智能快遞存取系統的實現方法

文/王月坤 高中華 張夢雪 潘婷 劉爽

智能快遞存取系統的實現方法

文/王月坤 高中華 張夢雪 潘婷 劉爽

當今網絡購物的時代趨勢下，物流行業發揮著越來越重要的作用，運送效率成為重要因素。該系統設計了一種基于互聯網的智能快遞系統，旨在降低快遞企業的運營成本，為用戶接收快件提供便利的時間和地點。通過MSP430F149單片機等模塊控制，實現智能快遞收件派件和寄件的功能，四信3G/4G無線路由器F3424實現終端無線聯網和遠程管理。

智能快遞柜 互聯網 控制系統 網絡傳輸

1 引言

現今互聯網高速發展的時代，網購成為一種趨勢。快件眾多，客戶狀態不確定、時間地點不對稱等客觀因素致使投遞效率低下，客觀因素增加快遞企業的負擔和成本。然而當前全國大部分地區采取傳統的派送方式，高效的快遞管理方式必將成為今后快遞行業發展的主流趨勢。因此本文提出的智能快遞柜發揮著巨大的作用，使快遞行業得到極大的便利，快遞員等待的時間最小化，快遞的配送效率得到提升。

現階段，國內快遞自提模式[1]類似ATM機的快遞寄取終端可便于快遞人員隨送隨收，客戶可隨時隨地去取。付先凱[2]提出系統終端自動向收件人發送快遞存放的箱柜號及隨機密碼，實現用智能系統提高工作效率。岳軍[3]研究出管理系統的各個子系統相互配合，自動稱重短信發送功能為目標，兼具費用支付的功能的快遞柜。張秋燕[4]提出亞馬遜儲物柜（可以說是自動取款機和保險箱的結合）可以掃描條形碼，獲得一個P1N碼，輸入后，可以拿到包裹。Collect+也出現過智能柜的驗證方式[5]，就是利用掃快遞單上的二維碼，手機輸入驗證碼顯示網頁簽收，后臺數據處理。智能自提柜的出現優化了傳統運作模式，而快遞信息化趨勢也將注定自提柜發展的必然[6]。崔勇強等[7]從控制器主要實現柜門鎖開關、溫濕度監測、壓縮機控制，以及紅外物體探測功能。基于物聯網的終端可以通過全自動機械裝置實現快遞包裹的自動存取，通過幾何立體倉庫結構與上下位機的結合實現快遞的最優化存儲[8]。劉立華[9]提出可以采用企業與便利店、小區物業部門合作的形式，開發“物流節點”。

本智能快遞柜在傳統快遞柜的基礎上完善了寄取流程中的各項功能，以具有運算速度快，超低功耗的MSP430F149單片機為核心，各個模塊互相配合，提高了寄取效率，實現了寄取一體化，增加了重力檢測、X射線安檢儀等模塊。主要包括智能快遞柜、四信F3424系列工業路由器、后臺服務器3部分。其中核心部分是由單片機模塊、電磁門系統、射頻卡模塊、短信模塊共同組成的智能快遞柜實體，公司服務端和快遞柜控制端通過互聯網傳遞信息。

2 智能快遞柜總體

整個快遞柜由三大部分組成：主屏幕、重力感應箱、X射線安檢儀和箱柜部分。

其中，主屏幕為觸屏，可以自行選擇取件或寄件模式。重力感應箱有重力傳感器，放入需要寄的快件，主屏幕會顯示該物體的重量，并由系統計算出所需費用，顯示于主屏幕上，支付成功完成寄件。同時該箱體還安裝了X射線安檢儀器，系統會自動檢測該物體是否為違禁物品，如果不合格，將不能成功寄件。箱柜分成三大規格，方便各種快件的存放。小尺寸為40×55mm，中尺寸為60×80mm，大尺寸為80×100mm。

具體結構如圖1所示。

圖1：智能快遞柜箱體結構圖

2.1 用戶存件流程

用戶的存件流程如圖2所示。快遞員將快件送達指定鎖存地點后，系統自動刷卡驗證，再輸入密碼，對快遞員的身份進行核實檢驗。隨后，存入智能快遞箱并用控制鎖鎖上即可。本文使用非接觸式且加密程度高的射頻RFID作為快遞的標簽，智能快遞柜自動將物品進行識別，然后利用MSP430單片機控制TC35模塊給用戶發送包括取件地址和驗證碼的短信，用戶在方便的時間到達該終端前輸入驗證碼或者刷卡，即可打開智能控制箱的控制鎖，取出快件。

圖2：用戶存件流程圖

圖3：用戶寄件流程圖

2.2 用戶寄件流程

用戶的寄件流程如圖3所示。用戶先將要寄物件放到與顯示屏相連的稱重器上，稱重器直接將重量信息反饋到顯示屏上，選擇寄件模式后，選擇快遞公司，用戶填寫完快遞單后，根據重量會顯示郵費價格，用戶刷機付款之后同時選擇合適的箱子規格，系統會控制電子鎖打開對應的寄件箱門存件。RFID對快遞進行掃描，系統對數據進行存儲、處理，對要寄往的地區進行分類。待存儲物件達到一定數量或一定時間，快遞員在系統中核實身份后，選擇取件，系統一次性打開所有寄件箱門，方便快遞員進行分地區派送。

圖4：單片機控制流程圖

3 單片機模塊

本文選擇的MSP430系列單片機，與89C51、52等系列單片機相比較，具有運算速度快，超低功耗，片內資源豐富，開發環境簡單等優點，因此我們選擇其作為系統控制核心。它的主要作用是接收紅外對管的消息，以便于檢測電磁門鎖的狀態。

