集紅外傳感與GSM模塊于一體的智能快遞包裝回收箱設計

徐濤，朱金辰，孫月，王婷，李金豪，史道玲

（安徽新華學院電子工程學院，安徽合肥，230088）

0 引言

在物流行業飛速發展的背景下，“垃圾分類”已成為新時代的熱點。根據相關法律法規要求，2025年底前全國地級及以上城市將基本建成垃圾分類處理系統。而快遞包裝帶來的污染與浪費問題日益嚴峻[1]。因此，在分類回收背景下如何讓快遞包裝“綠”起來，已成為亟待解決的問題。

基于此，為有效提高快遞包裝回收率，降低回收成本，實現快遞包裝綠色回收和循環利用，一款具備多功能區域的智能化回收的智能快遞包裝回收箱便應運而生。該智能快遞包裝回收箱由顯示屏區、快遞包裝投放口、拆解膠帶工作區、壓縮區、存儲區等五部分組成，其設計更符合當前結合“互聯網+”模式的智能分類回收市場需求，遵循在可持續發展理念下發展綠色物流的原則。該智能快遞包裝回收箱功能區域分工明確，不僅能夠有效實現快遞包裝分類回收，且工作效率高，無需用戶花費很長時間去等待，實用性較強。該回收箱無論是用于快遞回收站還是物流相關企業，都能夠帶來經濟效益，促進快遞業朝著“綠色、環保”的方向轉型升級，其中蘊含的市場價值與前景不可估量[2-3]。

1 系統功能設計

智能快遞包裝回收箱通過融合紅外傳感器與GSM模塊等多設備將工作區域分為顯示屏區、快遞包裝投放口、拆解膠帶工作區、壓縮區、存儲區五大功能區域。為達到智能化、自動化的管理運行效果，軟、硬件設計相互協調、相輔相成。回收箱的硬件裝置在電源供給條件下正常運作，再利用WIFI+GSM模塊來實現用戶和工作人員的實時登錄及信息傳遞。用戶在使用過程中通過RS485通信接口與WIFI模塊的作用可以進行個人積分信息查詢以及實現現金兌現等相關操作。同時LED系統的控制核心也利用微處理器來進行控制，實現智能化照明調節。系統組成框圖如圖1所示。

圖1 智能快遞包裝回收箱系統設計框圖

由于快遞包裝回收站的空間有限，將快遞包裝回收區與存儲區設置成緊密分布的布局；為提高回收量，將投放口設置到拆解膠帶區的正上方；根據右手就近原則將投放口及拆解膠帶區設置在顯示器區的右側。回收箱可通過紅外傳感器、紅外對管、PVC檢測器與其他設備對用戶投放的不同規格的快遞包裝進行拆解、壓縮、分類。回收箱另外利用紅外對管、STM32單片機、低電平信號接收器、GSM模塊等器件組合成存儲區域存儲量監控系統，對智能快遞包裝回收箱存儲情況進行實時監督，一旦存儲區容量達到80%，則自動提醒工作人員對回收箱內的快遞包裝進行清理。

2 系統軟硬件設計

智能快遞包裝回收箱為盡可能的容納五個功能區域并提升存儲利用率，其設計外形為長4米、寬1米、高2米的長方形。整體裝置供電系統主要由單晶硅太陽能板、數顯控制器及硅能蓄電池組成，其中數顯控制器用來保護電瓶防止過充過放。陽光充足時，太陽能板通過控制器給蓄電池充電，同時蓄電池為系統各部件供電。夜間或陽光較弱時，則由蓄電池直接使用白天存儲的電能進行供電，體現出了遵循節能、綠色創新設計理念。

智能快遞包裝回收箱采用模塊化設計，日常工作中即使某模塊出現問題，也只需針對性的進行修理或調換模塊，不會影響其他子系統的工作狀態。系統模塊主要包括液晶顯示屏、紅外傳感器、PVC檢測器、STM32單片機、低電平信號接收器、紅外對管、GSM模塊、LED燈、步進電機、T型絲桿線性直線導軌滑臺、光敏模塊、4×4矩陣模塊、分解傳感器、壓縮傳感器等。為了區分用戶與工作人員，智能快遞包裝回收箱工作區域的顯示屏區界面有不同的登陸角色選項，用戶登陸則可以進行相關操作積分累計或兌現現金等相關服務，而工作人員登陸則能夠實現對回收箱的操作控制，方便其對存儲區域快遞包裝的高效處理。系統裝置內外觀分別如圖2、圖3所示。

