基于藍(lán)牙散射網(wǎng)的遠(yuǎn)程驗(yàn)視智能寄件箱設(shè)計(jì)

吳蓬勃，李 莉，張金燕，李學(xué)海

(1.石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 電信工程系， 石家莊 050021；2.河北電信設(shè)計(jì)咨詢有限公司， 信息應(yīng)用咨詢?cè)海?石家莊 050021)

基于藍(lán)牙散射網(wǎng)的遠(yuǎn)程驗(yàn)視智能寄件箱設(shè)計(jì)

吳蓬勃1，李 莉1，張金燕2，李學(xué)海1

(1.石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 電信工程系， 石家莊 050021；2.河北電信設(shè)計(jì)咨詢有限公司， 信息應(yīng)用咨詢?cè)海?石家莊 050021)

根據(jù)快遞收件時(shí)必須“先驗(yàn)視，后封箱”的規(guī)定，設(shè)計(jì)了具備遠(yuǎn)程驗(yàn)視功能的智能寄件箱。基于遠(yuǎn)程音視頻傳輸、遠(yuǎn)程機(jī)器手臂控制、違規(guī)氣體探測(cè)等功能實(shí)現(xiàn)了快件遠(yuǎn)程驗(yàn)視，杜絕了不同快遞員驗(yàn)視標(biāo)準(zhǔn)不一致或者不驗(yàn)視等問題的出現(xiàn)；基于nRF52832構(gòu)建了藍(lán)牙散射網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手臂、中控計(jì)算機(jī)、手機(jī)或PDA的無線連接，使得該系統(tǒng)可無縫融入現(xiàn)有快遞柜系統(tǒng)中，降低了系統(tǒng)成本；基于自動(dòng)體積測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了格口的自動(dòng)適配選擇，避免了空間資源的浪費(fèi)。經(jīng)運(yùn)行測(cè)試，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、操作方便，各項(xiàng)性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

藍(lán)牙散射網(wǎng); 遠(yuǎn)程驗(yàn)視; 寄件箱; nRF52832; 機(jī)械手臂

0 引 言

近年來，隨著中國電子商務(wù)和網(wǎng)上購物的快速發(fā)展，全國已有上千萬家網(wǎng)店和上億個(gè)網(wǎng)購用戶，隨之而來的是快遞包裹數(shù)量的快速上漲。智能快遞柜的出現(xiàn)，大大降低了快遞公司的人力成本；解決了派送時(shí)間與消費(fèi)者接貨時(shí)間不一致等問題，提高了投遞效率，成為解決快件投遞“最后1 km”問題的一個(gè)有效途徑。

但是，智能快遞柜目前只能解決快遞投遞環(huán)節(jié)的客戶取件問題；并不能解決客戶的寄件問題，客戶寄件必須要到郵政窗口辦理或者等待快遞員上門取貨，到郵政窗口辦理會(huì)受到郵局營業(yè)時(shí)間的限制，等待快遞員上門取貨也較浪費(fèi)時(shí)間，用戶感覺諸多不便。

為了解決客戶24 h寄件的問題，國內(nèi)很多快遞企業(yè)已研發(fā)了快遞自助寄件機(jī)，但目前只能實(shí)現(xiàn)包裹的“代收”功能，不能實(shí)現(xiàn)“驗(yàn)視”功能，對(duì)于包裹的安全問題，并未做任何檢查。隨著“奪命快遞”[1]等問題的出現(xiàn)，快遞包裹的安全問題，受到了廣泛重視，國家郵政局于2015年7月印發(fā)了《郵件快件收寄驗(yàn)視規(guī)定(試行)》的通知，通知第九條(三)要求“當(dāng)面驗(yàn)視用戶交寄的物品”[2]。國家郵政局于2015年11 月2 日公布《集中開展寄遞渠道清理整頓專項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案》，全面推進(jìn)“收寄驗(yàn)視、實(shí)名收寄、過機(jī)安檢”3 項(xiàng)措施。方案要求， 在收寄驗(yàn)視環(huán)節(jié)，要求一律先驗(yàn)視、后封箱。按照“誰收寄、誰負(fù)責(zé)”的原則，明確收寄驗(yàn)視責(zé)任，制定收寄驗(yàn)視規(guī)程，加強(qiáng)對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品、易燃易爆物品的收寄把關(guān)[3]。

