基于LabVIEW的便捷式快遞取件系統(tǒng)的設(shè)計

侯向鋒+周兆豐++葉軍立

摘 要： 針對快遞分派點快件配送體系的瓶頸問題，設(shè)計并實現(xiàn)了便捷式快遞取件系統(tǒng)。該系統(tǒng)綜合運用了LabVIEW虛擬儀器編程技術(shù)、近場通信技術(shù)和嵌入式編程等技術(shù)。存放快件時，該系統(tǒng)根據(jù)快件類型自動為快件分配存儲柜號碼，通過掃描快件條碼及時將快件信息錄入系統(tǒng)，并同步短信通知收件人領(lǐng)取快件。領(lǐng)取快件時，該系統(tǒng)通過取件人手機尾號或讀取帶有NFC標(biāo)簽的卡片實時調(diào)出快件信息以快速確定其位置，從而有效地提高快遞分派點的工作效率。經(jīng)測試，該快遞取件系統(tǒng)可降低快遞分派點的運營成本為現(xiàn)在的甚至。

關(guān)鍵詞： 快遞取件系統(tǒng)； ARM處理器； LabVIEW； 近場通信

中圖分類號： TN911?34； TP399 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）12?0155?04

Abstract： In order to solve the bottleneck problem of the express delivery system of the express dispatch station， a convenient express delivery system was designed and implemented. The LabVIEW virtual instrument programming technology， near field communication （NFC） technology， embedded programming technology and other technologies are used in this system synthetically. When the express is deposited， the system will allocate the number of the locker for express automatically according to its type， the express information is input into the system timely by means of the scanning of the express code， and the system informs the recipient by synchronous SMS. When the express is received， the system will export the express information in real time by means of mobile phone tail number of the receiver or read of the card with NFC tags to locate its location quickly， so as to improve the working efficiency of the express dispatch station. The test result shows that the express delivery system can reduce a half or two third operation cost of the express dispatch station.

Keywords： express delivery system； ARM microprocessor； LabVIEW； near field communication

0 引 言

在改革紅利和網(wǎng)絡(luò)購物兩大動力的推動下，快遞業(yè)迅速發(fā)展，然而收件人無法及時收到取件通知、工作人員無法快速定位快件、無法防止冒領(lǐng)等問題使快遞業(yè)遭遇了“最后100米”的困擾[1?3]。目前快遞業(yè)“最后100米”快件派送的方式主要有兩種[4?5]：

（1） 大部分的快遞分派點，首先由專門負(fù)責(zé)通知的工作人員給收件人一一地發(fā)送短信通知其來領(lǐng)取快件，然后再按照快件的種類（袋子、盒子、文件等）分配存放快件的位置以待取件人領(lǐng)取。取件時，工作人員通過取件人所說的姓名、快件的種類到相應(yīng)的區(qū)域進行尋找。

（2） 部分城市社區(qū)和大學(xué)校園內(nèi)裝有專門的快遞儲物柜。工作人員把快件存放到儲物柜里，然后通過短信給收件人發(fā)送一個對應(yīng)存儲柜的動態(tài)密碼。收件人可以在任何時候憑借動態(tài)密碼到儲物柜領(lǐng)取快件。

第一種派送方式是目前快遞分派點最為普遍的一種方式，但是這種方式導(dǎo)致快遞分派點的工作效率低下，投入成本較高，并且常常出現(xiàn)收件人不能及時領(lǐng)取快件甚至冒領(lǐng)的現(xiàn)象。與前一種派送方式相比，第二種派送方式解決了冒領(lǐng)和收件人不能及時取件的問題，在一定程度上提高了工作效率，降低了成本。但是這種派送方式仍然給工作人員帶來較大的工作量，一方面要把快件放到儲物柜里，另一方面還要獲取儲物柜的動態(tài)密碼并且將其發(fā)送給收件人。在快遞量大的情況下，就難以確保工作人員在存放快件時的工作質(zhì)量。

針對這些問題，本文提出一套提高快遞分派點工作效率、降低運營成本的方案，并且實現(xiàn)了系統(tǒng)整機調(diào)試。

1 系統(tǒng)設(shè)計

本文設(shè)計的快遞取件系統(tǒng)主要分為兩部分：存放快件系統(tǒng)和領(lǐng)取快件系統(tǒng)。存放快件系統(tǒng)主要由條碼掃描模塊、上位機以及短信通知模塊組成。領(lǐng)取快件系統(tǒng)主要由鍵盤模塊、上位機和近場通信（Near Field Communication，NFC）標(biāo)簽讀取模塊組成。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 硬件平臺

便捷式快遞取件系統(tǒng)以32位ARM處理器為主控，計算機為控制終端，將激光條碼掃描器、全球移動通信系統(tǒng)（Global System for Mobile communications，GSM）短信模塊、鍵盤以及NFC讀寫器整合在一起。系統(tǒng)硬件平臺的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