圖2 智能快遞包裝回收箱外觀

圖3 智能快遞包裝回收箱內觀

回收箱的電能主要由太陽能板供應，各項傳感器對所投紙盒進行檢測，將信號送給芯片以實現步進電機帶動旋轉裝置、推拉裝置實現快遞的定向運動，使快遞運轉并準確分類到對應的存儲箱中。其控制核心為STM32單片機，機電傳動裝置是回收箱運作的核心組成部分，絲杠選擇帶有42型步進電機，有效行程為400mm的T型絲桿線性直線導軌滑臺。當投投放的快遞包裝經過紅外傳感器識別后，檢測的低電平信號傳輸給STM32，再由STM32控制電機帶動轉盤運作到對應的桶位置，最后STM32控制電機轉動帶動絲杠將快遞包裝傳送到下一功能區域處，之后絲杠將自動返回原來位置。通過對智能快遞包裝回收箱整體機械機構的合理設計，靈活的將對管紅外傳感器、PVC檢測器與GSM模塊的體積縮小，實現快遞包裝存儲區域的容量最大化，同時結合存儲區域監控系統，實時能與工作人員取得聯系，達到高效率處理速度的智能化管理。

此外，回收箱還結合多個子系統來實現多區域的自動化。其中分類檢測子系統使用PVC檢測傳感器來確定包裝是否為聚氯乙烯材質的膠帶及快遞外包裝袋，為后續拆解流程做準備；通過紅外傳感網來識別快遞包裝是否完整，以實現可利用與不可利用的分類存儲；短信反饋子系統主要利用紅外對管檢測可利用與不可利用存儲區域內的容量是否滿80%，STM32端口負責接收低電平信號，GSM模塊負責發送消息聯系工作人員實現智能化管理；照明調節子系統主要由ARM系列微處理器STM32控制，解決光線不足情況下的補光效果；機械控制子系統的檢測系統單片機通過串口通訊將檢測的類別信息傳輸給驅動單片機 STM32，驅動單片機發送指令控制步進電機，配合電機驅動器提供良好的電流和細分來驅動電機工作。

回收箱工作流程如圖4所示。用戶投放快遞包裝先由分類檢測子系統通過PVC檢測傳感器來確定快遞是否為聚氯乙烯材質的膠帶及快遞外包裝袋，當PVC檢測器工作時，識別到該物體為塑料類物品，在拆解區時，會在自動化分解機的作用下將快遞包裝拆解為包裝盒與膠帶兩部分，在步進電機的作用下，左傳送帶將其運往檢測區域。隨后進行紅外傳感網識別，若包裝紙箱不可利用則經過左傳送帶送至不可利用區域，若識別可利用，則將在STM32端口的作用下使剩余的快遞包裝箱繼續往前工作，當紙材包裝接近紅外傳感器前方探頭時，其內部的常開開關閉合，使繼電器通電，其繼電器常開開關閉合形成回路，經過 STM32 單片機處理，STM32 端口發出一個低電平信號。該端口連接一個低電平信號接收器，當低電平信號發出后，接收器接收到低電平信號，啟動紅外傳感網，識別包裝紙箱是否完好，若完好則在右傳送帶的作用下傳至壓縮區，近而進行壓縮程序。反之，若包裝紙箱識別破損或者不屬于可利用快遞包裝材料則左傳送帶啟動運作。這樣則根據快遞包裝盒是否完好對其進行了分類，經過傳送帶右端則進入可利用區域，左端則進入不可利用區域。整個系統末端將會對應的通過足夠大的傳送帶運往可利用存儲區域與不可利用存儲區域。

圖4 智能快遞包裝回收箱主流程設計

當存儲區域容量達到80%時，則壓縮的快遞包裝會將紅外對管遮擋，此時STM32 單片機將接收到一個低電平信號，經處理，向GSM模塊發送一個信號，在GSM模塊發送消息后由工作人員對回收站內快遞包裝進行清理。為了防止投放快遞時，紅外傳感器的對射被擋住，發送一個錯誤訊息，所以設計時，紅外傳感器被擋住時間超多5秒，STM32單片機才會給GSM模塊發出指令。

3 結束語

智能快遞包裝回收箱的設計是“綠色物流”新時代背景下的產物，相信本設計無論是在完善快遞包裝分類回收渠道上，還是在實現設備的自動化和智能化回收方面或多或少具備一定的參考價值。在國家政策支持與互聯網、供應鏈理論發展的基礎下，智能化分類回收必將是未來深入研究的對象之一[4-5]。所以，在快遞包裝帶來的污染與浪費問題日益嚴峻的情形下，如何有效地引導人們參與到這場全民“垃圾分類”戰役當中是決勝的關鍵！智能快遞包裝回收箱的設計或許只是個開端，但國家倡導的走可持續發展道路，主張促進綠色物流發展的新理念永遠不會過時，我們每個人都應當努力開發自己的創新思維，為綠色物流的發展貢獻自己的一份力量。