基于國家郵政局對(duì)寄件時(shí)“當(dāng)面驗(yàn)視”和“一律先驗(yàn)視、后封箱”的要求，以及客戶對(duì)寄件的實(shí)際需求，研發(fā)設(shè)計(jì)了一種可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程驗(yàn)視的智能寄件箱：24 h值班的客服人員，可通過攝像頭(視覺、聽覺)、氣體傳感器(嗅覺)、機(jī)械手臂(姿態(tài))等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶寄遞包裹的遠(yuǎn)程驗(yàn)視；通過自動(dòng)稱重結(jié)合寄遞信息，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)費(fèi)；通過自動(dòng)體積測(cè)量設(shè)備實(shí)現(xiàn)格口大小自動(dòng)選擇，提高資源利用率；基于藍(lán)牙散射網(wǎng)，系統(tǒng)可非常方便的融入現(xiàn)有自助收件箱系統(tǒng)，充分利用其格口資源、顯示設(shè)備、視頻設(shè)備等，在豐富功能的同時(shí)，最大限度降低成本。相信該智能寄件箱的研制成功必將為快遞行業(yè)帶來新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

1 總體規(guī)劃

圖1所示為寄件驗(yàn)視動(dòng)作分解圖，由圖可見，快遞員在進(jìn)行包裹驗(yàn)視時(shí)，分為視覺、嗅覺、聽覺、語音和姿態(tài)幾個(gè)組成部分。即快遞員首先要用手臂打開包裹，用眼睛檢查包裹內(nèi)的貨物是否合規(guī)、用鼻子聞是否有違禁物品、通過嘴和耳朵與客戶進(jìn)行交流；此外，還需要通過電子秤測(cè)量包裹重量，請(qǐng)客戶填寫快遞單，將寫好的快遞單粘貼到包裹上，從而完成一次寄件過程。

圖1 寄件驗(yàn)視動(dòng)作分解

通過對(duì)寄件動(dòng)作的分解，結(jié)合現(xiàn)有快遞收件柜的結(jié)構(gòu)，本文提出了一種遠(yuǎn)程驗(yàn)視寄件系統(tǒng)，系統(tǒng)框架圖如圖2所示，主要包括視覺(IP攝像頭)、語音對(duì)講、嗅覺(氣體傳感器)、姿態(tài)(機(jī)械手臂)、稱重(電子臺(tái)秤)、體積測(cè)量等部分；此外還包括現(xiàn)有快遞收件柜的中控計(jì)算機(jī)、觸摸屏、標(biāo)簽打印機(jī)和格口控制單元等設(shè)備。

圖2 遠(yuǎn)程驗(yàn)視寄件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

其中，IP攝像頭有2個(gè)，一個(gè)是用于寄件箱外環(huán)境視頻采集的高清攝像頭，另外一個(gè)是用于包裹驗(yàn)視的針孔攝像頭。IP攝像頭和語音對(duì)講系統(tǒng)均連接到網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)，24 h遠(yuǎn)程客服可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)查看包裹、并與客戶進(jìn)行語音交流。嗅覺傳感器可進(jìn)行汽油、煤油、酒精等違規(guī)物品的檢測(cè)。驗(yàn)視攝像頭和嗅覺傳感器安裝均按照在六自由度機(jī)械手臂夾手附近，可實(shí)現(xiàn)打開包裹、調(diào)整視頻姿態(tài)、近距離嗅覺探測(cè)等動(dòng)作。體積測(cè)量單元可實(shí)現(xiàn)包裹的體積測(cè)量，用于合適大小空閑格口選擇，實(shí)現(xiàn)包裹的智能存放。電子臺(tái)秤實(shí)現(xiàn)包裹稱重，費(fèi)用計(jì)算。