（1） 32位ARM處理器。下位機控制器部分采用的是基于32位處理器STM32F103RBT6的開發(fā)板，其尺寸為8 cm×10 cm×2 cm（包括液晶，但不計算銅柱的高度），板上除晶振外所有的I/O口全部引出。STM32F103RBT6是ST公司基于ARM最新Cortex?M3架構(gòu)內(nèi)核的32位處理器，時鐘頻率最高可達(dá)72 MHz，具有128 KB FLASH，20 KB RAM、12位ADC、3路USART和4個16位定時器等多種資源。強大的內(nèi)核，豐富的片上外設(shè)，使得硬件系統(tǒng)的設(shè)計變得較為簡單，為嵌入式應(yīng)用提供靈活有效的解決方案。

（2） GSM短信模塊。GSM短信模塊主要由模塊ATK?SIM900A組成。ATK?SIM900A是 ALIENTEK 推出的一款高性能工業(yè)級 GSM/GPRS 模塊（開發(fā)板），可工作在900/1 800 MHz雙頻段，可低功耗實現(xiàn)語音、SMS（短信、彩信）、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸。模塊ATK?SIM900A支持RS 232串口和LVTTL串口（即支持3.3 V/5 V系統(tǒng)），并帶硬件流控制，支持5～24 V的超寬工作范圍，使得本模塊可以非常方便地與用戶產(chǎn)品進行連接，從而給用戶產(chǎn)品提供包括語音、短信和GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

（3） NFC讀寫器。NFC讀寫器是具有讀取NFC標(biāo)簽功能的專用讀卡設(shè)備。NFC標(biāo)簽大致分為ISO14443?A，ISO14443?B，TOPAZ，MIFARE和Felica五種類型。由飛利浦公司和索尼公司共同開發(fā)的NFC為電子設(shè)備之間近距離通信提供了一種標(biāo)準(zhǔn)，該方式實現(xiàn)簡單、成本低廉，使用前景較為廣泛。

（4） 鍵盤。鍵盤模塊是由數(shù)字小鍵盤獨立構(gòu)成。在領(lǐng)取快件時，通過數(shù)字小鍵盤輸入收件人手機號碼后四位來查詢數(shù)據(jù)庫以獲得快件信息，并同步獲取快件位置。該模塊是目前快遞分派點人工身份驗證的自動化實現(xiàn)，也解決了沒有或忘記帶NFC標(biāo)簽的快遞用戶身份驗證的問題。

（5） 激光條碼掃描器。本系統(tǒng)采用鑫碼激光條碼掃描器M?3100，它掃描速度快、使用方便，內(nèi)置多個接口，只需換線設(shè)置即可使用。它采用光學(xué)原理，讀取條碼信息，解碼后通過有線或無線方式傳輸給PC機或別的設(shè)備。

3 軟件設(shè)計

3.1 GSM短信模塊

3.1.1 STM32F103RBT6串口通信

快遞取件系統(tǒng)的下位機部分充分利用STM32F103RBT6的串口1和串口2。其中串口1位于端口A的PA9（TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)串行輸出）和PA10（RXD：接收數(shù)據(jù)串行輸入），用于主控制器和上位機串口通信。串口2位于端口A的PA2（TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)串行輸出）和PA3（RXD：接收數(shù)據(jù)串行輸入），用于和模塊SIM900A?GSM進行通信，實現(xiàn)短信通知。

首先打開串口1及相關(guān)端口的時鐘，然后設(shè)置I/O狀態(tài)及波特率（USART1?>BRR寄存器），配置為1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、無校驗及1位停止位，使能接收緩沖區(qū)非空中斷，并設(shè)置中斷優(yōu)先級。對串口2的設(shè)置與串口1類似。

3.1.2 短信通知模塊的程序設(shè)計

快遞取件系統(tǒng)的上位機下達(dá)發(fā)送指令后，下位機會給上位機反饋發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。此時，上位機會判斷反饋回來的數(shù)據(jù)和發(fā)送的數(shù)據(jù)是否相等，相等則視為通信正常。如果上位機與下位機通信正常，就首先置位短信通知標(biāo)志位，然后模塊SIM900A?GSM開始接收控制器STM32F103RBT6傳送過來的電話號碼和短信發(fā)送指令進行短信通知，其軟件流程圖如圖3所示。

3.2 上位機程序設(shè)計

3.2.1 LabVIEW與STM32F103RBT6通信

設(shè)計的快遞取件系統(tǒng)采用LabVIEW中的VISA設(shè)計串口通信。VISA是一種標(biāo)準(zhǔn)接口，是一套標(biāo)準(zhǔn)的I/O底層函數(shù)庫，依據(jù)實際接口類型（串口、GPIB等）自動調(diào)用相應(yīng)接口的驅(qū)動程序，對于編程者來說比較方便。

LabVIEW通過配置串口與芯片STM32F103RBT6進行通信，其編程只需調(diào)用相關(guān)控件，配置對應(yīng)的參數(shù)即可。LabVIEW與芯片STM32F103RBT6通信的程序框圖如圖4所示。