箱體部分的核心是MSP430F149單片機，它與電磁鎖、重力傳感器、報警器、射頻卡等硬件設備結合共同實現智能快遞柜的存取功能。電磁鎖模塊用于檢測快遞柜電磁門鎖的狀態，射頻卡用于掃描驗證快遞員的身份，短信模塊用于向收件人發送快遞信息提醒，以便及時取件。具體單片機控制流程如圖4左側模塊所示。

3.1 箱體部分功能設計與實現

3.1.1 電磁鎖設計與實現

本文選擇紅外對管控制快遞柜的開合。它由電磁繼電器，直流5V電子鎖和紅外對管組成。當快遞柜處于關閉狀態時，紅外對管信號線輸出低電平；當快遞柜處于打開狀態使，紅外對管信號線輸出高電平。信號線接入單片機IO端口，以便于檢測快遞柜電磁門鎖的狀態。

3.1.2 測重設計與實現

本文通過重力傳感器、液晶顯示、報警器和主控單片機等部件實現用戶寄件時的稱重功能。通過重力傳感器測量信號，輸入信號通過放大信號系統，再經過A/D轉換器將放大后的信號輸送給CPU控制系統，用液晶顯示屏系統顯示數據，報警器系統用來防止超重損壞稱重器。以MSP430F149單片機為主控芯片，與稱重電路、顯示電路、報警電路等構成稱重系統電路板，從而實現用戶寄件時自動稱重的各種控制功能。

3.1.3 射頻身份識別設計與實現

該部分由單片機、感應讀卡機模塊、顯示模塊組成，它們共同完成讀卡校驗快遞員身份的任務。其中讀卡機模塊對非接觸式RFID晶片進行讀入，進而由單片機進行卡號比較驗證身份。

3.2 無線通信

本文通過四信3G/4G無線工業路由器F3424提供網絡接入，同時與后臺服務器建立IPSEC連接，各地區快遞柜站點均可通過IPSEC加密后將相關數據上報到后臺服務器，以便運營商通過后臺服務器對數據進行統計管理，以及遠程監控等。

此外，3G/4G無線工業路由器F3424同時完成了獨立無線WIFI網絡覆蓋，顧客可以通過各類手持終端連接WIFI上網。快遞終端也可通過網絡頁面向顧客投放廣告，以擴展快遞行業的效益。

3.3 后臺部分功能設計與實現

后臺部分主要由上位機、打印機、攝像頭等組成，面向用戶，以方便用戶完成取件與寄件流程[10]。控制流程如圖4右側模塊所示。

上位機部分由Java等高級語言進行程序編寫，以完成取件及寄件流程中的各個步驟，用戶通過觸摸屏實現具體操作。打印機與上位機連接，在用戶寄件時打印快遞單。攝像頭用來監視用戶取寄件及快遞員派送過程，實現過程透明化，提供安全保障。

根據本系統的功能和單片機的工作條件，設計出智能快遞存取系統的硬件電路，圖5為MSP430F149單片機最小系統電路圖，包括單片機芯片、AD電壓電路、晶振電路、復位電路、JTAG下載電路。本系統主要是對智能快遞柜的狀態進行監測并控制其有效運行，同時與上位機進行數據通信。

圖5中電源模塊的穩定可靠性是系統平穩運行的前提和基礎。圖5中左下角部分是在單片機的復位引腳RST上外接一個電阻和一個電容，實現復位，其作用是把電路初始化到一個確定的狀態。圖5中上面部分是振蕩電路，單片機晶振與兩個電容相連，其作用是為系統提供基本的時鐘信號。

4 結束語

圖5：MSP430單片機最小系統電路設計圖

該智能快遞存取柜以MSP430F149單片機為核心，與電磁門系統、測重模塊、射頻卡模塊、無線通信模塊等相結合，主要實現了用戶寄取流程中柜門自動開合，寄件時智能測重并計算郵費，智能識別快遞員身份，智能派件等功能，使人機趨于一體化，大大降低了快遞行業的運營成本，提高了工作效率。此外，本智能快遞柜在箱體設計部分，通過大量的信息統籌，設計了較為合理的尺寸。因此本文提出的智能快遞系統為物流配送行業帶來新的發展方向，系統將應用于更加廣泛的市場。

[1]杜榮雪,阮國祥.智能自提柜在城市社區應用的可行性分析[J].物流科技,2015,38(01)：133-134.

[2]付先凱.基于物聯網的智能快遞收發系統設計[J].山東工業技術,2015(01)：207-207.

[3]岳軍.社區快遞收發智能管理系統及其實現方法： CN,CN103021037A[P].2013.

[4]張秋燕.關于智能快遞自提柜的研究及應用分析——以亞馬遜為例[J].科技廣場, 2014(10)：141-145.

[5]馮定忠,丁楊科.一種快遞簽收系統：CN105046794A[P].2015.

[6]任為.淺議智能快遞柜發展的制約因素及策略[J].中小企業管理與科技, 2015(20)：187-187.

[7]崔勇強,蔡篤軍,沈壽鵬,等.智能自提柜冷藏控制系統的設計與實現[J].電子世界,2015(19)：92-95.

[8]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(03)：109-112.

[9]劉立華.智能快遞柜自助服務的應用及其發展方向[J].物流工程與管理,2015,37(08)：54-55.

[10]李浩然,李朵然,王蕾,等.智能快遞柜的設計與實現[J].電子制作,2015(7Z)：60-61.

王月坤（1996-），女，河南省南陽市人。大學本科學歷。主要研究方向為通信工程及計算機應用。

作者單位 河南師范大學 河南省新鄉市 453007

河南省高等學校重點科研項目(16A520015)；河南師范大學博士啟動課題(qd15131)。