSession ss = MySessionContext.getSession( token );
if( ss == null ) {
return ResultData.fail("请先登录！");
}
pm.update( update );
return ResultData.success();
}
@PostMapping("byid.action")
ResultData getById(String token,@RequestBody Product query) {
HttpSession ss = MySessionContext.getSession( token );
if( ss == null ) {
return ResultData.fail("请先登录！");
}
return ResultData.success().setData( pm.getById( query.getId() ) );
}
@PostMapping("delete.action")
ResultData deletePro(String token,@RequestBody Product delpro) {
HttpSession ss = MySessionContext.getSession( token );
if( ss == null ) {
return ResultData.fail("请先登录！");
}
pm.deletePro( delpro );
return ResultData.success();
}
@PostMapping("query.action")
ResultData query(String token,@RequestBody Product query) {
HttpSession ss = MySessionContext.getSession( token );
if( ss == null ) {
return ResultData.fail("请先登录！");
}
return ResultData.success().setData( pm.query( query ) );
}
@PostMapping("all.action")
ResultData getAll(String token) {
HttpSession ss = MySessionContext.getSession( token );
if( ss == null ) {
return ResultData.fail("请先登录！");
}
return ResultData.success().setData( pm.getAll() );
}
@PostMapping("add.action")
ResultData addUser(String token,@RequestBody Product pro) {
HttpSession ss = MySessionContext.getSession( token );
if( ss == null ) {
return ResultData.fail("请先登录！");
}
pm.add( pro );
try {
//把商品的编号通过TCP长连接传给STM32，写入rfid卡。
WebSocketProductHolder.register(pro.getId()+"");
} catch (IOException e) {
System.out.println("注册失败！");
}
return ResultData.success();
}
}
package com.controller;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.util.UUID;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestParam;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import org.springframework.web.multipart.MultipartFile;
@RestController
@RequestMapping("/upload")
public class UpLoadController {
@PostMapping("/uploadImg")
public String uploadImg(@RequestParam("file") MultipartFile file, HttpServletRequest rq){
//获取上传文件名,包含后缀
String originalFilename = file.getOriginalFilename();
//获取后缀
String substring = originalFilename.substring(originalFilename.lastIndexOf("."));
//保存的文件名
String dFileName = UUID.randomUUID()+substring;
//保存路径
//springboot 默认情况下只能加载 resource文件夹下静态资源文件
String path = "D:\\uploadimg\\";
//生成保存文件
File uploadFile = new File(path+dFileName);
System.out.println(uploadFile);
//将上传文件保存到路径
try {
file.transferTo(uploadFile);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return uploadFile.getName();
}
}
package com.controller;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import javax.servlet.http.HttpSession;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import com.common.bean.MySessionContext;
import com.common.bean.ResultData;
import com.entity.User;
import com.mapper.UserMapper;
@RestController()
@RequestMapping("/user")
public class UserController {
@Autowired
private UserMapper um;
@PostMapping("changepswd.action")
ResultData changePswd(String token,@RequestBody Map<String,String> map) {
HttpSession ss = MySessionContext.getSession( token );
if( ss == null ) {
return ResultData.fail("请先登录！");
}
User uu = (User) ss.getAttribute("login_user");
if( uu == null ) return ResultData.fail("请先登录！");
String password = map.get("password");
String newpassword = map.get("password2");
int num = um.updatePassword(uu.getId(), password, newpassword);
if( num > 0) return ResultData.success();
return ResultData.fail("原始密码错误");
}
@PostMapping("adduser.action")
ResultData addUser(String token,@RequestBody User user) {
HttpSession ss = MySessionContext.getSession( token );
if( ss == null ) {
return ResultData.fail("请先登录！");
}
User uu = (User) ss.getAttribute("login_user");
System.out.println( uu );
if( uu == null ) return ResultData.fail("请先登录！");
if( !("admin".equalsIgnoreCase(uu.getRole()) ||
"root".equals( uu.getRole() ) ) ) {
return ResultData.fail("请用管理员账号登录再添加");
}
um.addUser(user);
return ResultData.success();
}
@PostMapping("delete.action")
ResultData deleteUser(String token,@RequestBody User user) {
System.out.println( user);
HttpSession ss = MySessionContext.getSession( token );
if( ss == null ) {
return ResultData.fail("请先登录！");
}
User uu = (User) ss.getAttribute("login_user");
if( uu == null ) return ResultData.fail("请先登录！");
if("admin".equalsIgnoreCase(user.getRole()) || "root".equals( user.getRole() )) return ResultData.fail("无法删除管理员用户！");
if( !("admin".equalsIgnoreCase(uu.getRole()) ||
"root".equals( uu.getRole() ) ) ) {
return ResultData.fail("请用管理员账号登录再删除");
}
um.deleteUser(user);
return ResultData.success();
}
@PostMapping("getall.action")
ResultData getAll(String token) {
HttpSession ss = MySessionContext.getSession( token );
if( ss == null ) {
return ResultData.fail("请先登录！");
}
List<User> list = um.getAll();
for(User u:list) {
u.setPassword(null);
}
return ResultData.success().setData( list );
}
@PostMapping("logout.action")
ResultData getAllUser(String token) {
HttpSession ss = MySessionContext.getSession( token );
if( ss != null ) {
ss.invalidate();
}
return ResultData.success();
}
@PostMapping("login.action")
ResultData login(@RequestBody User user,HttpSession ss) {
User rs = um.Login( user );
if(rs != null ) {
rs.setPassword( null );
ss.setAttribute("login_user", rs );
MySessionContext.AddSession( ss );
return ResultData.success().setData( rs ).setToken(ss.getId() );
}else {
return ResultData.fail("用户名或密码错误！");
}
}
}
package com.controller;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import javax.servlet.http.HttpSession;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import com.common.bean.MySessionContext;
import com.common.bean.ResultData;
import com.entity.Order;
import com.mapper.OrderMapper;
@RestController()
@RequestMapping("/order")
public class OrderController {
@Autowired
private OrderMapper ordermapper;
@PostMapping("calc.action")
ResultData update(String token,@RequestBody List<Order> list) {
HttpSession ss = MySessionContext.getSession( token );
if( ss == null ) {
return ResultData.fail("请先登录！");
}
for( Order od : list ) {
ordermapper.add( od );
}
return ResultData.success();
}
@PostMapping("query.action")
ResultData query(String token,@RequestBody Map<String,Long> map) {
HttpSession ss = MySessionContext.getSession( token );
if( ss == null ) {
return ResultData.fail("请先登录！");
}
long t1 = map.get("start");
long t2 = map.get("end");
Date d1 = new Date();d1.setTime(t1);
Date d2 = new Date();d2.setTime(t2);
String start = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss").format( d1 );
String end = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss").format( d2 );
List<Order> list = ordermapper.query(start, end);
return ResultData.success().setData( list );
}
}
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