快遞物品遠程自動接收系統設計與開發

劉袁夢++黃文彬++許小郡++毋茂盛

摘 要：隨著互聯網的發展，網上購物成為人們日常生活的一部分，如何遠程接收快遞的問題變得日益突出，文中設計了一個快遞物品遠程自動接收系統，介紹了系統的功能以及軟件和硬件實現的方法。

關鍵詞：快遞；藍牙；互聯網；遠程自動接收

中圖分類號：TN919；TP31 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）12-00-03

0 引 言

目前，網購已成為億萬網民生活中不可或缺的一部分，2015年“雙十一”期間，淘寶的成交額達到了912億元。近年來，快遞行業成為一個爆發式增長的行業[1]，據統計，我國的快遞業務量已居世界第三位。如何有效地接收快遞變成了日益突出的問題。為了解決這個問題，本課題設計開發了一個物品遠程接收系統，當物主在上班或出差時，可以通過互聯網遠程控制快遞物品接收箱。當有快遞物品送到物主門口時，物主可以通過辦公室的電腦端程序控制快遞箱上的電插鎖打開或關閉，實現遠程接收快遞物品。

1 系統的工作原理與結構

1.1 工作原理

當有快遞到達時，物主通過運行在辦公室電腦上的軟件以及互聯網遠程打開儲物箱，并通過IP攝像頭實時對儲物箱進行遠程監視，確保物品存入儲物箱。物主回家時，通過手機打開儲物箱取出物品。

1.2 系統整體結構

系統主要由硬件和軟件兩部分組成。軟件部分包括運行在辦公室電腦上的遠程監控軟件、運行在手機中的開箱軟件以及儲物箱電路板控制軟件。系統硬件主要由電腦、IP攝像頭、手機、控制電路板以及儲物箱等組成。其整體結構如圖1所示。

2 系統實現

2.1 硬件設計

本系統使用的硬件雖多，但真正需要開發的是儲物箱的控制電路板，該電路板通過互聯網接收遠程開箱命令，通過驅動電路控制繼電器打開儲物箱電控鎖，并檢測電控鎖是否打開。由于AT89S51單片機有許多優點[2]，所以電路板將AT89S51單片機作為主控芯片，單片機和W5100網絡模塊、HC-06藍牙模塊、驅動電路、繼電器以及電控鎖共同構成儲物箱的控制硬件。W5100網絡模塊通過SPI方式與單片機通信，其內部集成了全硬件的TCP/IP協議棧，使用方便，通過Socket編程即可實現對其的訪問。儲物箱控制板的電路框圖如圖2所示。

2.1.1 互聯網接口

互聯網上傳送的信息有其自己的格式，單片機無法直接接收，為了方便，本系統采用W5100網絡模塊，將W5100與家里的路由器相連，接收到遠程接收PC端程序通過互聯網發送過來的命令時，通過SPI總線轉發給AT89S51單片機。單片機識別收到的命令后，發送一個信號給繼電器以控制電插鎖的12電源，以實現開關箱的操作。此外，電插鎖對外擁有5條線，2條為12 V電源線，3條為表示電插鎖開關狀態的線。單片機通過另外3條線可以了解電插鎖的開關狀態。

2.1.2 藍牙接口

隨著通信技術和電子技術的快速發展，目前手機已成為生活中必備的工具，幾乎人手一機。手機的應用已擴展到控制領域，如用于門禁系統[3]。為了節省成本和便于操作，儲物箱省去了鍵盤以及LED或LCD顯示器，直接用手機來充當儲物箱的外設。手機具有藍牙通信功能，本系統通過手機和儲物箱電路控制板上的HC-06藍牙模塊直接交換信息，以打開儲物箱的電插鎖。