3.2.2 LabVIEW訪問Access數(shù)據(jù)庫

LabVIEW SQL Toolkit是集成了大多數(shù)常用數(shù)據(jù)庫訪問功能的模塊，支持高級的數(shù)據(jù)庫訪問功能，具有良好的可移植性；支持ODBC及OLE DB兼容的數(shù)據(jù)庫驅(qū)動；支持ADO支持的所有數(shù)據(jù)庫引擎，與SQL兼容，可以用G語言（用戶無需學(xué)習(xí)SQL語法）的形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的查詢、添加、修改及刪除等操作[6?8]。

用戶只需要建立自己的Access數(shù)據(jù)庫，然后創(chuàng)建對應(yīng)的UDL文件，便可以通過LabVIEW Database Connectivity Toolset（訪問數(shù)據(jù)庫的附加工具包）中的相關(guān)控件對數(shù)據(jù)庫進行訪問及編輯[9]。

3.2.3 存放快件上位機界面

首先由獲取UDL文件的一個子VI關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫，接著通過打開數(shù)據(jù)庫表的連接工具獲取數(shù)據(jù)表，經(jīng)過行列檢索提取整個數(shù)據(jù)庫表里的信息；然后運用SQL語句進行條件選擇；最后通過掃描快件的條碼來檢索其信息，并更新數(shù)據(jù)庫。存放快件上位機界面的程序框圖如圖5所示。

3.2.4 領(lǐng)取快件上位機界面

通過獲取UDL文件和數(shù)據(jù)庫表后，只需運用SQL語句對整個數(shù)據(jù)庫表的信息進行查詢選擇，便可調(diào)取出查詢的信息。在本文設(shè)計的快遞取件系統(tǒng)中，通過手機尾號或者讀取帶NFC標(biāo)簽的卡片來檢索快件信息，從而獲取存儲柜編號來迅速定位快件。領(lǐng)取快件的程序框圖如圖6所示。

4 測試結(jié)果

由于快遞分派點的快件數(shù)據(jù)庫無法獲取，設(shè)計的快遞取件系統(tǒng)的性能測試是基于自己建立的數(shù)據(jù)庫進行的。測試分為兩部分，一部分是存放快件，另一部分是領(lǐng)取快件。

4.1 存放快件測試

當(dāng)有快件派送到快遞分派點時，根據(jù)快件的類型（袋子、盒子、文件等），系統(tǒng)自動給快件生成存儲柜號碼。工作人員通過掃描快件的條碼來更新數(shù)據(jù)庫并提取收件人手機號碼，然后點擊發(fā)送指令通知下位機發(fā)送短信，最后將快件放入系統(tǒng)為其分配的存儲柜。整個存放快件的過程一般需要3～5 s。存放快件的測試結(jié)果如圖7所示。

4.2 領(lǐng)取快件測試

當(dāng)取件人來領(lǐng)取快件時，在取件上位機界面中鍵入取件人4位手機尾號或者讀取取件人的帶NFC標(biāo)簽的卡片，來獲取快件信息并進行身份驗證。若驗證通過，則根據(jù)存儲柜編號快速定位快件。如果驗證沒有通過，則報警提醒。整個取件過程一般需要2～4 s。領(lǐng)取快件的測試結(jié)果如圖8所示。

5 結(jié) 論

本文首先對目前快遞分派點的運營模式進行了調(diào)查和分析，然后針對快遞分派點工作效率低下、運營成本較高的問題，設(shè)計并實現(xiàn)了便捷式快遞取件系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于32位ARM處理器STM32F103RBT6的，并在LabVIEW虛擬儀器的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了條碼掃描、STM32F103RBT6串口通信、SIM900A GSM通信、LabVIEW串口通信、LabVIEW訪問Access數(shù)據(jù)庫、NFC標(biāo)簽的讀取的功能。

本文設(shè)計的快遞取件系統(tǒng)的創(chuàng)新點在于：實現(xiàn)了快件掃描入庫和短信通知的同步性。這使得收件人能在第一時間獲得取件通知，也使得快遞分派點不再需要專門負(fù)責(zé)發(fā)短信通知的工作人員，在很大程度上減少了分派點的運營成本，提高了存放快件的效率。在取件時通過手機尾號或帶NFC標(biāo)簽的卡片或來驗證收件人的身份，同時從調(diào)取的快件信息里獲取快件的存儲柜編號，快速定位快件。這在一定程度上避免了冒領(lǐng)的風(fēng)險，并且優(yōu)化了快件存放位置的管理，提高了領(lǐng)取快件的效率。經(jīng)過整機測試，表明該方案有效可行。采用了該系統(tǒng)的快遞分派點，可以省去專門負(fù)責(zé)發(fā)短信的員工，減少負(fù)責(zé)取件查找的員工。對于一般的快遞分派點來說，所需工作人員可由現(xiàn)在的3～6人減少為2～3人。本文設(shè)計的快遞取件系統(tǒng)在一定程度上提高了快遞分派點的工作效率，降低了其運營成本，優(yōu)化了其管理模式。但是該系統(tǒng)在實際應(yīng)用中仍然存在一些問題，比如快遞公司數(shù)據(jù)庫授權(quán)、條形碼信息不完備等。

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