嗅覺傳感器、體積測(cè)量和電子臺(tái)秤通過有線連接控制單元，六自由度機(jī)械手臂、中控計(jì)算機(jī)以及用戶手機(jī)或快遞員PDA均通過藍(lán)牙BLE4.0連接控制單元，用戶和快遞員可通過中控計(jì)算機(jī)所連接的觸摸屏、手機(jī)或PDA任何一種方式來實(shí)現(xiàn)包裹的寄遞和收取。中控計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)信息的采集和設(shè)備控制，同時(shí)遠(yuǎn)程客服人員也可通過中控計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制機(jī)械臂和獲取嗅覺信息。將寄件箱通過藍(lán)牙BLE連接中控計(jì)算機(jī)，省去了布線帶來的麻煩，最大限度降低了對(duì)現(xiàn)有收件箱的改造。

寄件箱設(shè)備布局圖如圖3所示，整體為一個(gè)立方體鋁合金框架，前面為包裹入口，機(jī)械臂、嗅覺傳感器和攝像頭吊裝在頂部，方便對(duì)包裹進(jìn)行驗(yàn)視操作；底部是電子臺(tái)秤，可實(shí)現(xiàn)包裹稱重操作；電子秤四周是2組光柵測(cè)量模塊，結(jié)合后側(cè)安裝在絲杠上的龍門架式可垂直升降機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)包裹長(zhǎng)、寬和高的測(cè)量。麥克風(fēng)、音箱和環(huán)境攝像頭安裝在框架頂部。

圖3 寄件箱設(shè)備布局圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件部分主要包括nRF52832(后面簡(jiǎn)稱nRF52)處理器單元、體積測(cè)量單元、氣體傳感器單元、電子臺(tái)秤；機(jī)械臂控制單元、中控機(jī)藍(lán)牙轉(zhuǎn)串口模塊等部分，如圖4所示。其中，體積測(cè)量單元包括2路光柵測(cè)量模塊及其驅(qū)動(dòng)電路、Z軸步進(jìn)電機(jī)和絲杠；機(jī)械手臂由具有藍(lán)牙接口的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板進(jìn)行控制；藍(lán)牙驅(qū)動(dòng)板、中控計(jì)算機(jī)和用戶手機(jī)或快遞員PDA均通過藍(lán)牙4.0連接nRF52。

圖4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖

2.1藍(lán)牙散射網(wǎng)構(gòu)建

一個(gè)藍(lán)牙主設(shè)備和最多7個(gè)從設(shè)備可以構(gòu)成藍(lán)牙微微網(wǎng)(Piconet)，其中的主設(shè)備也可作為另外一個(gè)微微網(wǎng)的從設(shè)備，其中的從設(shè)備也可基于時(shí)分復(fù)用機(jī)制加入到其他的藍(lán)牙微微網(wǎng)中，從而構(gòu)成藍(lán)牙散射網(wǎng)(ScatterNet)[4-6]。

在本系統(tǒng)中，基于具備MultiRoles功能的nRF52構(gòu)建藍(lán)牙散射網(wǎng)，如圖5所示。在該散射網(wǎng)中，nRF52作為Central設(shè)備連接Peripheral設(shè)備：藍(lán)牙舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板、中控計(jì)算機(jī)藍(lán)牙串口模塊，構(gòu)建藍(lán)牙微微網(wǎng)A；nRF52作為Peripheral設(shè)備連接Central設(shè)備：手機(jī)或者PDA，構(gòu)建藍(lán)牙微微網(wǎng)B；藍(lán)牙微微網(wǎng)A和B構(gòu)建藍(lán)牙散射網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)4種設(shè)備間的互聯(lián)互通。中控計(jì)算機(jī)可通過藍(lán)牙微微網(wǎng)A向nRF52發(fā)送體積測(cè)量、稱重、執(zhí)行驗(yàn)視操作等指令，nRF52也可向藍(lán)牙舵機(jī)發(fā)送機(jī)械手臂控制指令；用戶手機(jī)或者快遞員PDA可通過藍(lán)牙微微網(wǎng)B向nRF52發(fā)送連接請(qǐng)求，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