為了方便用戶隨時查看快遞箱的狀況，系統還增加了一個IP攝像頭，這樣用戶就可以在電腦前實時了解快遞箱動態。

2.2 軟件開發

本系統的軟件主要包括運行在辦公室電腦上的遠程計算機監控軟件、運行在手機中的開箱軟件以及儲物箱電路板控制軟件。

2.2.1 計算機監控軟件的開發

計算機監控軟件主要有遠程打開儲物箱與實時采集監視圖像的功能，確保物品能存入儲物箱中。軟件運行界面如圖3所示。

2.2.1.1 網絡遠程控制編程

網絡編程主要用到Socket通信技術，桌面程序作為Socket服務器端，單片機作為Socket客戶端。控制命令見表1所列。

服務端核心代碼如下：

try （ServerSocket s = new ServerSocket（8189）） {// 等待 Socket 連接

try （Socket incomming = s.accept（）） {

InputStream inStream = incomming.getInputStream（）；

OutputStream outStream = incomming.getOutputStream（）；

try （Scanner in = new Scanner（inStream）） {

PrintWriter out = new PrintWriter（outStream， true）；

while （in.hasNext（）） {

String line = in.nextLine（）；

if （"STATUS_OPEN".equals（line.trim（））） {

// 控制程序界面顯示電控鎖狀態為開

} else if （"STATUS_CLOSE".equals（line.trim（））） {

// 控制程序界面顯示電控鎖狀態為關

}

}

}

}

}

2.2.1.2 圖像采集編程

實時監視的圖像采集主要通過遠程連接IP Camera并調用其二次開發API來實現。本系統中圖像采集是借助于海康威視的IP Camera網絡攝像機實現的，此網絡攝像機具有實時監視，圖像、視頻、音頻采集，云臺控制，報警等多種功能。設定好IP Camera的IP地址后，客戶端程序通過網絡連接其IP地址并設置好端口號，登錄信息即可通過API連接至攝像機。

監控程序用到的主要API：

HI_SDK_Init （）；//初始化API庫

HI_SDK_Login （const HI_CHAR*， const H_CHAR*， const H_CHAR*， HI_U16， HI_S32）；//連接攝像機

HI_SDK_RealPlay（HI_HANDLE， HI_VOID*， HI_S_STREAM_INFO*）；//實時監視

HI_SDK_CaptureJPEGPicture（HI_HANDLE， HI_CHAR*）；//抓拍JPEG格式圖片

HI_SDK_StartRecord（HI_HANDLE，HI_CHAR*，FILE_FORMAT_E，MEDIA_TYPE_E，HI_S32）；//錄制視頻

HI_SDK_StopRecord（HI_HANDLE）；//停止錄制

HI_SDK_Playback（HI_CHAR*， HI_VOID）；//錄像回放等

部分功能實現程序段如下：

（1）連接IP Camera程序段

BYTE f1， f2， f3， f4；

（（CIPAddressCtrl*）GetDlgItem（IDC_IPADDRESS1））->GetAddress（f1，f2，f3，f4）；//獲取IP地址

adrr.Format（_T（"%d.%d.%d.%d"）， f1， f2， f3， f4）；

USES_CONVERSION；

m_Handle=HI_SDK_Login（T2A（adrr），T2A（userName），T2A（passWord），80）；//連接攝像機

（2）實時監視程序段

HI_S_STREAM_INFO info；//設置圖像顯示參數

info.u32Channel = HI_CHANNEL_1；

info.blFlag = HI_TRUE；

info.u32Mode = HI_STREAM_MODE_TCP；

info.u8Type = HI_STREAM_ALL；

HI_SDK_RealPlay（m_Handle，GetDlgItem（IDC_STATIC_Camera）->m_hWnd，&info）；//圖像采集并顯示

（3）抓拍圖像程序段

CString FileName = CTime：：GetCurrentTime（）.Format

（"picture_%y_%m_%d_%H_%M_%S.bmp"） ；//文件名

CString a；

a.Format（_T（"%s＼＼picture＼＼%s"）， s， FileName）；//文件路徑

USES_CONVERSION；

char *path = T2A（a）；

HI_SDK_CapturePicture（m_Handle，path）；//抓拍

（4）錄像程序段

CString FileName = CTime：：GetCurrentTime（）.Format（

"video_%y_%m_%d_%H_%M_%S.avi"）；//文件名

CString a；

a.Format（_T（"%s＼＼record＼＼%s"）， s， FileName）；//文件路徑

char *path = T2A（a）；

e = MEDIA_VIDEO；

HI_SDK_StartRecord（m_Handle， path， FILE_FORMAT_AVI， e， 0）；//錄像

2.2.1.3 手機開箱軟件開發

開箱軟件通過藍牙技術和儲物箱電路板控制軟件交換信息，進行現場開箱；本系統開發的手機開箱軟件基于Android系統。藍牙通信程序的基本流程為藍牙設備搜索、藍牙設備連接和藍牙通信三個部分。程序中主要用到了BluetoothAdapter類、BluetoothDevice類、BluetoothServerSocket類以及BluetoothSoc ket類等。

