快遞自助收件系統的設計與實現

（華南理工大學廣州學院，廣東 廣州 510800）

1 引言

電子商務產業快速發展帶來了物流快遞業的突飛猛進，最后一百米作為快遞派送的最后一個環節，也是與客戶接觸程度最高的環節，是整個物流快遞流程服務水平的最終體現，對整個快遞派送體系起著決定性的作用[1]。目前，國內快遞的派發手段主要是依靠快遞員人工派送快件給客戶，主要存在快件太多難以尋找導致客戶取件不方便和快遞員派送時間與客戶收件時間不一致造成不必要的等待等問題，從而導致快遞送貨的高成本。因此，如何合理化地構建快遞最后一百米系統直接影響到快遞服務良好的運作，同時對控制配送運輸成本，改善配送秩序，提升服務水平具有重大的影響[2]。

2 系統總體方案設計

本文綜合運用單片機技術、通信技術和物聯網技術，以收件客戶為快遞節點，通過對快遞派送終端設備的設計與實現來完善面向快遞業終端客戶的綜合服務方式，探求提高快遞行業快遞員與客戶之間快件派送效率的有效途徑，構建快件暫存柜，不約束客戶收貨的具體時間，滿足客戶隨時都可以收取快件的期望，適用于人群密集、快遞數量比較多的高校校園等場所。

圖1 快遞自助收件系統組成結構圖

快遞自助收件系統由暫存柜、電控鎖、主控系統板和打印模塊組成，系統組成結構圖如圖1所示。暫存柜由多個獨立箱格組成。箱格尺寸根據一件快件的外形大小設置，可以同時存在不同的尺寸以適應不同的快件；箱格數量根據快件數量來設置，一個暫存柜可以包含一個或多個獨立的箱格[3]。每個箱格配有獨立的箱格門，每個箱格內側安裝有電控鎖，電控鎖可以控制箱格門打開或關閉的狀態，電控鎖的動作由主控系統板控制。

快遞自助收件系統的主控系統板和打印模塊安裝在暫存柜的其中一個箱格的箱格門上，此箱格門安裝有機械鎖，由管理員負責管理。其它箱格所使用的電控鎖關門的時候不需要通電即可上鎖，開門的時候只需要通電瞬間觸發即可開鎖，并且電控鎖自帶觸發開關，也就是電控鎖控制的箱格門處于打開或關閉狀態，主控系統板可以實時檢測到，一旦快遞員或者客戶忘記關閉箱格門，系統會自動發出聲音提醒。

3 系統硬件電路設計

3.1 硬件總體方案設計

如圖2所示，主控系統板包括：GSM手機模塊，用于向客戶手機發送系統產生的隨機密碼，客戶可用此密碼一次性打開對應的箱格門；微控制器MCU，用于對快遞員存入快件和客戶收取快件的所有操作進行控制，并設置有二級管理密碼，使得系統管理員能配置和管理系統；顯示模塊，用于向快遞員和客戶提供友好的人機交互界面；實時時鐘電路，用于快遞員存入快件或客戶收取快件時提供當前操作的年月日和時分秒等實時信息；觸摸鍵盤，用于輸入0-9數字密碼按鍵、存入按鍵、取出按鍵、查詢按鍵和取消按鍵等；電控鎖驅動電路，用于控制安裝于箱格內側的電控鎖的開啟與關閉；打印模塊，由打印接口電路驅動，用于打印快遞員存入快件時的回執單據。微控制器MCU采用IAP15F2K61S2單片機，一片芯片就是一臺仿真器，程序調試非常方便[4]。

圖2 系統硬件總體方案框圖

3.2 觸摸按鍵電路設計

為了提高用戶存入和取出快件的操控性，按鍵采用觸摸電路設計。TTP229是一款使用電容感應式原理設計的觸摸芯片。該芯片內建穩壓電路供觸摸傳感器使用，穩定的觸摸效果可以應用在各種不同應用上，人體觸摸面板可以通過非導電性絕緣材料連接[5]。16個觸摸按鍵應用電路原理圖如圖3所示，完全能夠滿足系統中數字0-9以及存入、取出等按鍵操作，圖中可變電容可根據實際印制電路板布局以及觸摸面板等因素調整觸摸按鍵的靈敏度。

圖3 觸摸按鍵電路原理圖

3.3 GSM手機模塊設計

系統采用SIM900A模塊作為GSM無線通信模塊，并將短信息格式設為PDU模式，負責將快遞員存入快件時產生的隨機數字密碼通過短信發送給客戶。SIM900A模塊的通信端口為USART方式，微控制器MCU通過串行口通信對其發送AT指令即可控制SIM900A模塊，發送短信的步驟及涉及到的關鍵AT指令見表1。

表1 手機模塊發送短信的步驟

3.4 打印模塊設計

打印模塊采用嵌入式微型打印機RD-DH32，其具有易裝紙的全封閉結構，出紙處自帶切紙刀的機芯，減少因手動撕紙方式不當而造成的機芯損壞[6]。采用熱敏式點陣打印，自帶24×24點陣的國際一、二級漢字庫，采用串行接口與微控制器MCU通信，支持TTL和RS-232通訊接口，具有硬件接口簡單，電平容易匹配等優點。

打印模塊RD-DH32兼容ESC/POS指令集，該指令集是EPSON公司自己制定的針式打印機的標準化指令集，單片機先進行串口初始化，然后通過ESC/POS指令，控制打印模塊的動作，實現存入快件回執打印漢字的流程，見表2。