圖5 藍(lán)牙散射網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

2.2nRF52處理器單元

本系統(tǒng)采用Nordic 公司的nRF52作為智能寄件箱控制單元的處理器。nRF52為支持Bluetooth Smart(即：低功耗藍(lán)牙BLE)、ANT/ANT+和2.4 GHz RF的無線多協(xié)議處理器，集成了32位ARM Cortex-M4F CPU、512KB Flash(除去協(xié)議棧占用空間，用戶可用空間為400KB)和64KB RAM，處理器速度可達(dá)64 MHz[7-8]。 與傳統(tǒng)MCU的IRQ中斷需要CPU干預(yù)不同，nRF52所特有的PPI(Programmable Peripheral Interconnect)機(jī)制使得外設(shè)之間事件可獨(dú)立于CPU進(jìn)行連接，無需占用CPU資源[9]。 nRF52具備SPI、UART、ADC、PWM等多種外設(shè)接口，基于其EasyDMA技術(shù)，外設(shè)可直接訪問內(nèi)部RAM，而不需CPU的干預(yù)；而且其大部分外設(shè)接口可通過編程設(shè)置對(duì)應(yīng)的物理引腳，使其具備了類似CPLD的功能，大大方便了PCB布線。同時(shí)該芯片還具備了NFC接口，可實(shí)現(xiàn)觸摸配對(duì)(Touch-to-Pair)功能。

圖6是nRF52最小系統(tǒng)原理圖，該芯片共有32個(gè)IO口，除去2個(gè)32.768 kHz的RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘口和2個(gè)NFC天線接口，用戶可以使用的IO口共28個(gè)，其中包括了12 bit分辨率的8通道ADC接口。在本系統(tǒng)中，1路串口連接電子臺(tái)秤；3路ADC用于連接3種氣體傳感器，實(shí)現(xiàn)違規(guī)物品嗅覺探測(cè)；4路IO口用于步進(jìn)電機(jī)控制，14路IO用于體積測(cè)量。

2.3六自由度機(jī)械手臂控制

六自由度機(jī)械手臂由藍(lán)牙舵機(jī)控制板控制，藍(lán)牙舵機(jī)控制板由：STC單片機(jī)、6路舵機(jī)控制接口、過流保護(hù)電路、藍(lán)牙串口模塊等部分組成。

六自由度機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)如圖7所示，其中包括6路舵機(jī)，可抓舉500 g物品。在此，將6路舵機(jī)進(jìn)行功能定義：舵機(jī)6(回轉(zhuǎn)舵機(jī))、舵機(jī)5(大臂舵機(jī))、舵機(jī)4(中臂舵機(jī))、舵機(jī)3(小臂舵機(jī))、舵機(jī)2(爪回轉(zhuǎn)舵機(jī))、舵機(jī)1(爪開合舵機(jī))。

圖6 nRF52832最小系統(tǒng)原理圖

圖7 六自由度機(jī)械手臂構(gòu)圖

為實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的遠(yuǎn)程控制，在遠(yuǎn)程客服端引入兩路搖桿[10-12]，其中：左搖桿為二維搖桿，右搖桿為三維搖桿(除了二維搖桿的功能外，增加了Z向旋鈕和旋鈕中間的按鍵)；兩路搖桿通過RS232串口連接到遠(yuǎn)程客服計(jì)算機(jī)，經(jīng)信號(hào)處理后，通過網(wǎng)絡(luò)連接到寄件箱的中控計(jì)算機(jī)，中控計(jì)算機(jī)再通過藍(lán)牙微微網(wǎng)控制機(jī)械臂動(dòng)作。

兩路搖桿對(duì)機(jī)械臂的控制采用矢量方式，即：搖桿數(shù)值正負(fù)代表控制方向，搖桿數(shù)值大小代表控制速度。具體控制策略如圖8和表1所示。左側(cè)二維搖桿控制回轉(zhuǎn)臂和中臂的動(dòng)作；右側(cè)三維搖桿控制大臂、小臂、爪開合和爪回轉(zhuǎn)的動(dòng)作。

