一種簡易快遞終端主控系統的設計與實現

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

關鍵詞：快遞終端；主控系統；F28M35Hx；多點部署

引言

電子商務的蓬勃發展為快遞行業帶來巨大的發展機遇，國家郵政局于2016年5月所發布的2015年郵政行業發展統計公報中顯示，2015年全國快遞業務量為206.7億件，收入為2769.6億元，可以看出快遞已經成為一個重要的產業，其有序健康發展對于進一步推動電子商務的健康發展具有重要意義。目前在快遞業的“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，這一派送方式已經無法滿足快遞行業的需求，因此許多公司紛紛采用在人口密集的區域部署快遞終端（快遞柜）的方式來提高工作效率。但是目前的大多數快遞終端的主控系統采用工控機+單片機系統的結構[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[2]，但是只具有簡單的功能，并且只能實現單體運營，實用性低。另外一方面，目前的快遞終端系統，只集中部署在城市中人口密集的區域，對于郊區或者農村地區，由于建設和運營成本的問題，無法實現大范圍的覆蓋，然而目前農村電商服務是電商的重要發展方向[3]，也是政府部門改善廣大農村生活便利性的一個重要內容。

基于以上問題，為降低快遞終端系統的成本，盡快盡早實現對更多地區的覆蓋，提高快遞行業配送的效率，推動農村電商服務的發展，文章設計出了一種新型的簡易快遞終端的主控系統，結合相應的箱體及機械結構，可實現各種規格的快遞終端系統。下面分別從總體設計、硬件設計和軟件設計來進行闡述。

1快遞終端主控系統總體設計

文章所設計的快遞終端主控系統所適用的快遞終端系統的采用圖1所示的結構進行部署，其中每個快遞終端本地只保存少量數據，大部分數據都通過通信接口實時提交到遠端的服務器中，遠端的服務器維護一個數據庫，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，并且根據整體策略向下屬的各個快遞終端發送各種命令。這種結構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勢，能快速在農村或者城市郊區進行推廣。

2 快遞終端主控系統硬件設計

該系統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內部靜態RAM、1024KB內部Flash、以太網控制器、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，而對于很多常規的應用，幾乎不需要添加額外的片外外設即可滿足設計的需求，具有很高的性價比[4]。

快遞終端主控系統的硬件結構如圖2所示，其中通信接口包括兩類，一種是以太網口，適用于能就近接入有線網絡的應用場合，由于F28M35H52C片內具有以太網控制器，只需要外接一片SMSC公司的物理層芯片LAN8710a即可滿足聯網的需求，而4G網絡則適用于各類偏遠的地區，目前市場上有各類串口轉4G的模塊，F28M35H52C通過一個串口即可實現連接4G網絡。此外，為了能對投遞人和取件人進行拍照存證，系統中還添加了攝像頭，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。

3 快遞終端主控系統軟件設計

快遞終端主控系統的軟件是多任務的，基于TI-RTOS來實現，具體開發時通過TI公司的Code Composer Studio（CCS）集成開發工具在相應工程中對*.cfg文件，可對各外設的驅動、網絡協議、任務、任務間通信和同步機制等模塊進行靜態配置和裁剪。TI-RTOS是由德州儀器公司研發的一款功能完善的，面向MCU平臺的實時操作系統[5]。TI-RTOS 提供了功能完善的一整套系統軟件組件，包括內核、網絡協議棧、文件系統以及各類外設的驅動等，這使得開發人員能夠專注于設計應用系統，從而大大縮短了產品的開發周期。快遞終端主控系統的軟件整體結構如圖3所示，主要分為四個任務，任務間通過信號量（semaphore）來實現同步，而數據的傳輸則采用共用的數據緩沖區，這樣能節省系統所需內存，并且也具有較高的效率。

從流程上，當用戶接口部分接收到外部事件時，會根據外部事件的類型分別啟動通信、存證及電機驅動等模塊的相關操作，圖4是一個快遞終端主控系統軟件的流程圖。當快遞員或者取快件人按下相應的按鍵時，用戶接口任務會根據按鍵的內容在LCD屏幕上顯示相應的提升內容，如果操作者是快遞員，并且其輸入了正確的存件密碼，則根據其選擇的箱體規格驅動電機開啟其中一個箱子的箱門，并將相應信息上傳到服務器。如果是取件人，經過實時和服務器的通信后對取件碼進行驗證后，啟動存證任務，拍攝取件人的正面圖像，由于本主控系統的處理能力有限，無法實現進一步的圖像處理、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據上傳到數據及控制服務器。

4 結束語

智能快遞終端的出現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，不利于在偏遠地區部署的問題，提出了一種輕量級的快遞終端主控系統，基于該主控系統構建的快遞終端具有性價比高，易于部署等特點，具有較高的推廣應用價值，對于進一步提高快遞行業配送的效率，推動農村電商服務的發展具有一定的意義。

參考文獻

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

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

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

[4]王建偉.基于F28M35Hx的嵌入式TCP/IP協議棧的研究與實現 [D].武漢：華中科技大學，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，廣州番禺職業技術學院 信息工程學院副教授，碩士學位，研究方向：進化算法、圖像處理、物聯網技術。

石坤泉（1967-），男，漢族，廣東省興寧縣人，廣州番禺職業技術學院 信息工程學院副教授，學士學位，研究方向：數據庫技術與應用、操作系統實務及高職教育研究。

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