一種簡易快遞終端主控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要：文章提出了一種在低成本MCU平臺F28M35Hx上實現(xiàn)的簡易快遞終端主控系統(tǒng)，給出了硬件設(shè)計和軟件設(shè)計的關(guān)鍵點。該快遞終端主控系統(tǒng)易于實現(xiàn)，性價比高等特點，在較大規(guī)模的快遞終端系統(tǒng)多點部署中具有突出的成本優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：快遞終端；主控系統(tǒng)；F28M35Hx；多點部署

引言

電子商務(wù)的蓬勃發(fā)展為快遞行業(yè)帶來巨大的發(fā)展機遇，國家郵政局于2016年5月所發(fā)布的2015年郵政行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報中顯示，2015年全國快遞業(yè)務(wù)量為206.7億件，收入為2769.6億元，可以看出快遞已經(jīng)成為一個重要的產(chǎn)業(yè)，其有序健康發(fā)展對于進一步推動電子商務(wù)的健康發(fā)展具有重要意義。目前在快遞業(yè)的“最后1公里”的派送方式仍然主要基于快遞員的上門派送，在快遞員的派送量逐漸增大，物品的體積和重量也逐漸多樣化的情況下，這一派送方式已經(jīng)無法滿足快遞行業(yè)的需求，因此許多公司紛紛采用在人口密集的區(qū)域部署快遞終端（快遞柜）的方式來提高工作效率。但是目前的大多數(shù)快遞終端的主控系統(tǒng)采用工控機+單片機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)[1]，具有成本較高，性價比低的缺點。雖然目前有部分研究也提出了一些簡易的快遞終端系統(tǒng)[2]，但是只具有簡單的功能，并且只能實現(xiàn)單體運營，實用性低。另外一方面，目前的快遞終端系統(tǒng)，只集中部署在城市中人口密集的區(qū)域，對于郊區(qū)或者農(nóng)村地區(qū)，由于建設(shè)和運營成本的問題，無法實現(xiàn)大范圍的覆蓋，然而目前農(nóng)村電商服務(wù)是電商的重要發(fā)展方向[3]，也是政府部門改善廣大農(nóng)村生活便利性的一個重要內(nèi)容。

基于以上問題，為降低快遞終端系統(tǒng)的成本，盡快盡早實現(xiàn)對更多地區(qū)的覆蓋，提高快遞行業(yè)配送的效率，推動農(nóng)村電商服務(wù)的發(fā)展，文章設(shè)計出了一種新型的簡易快遞終端的主控系統(tǒng)，結(jié)合相應(yīng)的箱體及機械結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)各種規(guī)格的快遞終端系統(tǒng)。下面分別從總體設(shè)計、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計來進行闡述。

1快遞終端主控系統(tǒng)總體設(shè)計

文章所設(shè)計的快遞終端主控系統(tǒng)所適用的快遞終端系統(tǒng)的采用圖1所示的結(jié)構(gòu)進行部署，其中每個快遞終端本地只保存少量數(shù)據(jù)，大部分數(shù)據(jù)都通過通信接口實時提交到遠端的服務(wù)器中，遠端的服務(wù)器維護一個數(shù)據(jù)庫，保存了下屬的各個快遞終端中投遞和取走的快遞的實時狀態(tài)，并且根據(jù)整體策略向下屬的各個快遞終端發(fā)送各種命令。這種結(jié)構(gòu)使得快遞終端都是輕量級的，在建造和運營成本上具有很大的優(yōu)勢，能快速在農(nóng)村或者城市郊區(qū)進行推廣。

2 快遞終端主控系統(tǒng)硬件設(shè)計

該系統(tǒng)的處理器采用德州儀器公司（Texas Instruments，TI）的DSP+ARM雙核處理器F28M35H52C，該處理器具有非常豐富的片上資源，包括浮點運算單元、136KB內(nèi)部靜態(tài)RAM、1024KB內(nèi)部Flash、以太網(wǎng)控制器、PWM、ADC、CAN、USB、SPI、IIC等。并且由于該處理器的單片價格為10美元左右，而對于很多常規(guī)的應(yīng)用，幾乎不需要添加額外的片外外設(shè)即可滿足設(shè)計的需求，具有很高的性價比[4]。

快遞終端主控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中通信接口包括兩類，一種是以太網(wǎng)口，適用于能就近接入有線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場合，由于F28M35H52C片內(nèi)具有以太網(wǎng)控制器，只需要外接一片SMSC公司的物理層芯片LAN8710a即可滿足聯(lián)網(wǎng)的需求，而4G網(wǎng)絡(luò)則適用于各類偏遠的地區(qū)，目前市場上有各類串口轉(zhuǎn)4G的模塊，F(xiàn)28M35H52C通過一個串口即可實現(xiàn)連接4G網(wǎng)絡(luò)。此外，為了能對投遞人和取件人進行拍照存證，系統(tǒng)中還添加了攝像頭，選擇了OV7670攝像頭，利用F28M35H52C的GPIO口來模擬SCCB總線來對攝像頭進行控制。鍵盤、液晶模塊（LCM12832）和條碼讀卡器是用戶接口，而機械部分的電機控制由F28M35H52C片上的PWM來實現(xiàn)。