2.4體積測(cè)量單元

本寄件箱體積測(cè)量的目的，主要是為用戶選擇合適大小的格口，即：判斷用戶包裹應(yīng)該存放在大、中、小型哪種格口。

參照中華人民共和國郵政行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：YZ/T 0133-2013《智能快件箱》[13]，在標(biāo)準(zhǔn)7.1.4節(jié)中列出了智能快件箱格口內(nèi)空間尺寸，如表2所示。

圖8 機(jī)器手臂雙搖桿控制策略

表1 機(jī)械臂雙搖桿控制策略

表2 格口內(nèi)空間尺寸[13] mm

在YZ/T 0133-2013標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)置了寬度、深度和高度的范圍，但高度未設(shè)置上限；參照中國郵政集團(tuán)公司暫行規(guī)范：Q/ZX 002-2014《室內(nèi)型智能包裹柜技術(shù)要求》[14]，在規(guī)范8.2.3節(jié)表2中，所列高度的最大值為440 mm，本系統(tǒng)參照這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置本智能寄件箱所能放置包裹的最大尺寸為： 450 mm×600 mm×450 mm(寬×深×高)。

系統(tǒng)基于650 nm紅色激光頭作為發(fā)射端，使用光電接收管作為接收端，基于光線的遮擋原理，構(gòu)建對(duì)射激光光柵，實(shí)現(xiàn)對(duì)格口內(nèi)包裹體積的測(cè)量。通過表2可看出，格口的最關(guān)鍵尺寸是高度，寬度和深度對(duì)精度要求不高，為了應(yīng)對(duì)不同的測(cè)量精度要求，本系統(tǒng)的寬度光柵固定安裝在箱體底端，激光間距為20 mm，即測(cè)量誤差為±10 mm；深度和高度測(cè)量光柵為可垂直移動(dòng)光柵，處于底端時(shí)可測(cè)量包裹長(zhǎng)度(即對(duì)應(yīng)的深度)，通過步距角為1.8°的42步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)固定于垂直絲杠上的對(duì)射光柵向箱體上方移動(dòng)，當(dāng)光柵間的激光信號(hào)均不被遮擋時(shí)，根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算絲杠的行程，即可得到包裹的高度。從而實(shí)現(xiàn)了包裹寬度和長(zhǎng)度的靜態(tài)測(cè)量，對(duì)高度的精確動(dòng)態(tài)測(cè)量。

本系統(tǒng)中，寬度測(cè)量最大為450 mm，深度測(cè)量最大為600 mm，激光間距為20 mm，由此可計(jì)算出寬度和深度測(cè)量各需要23路和30路激光對(duì)射單元，nRF52最多只有32個(gè)IO口，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，所以需要做IO擴(kuò)展，本系統(tǒng)使用74LS165實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換，寬度和深度測(cè)量各使用了23/8≈3片和30/8≈4片74LS165，圖9列出了深度測(cè)量的IO口擴(kuò)展電路。由此，可得出寬度和深度測(cè)量光柵接收單元共需8個(gè)IO口；對(duì)應(yīng)的兩路激光發(fā)射單元，通過2個(gè)IO口控制繼電器實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)占用4路IO口；因此，體積測(cè)量部分，共占用nRF52 14個(gè)IO口。

圖9 多路光電接收管信號(hào)采集電路圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1軟件工作流程

系統(tǒng)軟件工作流程圖如圖10所示，客戶首先通過觸摸屏輸入寄遞信息；然后通過按鈕呼叫遠(yuǎn)程客服，在客服的語音指導(dǎo)下，客戶將打開的包裹放入寄件箱；遠(yuǎn)程客服遠(yuǎn)程控制機(jī)械臂動(dòng)作，進(jìn)行遠(yuǎn)程驗(yàn)視操作，如果驗(yàn)視過程中看到疑似違禁物品或者嗅覺傳感器報(bào)警，則停止驗(yàn)視操作，遠(yuǎn)程客服與客戶進(jìn)行語音交流；如果確認(rèn)為違禁物品，則請(qǐng)客戶取回包裹，本次服務(wù)結(jié)束；如果經(jīng)過確認(rèn)不是違禁物品，則語音告知客戶取出包裹進(jìn)行封裝。然后客戶重新將包裹放入寄件箱，進(jìn)行稱重和體積測(cè)量；中控計(jì)算機(jī)根據(jù)重量和寄遞距離計(jì)算費(fèi)用，并控制標(biāo)簽打印機(jī)打印標(biāo)簽；客戶取出包裹粘貼標(biāo)簽；中控計(jì)算機(jī)控制合適體積的空閑格口打開，客戶將包裹放入對(duì)應(yīng)的格口，本次服務(wù)完成。