表2 打印模塊打印漢字的流程

4 系統軟件流程設計

4.1 軟件總體工作流程

為了解決快遞派送時間與客戶收件時間的不一致造成不必要的等待，對快件的安全存儲與保管是系統設計的關鍵問題，通過構建快件的存儲空間和位置等具體措施，對快件進行安全保管[3]。由于快遞員每天都要派送很多的快件，每一個快件需要的存入操作復雜程度和所用時間的多少，是直接影響快遞員會否長期使用本系統的關鍵因素。通過對每一個快件的收件手機號碼作為關鍵標識，構建僅憑一個手機號碼作為身份識別（ID）對快件進行存入操作。而對客戶而言不約束收件的具體時間，滿足客戶只要有時間隨時都可以對快件進行收取，這是該系統能否推廣應用的關鍵問題，當客戶手機收到系統發出的短信，憑短信密碼即可隨時對快件進行輕松簽收，從而緩解了收件時間點的問題，有效提高快遞派送的效率。

4.2 存入快件流程及算法設計

快遞員到達快遞自助收件系統，按存入按鍵，液晶顯示模塊提示輸入客戶手機號碼，如果輸入錯誤，則需要按取消按鍵，再按存入按鍵重新輸入手機號碼，如果正確連續輸入11位手機號碼，系統就自動分配一個空箱格并自動開啟箱格門，同時系統產生一個隨機數字密碼保存并通過GSM手機模塊發送到客戶手機，快遞員向開啟箱格門的箱格放入快件并隨手關閉箱格門，系統就打印客戶手機號碼、箱格編號和當前操作年月日時分秒等信息作為回執，快遞員取得回執表示此次成功存入快件結束。存入快件流程圖如圖4所示。

圖4 存入快件流程圖

4.3 取出快件流程及算法設計

客戶收到收件短信后，在規定時限內到達快遞自助收件系統，按取出按鍵，液晶顯示模塊提示輸入密碼，如果輸入錯誤，則需要按取消按鍵，再按取出按鍵重新輸入密碼，如果正確連續輸入隨機數字密碼，系統會將輸入的密碼與保存在系統的密碼進行比較判斷是否一致，如果密碼不正確，則直接結束取出操作并報警；如果密碼正確，則自動開啟箱格門，客戶取出快件并隨手關閉箱格門，則此次取出快件結束。取出快件流程圖如圖5所示。

圖5 取出快件流程圖

4.4 快遞員與客戶相互約束協議機制

在快遞行業中快件的安全是非常重要的，特別是快遞員和客戶之間快件的簽收環節尤其重要，在本系統方案中，快遞員與客戶建立嚴密的相互約束的協議機制，一旦快遞員輸入手機號碼存入快件后將會得到回執，表示快遞員完成快件的存入，此后快遞員將無法再次接觸到該件快件，這是對快遞員存入快件后的約束；唯一能打開箱格門的是客戶手機收到的短信中的數字密碼，并且該密碼只能使用一次將自動失效作廢，這是對客戶取出快件后的約束[3]。本系統方案算法協議對快遞員與客戶相互約束以保證快件的安全機制，因此找到一種既能安全加密、解密速度又快的算法很重要[7]。客戶成功簽收快件之后關閉箱格門，至此當次快件派送簽收過程結束。同時，該系統使用的區域安裝有24小時視頻監控，如收件人發現快件有問題，可以通過監控攝像拍攝留證[8]。通過第三方約束的客觀手段提高快遞派送的安全性，有效保障了系統的連續使用。

5 系統實現及測試

經過硬件電路設計與焊接調試，系統主控板實物圖如圖6所示。圖中采用萬能板作為硬件焊接的載體，對照電路原理圖全面檢查各芯片，各單元電路以及各模塊電路是否均正確連接，是否都能夠正常工作。

圖6 系統主控板實物圖

在硬件電路平臺的基礎上，經過軟件程序的編寫和調試，系統能夠正常穩定地工作。主控系統板上的LCD12864液晶顯示模塊系統界面如圖7所示。圖中實時顯示當前年月日和時分秒，實心方形表示對應的箱格已經存入快件，空心方形符號表示對應的箱格當前處于空閑狀態，還可以繼續存入快件。

圖7 顯示模塊LCD12864系統界面

系統經過實際測試，快遞員能夠快捷地存入快件，客戶可以方便地取出快件，系統能夠比較好地緩解快遞員派送快件的時間和客戶空閑時間的不一致造成不必要的等待，減少了快遞員對同一快件的多次派送造成的重復無用工作量，極大地提高了快遞業務派送的效率，但對于快遞高峰期，仍存在數量不夠、空間利用率不高等缺點[9]，可通過采用倉儲技術的自動化立體庫與自助收件系統相結合的方案來緩解。

6 結論

針對快遞派送過程中自助收件系統進行了設計，提出快遞自助收件系統的系統結構，分別對快遞員存入快件和客戶取出快件展開研究，并對系統硬件架構及軟件流程和算法協議進行論述，特別是進行了實際硬件和程序的調試以及試用。實驗證明快遞自助收件系統在高校校園實際快件派送中，可以有效地減小快遞員派送時間與客戶收件時間的時間差，提高快遞員派送快件的效率，給予客戶任意時間收取快件的可能性，完善了快遞行業派送環節的客戶體驗，推動了物流快遞行業的健康發展，促進電子商務的推廣應用。

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