3 快遞終端主控系統(tǒng)軟件設(shè)計

快遞終端主控系統(tǒng)的軟件是多任務(wù)的，基于TI-RTOS來實現(xiàn)，具體開發(fā)時通過TI公司的Code Composer Studio（CCS）集成開發(fā)工具在相應(yīng)工程中對*.cfg文件，可對各外設(shè)的驅(qū)動、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、任務(wù)、任務(wù)間通信和同步機制等模塊進行靜態(tài)配置和裁剪。TI-RTOS是由德州儀器公司研發(fā)的一款功能完善的，面向MCU平臺的實時操作系統(tǒng)[5]。TI-RTOS 提供了功能完善的一整套系統(tǒng)軟件組件，包括內(nèi)核、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、文件系統(tǒng)以及各類外設(shè)的驅(qū)動等，這使得開發(fā)人員能夠?qū)Ｗ⒂谠O(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)，從而大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期。快遞終端主控系統(tǒng)的軟件整體結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要分為四個任務(wù)，任務(wù)間通過信號量（semaphore）來實現(xiàn)同步，而數(shù)據(jù)的傳輸則采用共用的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，這樣能節(jié)省系統(tǒng)所需內(nèi)存，并且也具有較高的效率。

從流程上，當(dāng)用戶接口部分接收到外部事件時，會根據(jù)外部事件的類型分別啟動通信、存證及電機驅(qū)動等模塊的相關(guān)操作，圖4是一個快遞終端主控系統(tǒng)軟件的流程圖。當(dāng)快遞員或者取快件人按下相應(yīng)的按鍵時，用戶接口任務(wù)會根據(jù)按鍵的內(nèi)容在LCD屏幕上顯示相應(yīng)的提升內(nèi)容，如果操作者是快遞員，并且其輸入了正確的存件密碼，則根據(jù)其選擇的箱體規(guī)格驅(qū)動電機開啟其中一個箱子的箱門，并將相應(yīng)信息上傳到服務(wù)器。如果是取件人，經(jīng)過實時和服務(wù)器的通信后對取件碼進行驗證后，啟動存證任務(wù)，拍攝取件人的正面圖像，由于本主控系統(tǒng)的處理能力有限，無法實現(xiàn)進一步的圖像處理、特征提取等工作，所以存證模塊的主要工作是拍攝圖像，將圖像存儲到本地，并且在合適的時機將這些數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)及控制服務(wù)器。

4 結(jié)束語

智能快遞終端的出現(xiàn)提高了快遞派送的效率，具有可靠性高，維護方便等特點。而文章針對目前的快遞終端存在的建造及運營成本高，不利于在偏遠地區(qū)部署的問題，提出了一種輕量級的快遞終端主控系統(tǒng)，基于該主控系統(tǒng)構(gòu)建的快遞終端具有性價比高，易于部署等特點，具有較高的推廣應(yīng)用價值，對于進一步提高快遞行業(yè)配送的效率，推動農(nóng)村電商服務(wù)的發(fā)展具有一定的意義。

參考文獻

[1]鄔航濤，楊斌，樓駿鵬.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能快遞終端[J].輕工機械， 2015，33（3）：109-112.

[2]饒逸君，羅曉玲，姚軍.智能快遞收取系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].信息技術(shù)與信息化，2014（8）：110-112.

[3]蔣麗婷，崔思佳，王子敏.基于智能快遞的農(nóng)村電商服務(wù)對策分析 [J].江蘇科技信息，2015（27）：43-45.

[4]王建偉.基于F28M35Hx的嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的研究與實現(xiàn) [D].武漢：華中科技大學(xué)，2013.

[5]TI-RTOS.[EB/OL]；2016[updated 2016； cited]； Available from： http：//processors.wiki.ti.com/index.php/TI-RTOS.

作者簡介：楊震倫（1978-），男，漢族，廣東省大埔縣人，廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院副教授，碩士學(xué)位，研究方向：進化算法、圖像處理、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

石坤泉（1967-），男，漢族，廣東省興寧縣人，廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院副教授，學(xué)士學(xué)位，研究方向：數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用、操作系統(tǒng)實務(wù)及高職教育研究。

鄧單（1981-），男，漢族，湖北省京山縣人，廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院高級工程師，博士學(xué)位，研究方向：MIMO，物理層安全。