圖10 遠(yuǎn)程寄件系統(tǒng)軟件工作流程

3.2基于nRF52的藍(lán)牙散射網(wǎng)構(gòu)建

在本系統(tǒng)中，基于nRF52的MultiRoles功能，實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙散射網(wǎng)的構(gòu)建，在2.1節(jié)中已經(jīng)有詳細(xì)的描述。本部分主要介紹nRF52分別作為Central和Peripheral與藍(lán)牙舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板(Peripheral)和手機(jī)(Central)的連接流程。具體流程如圖11所示。

首先，nRF52對(duì)端口和外設(shè)進(jìn)行初始化(如IO口，ADC單元等)。然后，進(jìn)行BLE堆棧初始化ble_stack_init，其中包括初始化協(xié)議棧SoftDevice和設(shè)置BLE事件處理中斷，中斷包括兩種，一種為BLE事件處理中斷ble_evt_dispatch，此部分為藍(lán)牙通信的核心部分，由于BLE的特點(diǎn)是連接快速、功耗極低，故對(duì)于BLE事件都采用中斷處理方式，平時(shí)處于睡眠狀態(tài)以降低功耗，此部分中斷函數(shù)包括：nRF52作為Peripheral時(shí)的事件處理函數(shù)(如：外設(shè)的GAP和GATT事件處理函數(shù)on_ble_peripheral_evt，廣播事件處理函數(shù)ble_advertising_on_ble_evt，連接事件處理函數(shù)ble_conn_params_on_ble_evt，以及用戶事件處理函數(shù)ble_appP_on_ble_evt)，nRF52作為Central時(shí)的事件處理函數(shù)(如：外設(shè)發(fā)現(xiàn)函數(shù)ble_db_discovery_on_ble_evt，用戶事件處理函數(shù)ble_appC_on_ble_evt，如GAP連接或斷開事件、GAP連接參數(shù)更新請(qǐng)求事件等)；另外一種中斷是系統(tǒng)事件中斷處理函數(shù)sys_evt_dispatch，主要是對(duì)內(nèi)部Flash的操作。然后，開始進(jìn)行配對(duì)管理初始化peer_manager_init和設(shè)備發(fā)現(xiàn)初始化db_discovery_init；接著配置GAP參數(shù)gap_params_init和配置連接參數(shù)conn_params_init；進(jìn)行服務(wù)初始化services_init，主要涉及外設(shè)、設(shè)備信息等服務(wù)的初始化；廣播初始化advertising_init；啟動(dòng)廣播和廣播掃描adv_scan_start。最后，進(jìn)入睡眠模式power_manage，當(dāng)發(fā)生GAP連接事件或GATT數(shù)據(jù)通信事件時(shí)，nRF52會(huì)從睡眠模式喚醒，進(jìn)行事件處理，處理完成后重新進(jìn)入睡眠模式。

圖11 nRF52的MultiRoles工作流程

當(dāng)兩個(gè)設(shè)備通過BLE建立連接后，就開始通過BLE協(xié)議棧的GATT層進(jìn)行數(shù)據(jù)通信了。兩個(gè)設(shè)備，其中有一方為GATT服務(wù)器的角色，另外一方為GATT客戶端角色，GATT服務(wù)端是負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)服務(wù)的設(shè)備，GATT客戶端是從GATT服務(wù)器讀寫數(shù)據(jù)的設(shè)備。BLE數(shù)據(jù)通信方式有：讀屬性ReadAttr、寫屬性WriteAttr、通知Notify和指示Indication，其中前兩者需由GATT客戶端發(fā)起；后兩者是由GATT服務(wù)器發(fā)起，其中指示Indication必須確認(rèn)特性值被接收后才可進(jìn)行下一個(gè)數(shù)據(jù)的傳輸，而通知Notify不需要[15-16]。

