基于單片機的新概念外賣儲存柜研發＊

李 引 ， 彭福鑫 ， 郭茂成 ， 王玉柱

（福建農林大學機電工程學院，福建 福州 350100）

0 引言

隨著時代的發展，點外賣已成為高校學生用餐的主要形式之一[1]。然而在許多高校，由于上課等種種原因，高校學生和外賣員無法在同一時間地點進行接收和送達，往往造成外賣員長時間等待或高校學生等待以及外賣直接放置在樓宇門外無人看管的情況，日復一日，不僅浪費了外賣員和學生顧客的大量時間，而且造成外賣隨意放置的安全隱患，甚至出現冒領、誤領等外賣丟失等現象。由此，一款可進行安全存取的外賣暫存柜變得極為必要。本設計的柜體通過人為進行劃區管理，使空間配置最優化；加入溫度控制，最大程度上保證外賣美食口感；結合人臉識別技術，讓取餐環節更加安全高效；采用云端通訊，方便快捷的溝通外賣人員與顧客，使顧客和商家能更好掌握外賣實時情況。方便大家的生活，使得學生不必在上課時為外賣的卡點而煩惱，外賣員也不必再為外賣的準時送達浪費不必要的時間和精力。

1 總體設計

本裝置總體由柜體、面板控制系統、單片機、人臉識別模塊、溫控系統、通訊模塊、通風槽等組成，在存儲柜的空間配置上人為地采用分區管理，使外賣相關問題得到有效解決。系統整體結構如圖1所示，系統三維總裝示意圖如圖2所示。

圖1 系統整體結構圖Fig. 1 Overall system structure diagram

2 設計方案與原理

2.1 工作原理

首先對整個柜體存儲空間進行人為分區管理，規范取餐秩序。為了最大限度地保持外賣美食的口感，設置了溫度控制系統，采用12V-TEC1-12706型號的半導體制冷片，可達到穩定有效的制冷效果，另外采用了DC12V T5-LED紫外線殺菌保溫燈管，可以有效殺菌消毒，且其可以實現對外賣加溫，當Ds18b20溫度傳感器檢測到格內溫度低于外賣員設置的溫度時，系統打開燈管進行升溫，當高于所設定溫度時，系統開啟半導體制冷片進行降溫。此外，設計了軟件APP，其可以讓外賣員實時掌握外賣柜位置以及是否還有儲藏空間等信息，系統工作流程如圖3所示。在系統控制面板上采用了GPU液晶顯示器，通過它可以控制整個裝置運行，在取餐方面采用了人臉識別和驗證碼取餐方式，方便快捷且安全可靠。最后為了減輕外賣員和商家的負擔，獨特的設置了“外賣到家”的功能，即結合現代通訊設備，以短信的方式通知點餐人員以及商家，外賣已安全送到，這極大增加了產品實用性與便捷性。

圖2 系統三維總裝示意圖Fig. 2 3D assembly diagram of the system

圖3 系統工作流程圖Fig.3 System work flow chart

2.2 裝置分塊功能及優點介紹

2.2.1 智慧存放

外賣柜在實現了最基本防偷功能外，還引入了分區管理理念，如圖4所示，柜體分為A、B兩區，其中A區為統籌劃撥管理區，即以申請方式按班級劃分存儲區，B區為自由存放區，以對個人的方式進行開放，作為外賣量比較多的班級存放區域的補充。A區B區均進行統一編號，保障取餐信息明確可靠。通過導入學生校園卡信息，實現實名認證，同時借助APP或柜體的攝像頭實現人臉認證，同學們既可以通過刷卡取餐，也可以通過人臉識別取餐，提高取餐效率。

圖4 分區示意圖Fig. 4 Zoning diagram

2.2.2 操作界面簡潔

柜體主控臺配有7寸GPU液晶顯示屏，如圖5所示，界面清新簡潔，顯示菜單為存儲、取餐、信息、選區等。當外賣員把美食送至儲存柜并點擊存儲，系統會跳出常溫存儲、保溫存儲、降溫存儲等選項，待操作完成后，便將相應的取餐信息自動生成短信通知外賣主人。

圖5 GPU液晶顯示屏界面示意圖Fig. 5 GPU LCD interface diagram

3 便捷的取餐過程

本設計采用傳統方式取餐與現代智能人臉識別技術有機結合，使取餐更加高效智能[2]，儲存柜搭載了OpenMV，如圖6所示，進行人臉識別數據的錄入和識別，其通過與上位機進行通信將人臉信息錄入并形成全樣本數據庫。取餐時，通過OpenMV cam的內置人臉檢測功能進行取餐人員身份確認。在分辨上采用LBP（局部二值模式）的特征利用函數find_lbp，其會從ROI元組（x，y，w，h）中提取LBP關鍵點，然后將當前特征LBP值與數據庫進行比對，最后返回LBP最相近值對應的數據庫樣本編號，從而保證取餐人員身份的正確性。此外，學生還可以通過刷學生卡或通過按鍵面板，如圖7所示，輸入通知短信上的四位驗證碼進行取餐。

圖6 OpenMV安裝示意圖Fig. 6 OpenMV Installation diagram

圖7 外賣柜按鍵面板主視圖Fig. 7 Main view of takeaway cabinet button panel

4 恒溫控制

為了解決溫度對美食口感影響的問題，本設計在存儲格的內部材質上采用發泡保溫層，同時可通過DC12V T5-LED紫外線殺菌保溫燈，如圖8所示，對美食進行加溫并能有效殺死存儲格內的有害病菌，而在降溫方面，存儲柜設計了通風槽裝置以及12V-TEC1-12706型半導體制冷片，當溫度超過閾值時，其自動開啟降溫，可達到較好制冷效果[3]。

圖8 T5-LED三維建模安裝示意圖Fig. 8 T5-led 3D modeling installation diagram

食物的溫度可由外賣員根據其性質設置，溫度的采集依靠DS18B20溫度傳感器，其測量溫度范圍為-55℃～+125℃，精度可達±0.5℃，同時單片機將采集到的溫度數據送入控制程序，并顯示在LCD1602液晶屏上，有效保證溫控的準確性。其硬件連接如圖9、圖10所示。

圖9 DS18B20硬件連接示意圖Fig. 9 Hardware connection diagram of DS18B20

圖10 LCD1602硬件連接示意圖Fig. 10 Hardware connection diagram of LCD1602

5 完備的監控反饋系統

為了確定外賣是否安全送達，本設計設置了“外賣到家”的功能，即采用SIM900A模塊，進行通訊服務[4]，在外賣被安全取走后，單片機會控制SIM900A模塊自動發短信通知商家外賣已安全送達。

6 結束語

智能外賣柜是互聯網時代物聯網技術與物流技術深度結合的產物，其不僅有效解決了校園外賣送餐中的配送不安全、取餐難、取餐秩序差等各種現實問題，還在一定程度上提高了配送效率，增加了客戶滿意度，推動了整個外賣行業以及社會智能化的發展，具有良好發展前景。