（1）藍牙設備搜索

需要先在AndroidManifest.xml中聲明權限：

然后調用BluetoothAdapter類的getDefaultAdapter（）方法獲取藍牙設備。

BluetoothAdapter bAdapter = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter（）；

if（bAdapter == null） {

//設備不支持藍牙功能

}

最后使用BluetoothAdapter的startDiscovery（）方法搜索藍牙設備。

（2）藍牙設備連接

只有當客戶端程序的通用唯一識別碼（Universally Unique Identifier，UUID）和服務器端的UUID相同時才能連接。本系統通過BluetoothSocket來創建藍牙連接，該過程要使用兩個類，分別為BluetoothServerSocket和BluetoothSocket。

服務器端藍牙連接方法是：

①啟動服務器

BluetoothAdapter bAdapter = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter（）；

BluetoothServerSocket serverSocket =

bAdapter.listenUsingRfcommWithServiceRecord（YOUR ERVER NAME， YOUR UUID）；

②服務器監聽客戶端連接

serverSocket.accept（）；

客戶端藍牙連接方法：

a.獲取服務器端藍牙設備BluetoothDevice。

b.客戶端與服務器連接

BluetoothSocket socket = device.createRfcommSocketToServiceRecord（YOUR UUID）；

socket.connect（）；

由于服務器端進行監聽客戶端連接（BluetoothServerSocket.accept（））和客戶端對服務器的連接（BluetoothSocket.connect（））都會阻塞線程，因此都使用新的線程。

③藍牙通信

當兩臺藍牙設備建立好連接之后，就可以進行數據傳輸。藍牙通信采用流形式進行數據傳輸，為此使用以下兩個方法分別獲得輸入流和輸出流：

BluetoothSocket：BluetoothSocket.getInptuStream（）；//獲取輸入流：

BluetoothSocket.getOutputStream（）；//獲取輸出流

使用下列程序段實現數據的讀、寫：

讀數據（InptuStream）

InputStream reader = socket.getInputStream（）；

byte[] buffer = new byte[1024]；

int n = reader.read（buffer）； //監聽輸入流

寫數據（OutputStream）

BluetoothDevice device； //連接的藍牙設備

BluetoothSocket socket = device.createRfcommSocketToServiceRecord（YOUR UUID）；

socket.connect（）； //線程阻塞

OutputStream writer = socket.getOutputStream（）； //獲取藍牙連接輸出流

writer.write（（YOUR DATA）.getBytes（））； //發送數據到服務器

（3）控制軟件開發

控制軟件的功能主要是接收開鎖命令，實現開關電插鎖。控制軟件Vision4由C51編寫，W5100網絡模塊帶有SDK，編程十分方便。

3 結 語

本文運用多種技術設計開發了快遞遠程接收系統，有較高的技術含量和實際意義，特別是用手機作為儲物箱輸入和輸出設備這一想法為業界提供了一種全新的產品設計思路，對以后產品的設計有一定的指導意義。設計的接收系統經實驗室運行，穩定可靠，完全可以滿足用戶遠程接收物品的需要。

參考文獻

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[2] 毋茂盛，張建平，張素群，等.單片機原理與開發[M].北京：高等教育出版社，2015.

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[6]付寶玉.基于NFC技術的自助收發快遞系統應用研究[J].物聯網技術，2016，6（10）：59-62.

[7]靳世杰.企業物流管理系統設計與開發[D].北京：北京工業大學，2014.

[8]張哲瑞.快遞物流管理系統的設計與開發[D].秦皇島：燕山大學，2015.