本系統(tǒng)設(shè)置nRF52為GATT服務(wù)器，藍(lán)牙舵機(jī)板、中控機(jī)藍(lán)牙模塊、手機(jī)或PDA為GATT客戶端，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，nRF52作為GATT服務(wù)器向GATT客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)使用指示Indication實(shí)現(xiàn)，GATT客服端向nRF52發(fā)送數(shù)據(jù)使用寫屬性WriteAttr實(shí)現(xiàn)。

4 測(cè)試驗(yàn)證

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了樣機(jī)試制，并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了功能測(cè)試。樣機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)于寄件包裹的遠(yuǎn)程驗(yàn)視功能(包括：視頻傳輸、嗅覺探測(cè)、機(jī)械臂控制等功能)、自動(dòng)稱重功能、自動(dòng)體積測(cè)量功能。圖12所示為樣機(jī)實(shí)物圖。

圖12 樣機(jī)實(shí)物圖

5 結(jié) 語

基于藍(lán)牙散射網(wǎng)的遠(yuǎn)程驗(yàn)視智能寄件箱實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程驗(yàn)視、自動(dòng)計(jì)費(fèi)、智能存儲(chǔ)等多項(xiàng)功能。基于遠(yuǎn)程客服的驗(yàn)視方法，杜絕了不同快遞員驗(yàn)視標(biāo)準(zhǔn)不一致或者不驗(yàn)視等問題；同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了客戶與驗(yàn)視員對(duì)包裹的同場(chǎng)驗(yàn)視，杜絕客戶包裹內(nèi)貨物丟失導(dǎo)致的責(zé)任劃分問題的出現(xiàn)。通過對(duì)包裹體積自動(dòng)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了格口的自動(dòng)適配選擇，避免了資源浪費(fèi)。另外，基于nRF52構(gòu)建的藍(lán)牙散射網(wǎng)，本系統(tǒng)可無縫融入現(xiàn)有的快遞取件箱設(shè)備軟硬件系統(tǒng)，利用現(xiàn)有的空閑格口、顯示器、打印機(jī)等設(shè)備，只需更新軟件功能，添加一個(gè)驗(yàn)視箱即可，最大程度上優(yōu)化了功能、解決資源的浪費(fèi)。

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Design of Intelligent Mail Box with Remote Visual Inspection Based on Bluetooth Scatter Net

WUPengbo1,LIli1,ZHANGJinyan2,LIXuehai1

(1.Department of Telecommunication Engineering,Shijiazhuang Post & Communication Technology Institute,Shijiazhuang 050021,China; 2.Application of Information Consulting Institute,Hebei Communication Design & Consultation Co.,Ltd.,Shijiazhuang 050021,China)

The paper designed a kind of intelligent mail box with remote visual inspection function based on the rule of “a visual examination must be made before the closing of mail box” when the courier receiving the packages.The remote visual inspection on express packages was designed based on the remote audio and video transmission,remote robot control and illegal gas detection and other functions.Hence it prevented the operators from different visual inspection standards or no visual inspection.A Bluetooth scatter net based on nRF52832 realized wireless connection of the manipulator arm,the main control computer,mobile phone or PDA,so that the system could be seamlessly integrated into the existing express cabinet system,the cost of the system was reduced.The automatic volume measurement technology could automatically open,the appropriate size of grid for the package could avoid the waste of space resources.After operation tests,the system has stable performance and convenient operation,and the performance of the system has reached the design requirements.

bluetooth scatter net; visual inspection; mail box; nRF52832; robot arm

2016-10-13

河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目(16214706)；河北省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究青年基金項(xiàng)目(QN2015326);石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目(YB201405,ZD201408)

吳蓬勃(1980-)，男，河北辛集人，碩士，講師，主要研究方向：嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

Tel.：18931368610; E-mail：wpb3dm@126.com

TP 29

：A

1006-7167(2017)07-0080-06