基于物聯(lián)網(wǎng)的智能取件設(shè)備

楊運(yùn)祺，楊易儒，張琪，張浩毓，李勃

（1.福州工商學(xué)院，福建福州，350700；2.西安航空學(xué)院閻良校區(qū)，陜西西安，710089）

0 引言

第四次工業(yè)革命是我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重大機(jī)遇，因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，在人們的生活中有著至關(guān)重要的位置。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以進(jìn)行智能感知、識(shí)別技術(shù)等，這是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代之后的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)第三次浪潮，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的拓展，包括智能電網(wǎng)、智能家居等相關(guān)的領(lǐng)域，提升了人們的生活效率。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到快遞領(lǐng)域中，簡(jiǎn)化快遞存取模式，使得存取更加方便，這種類似于存取款機(jī)的方式，方便快遞工作員隨送隨收，也方便用戶存取物品，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升工作效率。

1 物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)概念

■1.1 物聯(lián)網(wǎng)基本原理

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本原理是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分的利用RFID技術(shù)、傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPS、M2M 等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段，讓快遞物品不需要人員的干涉，實(shí)現(xiàn)寄送和存取。

■1.2 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 傳感網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際上是傳感網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)及因特網(wǎng)融合的產(chǎn)物，核心因素的智能傳感技術(shù)，這是連接物質(zhì)世界、人類社會(huì)的基礎(chǔ)，充分的利用集成化的微型傳感器，互相協(xié)作實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及相關(guān)的技術(shù)手段進(jìn)行信息處理，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)把所感知到的信息傳遞到用戶端，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是成本低、消耗低、鋪設(shè)方式比較靈活，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在快遞行業(yè)中的應(yīng)用，關(guān)系到國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及快遞行業(yè)的迅速發(fā)展。

1.2.2 射頻識(shí)別技術(shù)

射頻識(shí)別系統(tǒng)是指物聯(lián)網(wǎng)閱讀器、電子標(biāo)簽等。利用此項(xiàng)技術(shù)，可以快速標(biāo)記并識(shí)別出相關(guān)物的信息，相對(duì)于條形碼更容易進(jìn)行吸附操作，這些被嵌入的物品可對(duì)其進(jìn)行超遠(yuǎn)距離的速度更快的定位追蹤和讀取物品信息。

對(duì)已經(jīng)被電子標(biāo)簽標(biāo)記過(guò)的物品其快遞的相關(guān)信息均有防護(hù)等級(jí)高的密碼保護(hù)，不易泄露信息，目前的無(wú)源射頻識(shí)別標(biāo)簽應(yīng)用的頻段多為13.56MHz頻段和900MHz頻段，前者多用于短距離識(shí)別，后者多用于遠(yuǎn)距離識(shí)別。

2 智能快遞總體

■2.1 設(shè)備總體功能

智能快遞終端存取系統(tǒng)主要分為快遞存放和快遞提取功能，對(duì)快遞存取功能和模塊進(jìn)行控制、輸入以及發(fā)送信息，快遞人員將快遞存入智能取件設(shè)備關(guān)閉后，設(shè)備會(huì)自動(dòng)根據(jù)快遞員輸入的手機(jī)號(hào)生成取件密碼并發(fā)送給用戶，用戶根據(jù)短信密碼進(jìn)行取件，當(dāng)用戶輸入密碼錯(cuò)誤超過(guò)三次，設(shè)備開始發(fā)出警報(bào)并鎖定密碼輸入功能十分鐘。在這一系統(tǒng)中，控制模塊使用單片機(jī)，控制快遞存儲(chǔ)過(guò)程中的信息輸出和輸入。其運(yùn)作流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)處理流程圖

■2.2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.2.1 智能快遞設(shè)備總設(shè)計(jì)原理圖

本次利用Altium Designer 2020軟件對(duì)電路原理圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)模塊化的思路，部分主要電路原理圖設(shè)計(jì)如圖2所示。圖中左側(cè)上方的是復(fù)位電路，它跟單片機(jī)的REST引腳連接，用于復(fù)位信號(hào)的輸入，單片機(jī)要完成復(fù)位動(dòng)作，需要接收到持續(xù)的電平信號(hào)輸入。本次采用的按鍵復(fù)位的方式，在需要復(fù)位的時(shí)候通過(guò)按鍵操作就行。左側(cè)下方的是時(shí)鐘電路，它跟單片機(jī)的XTAL1和XTAL2連接，中間接入一個(gè)12MHz的晶振，通過(guò)晶振和電容的配合產(chǎn)生心跳，類似于人的心臟，它的頻率快慢決定了單片機(jī)運(yùn)算的速度。

圖2 智能取件設(shè)備主要原理圖

2.2.2 主控制器

單個(gè)快遞點(diǎn)的智能存取快遞箱的實(shí)現(xiàn)并不需要太高算力的芯片，以免造成不必要的浪費(fèi)，本次模擬設(shè)計(jì)的智能快遞存取箱采用STC89C52芯片作為主要的控制芯片，該芯片有體積小、價(jià)格便宜、同類型中算力較高，能夠形成一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的主機(jī)，具備分析處理的能力，如圖3所示。

圖3 芯片圖

2.2.3 SIM短信發(fā)送模塊

SIM模塊的功能較多，但是本次設(shè)計(jì)只需要應(yīng)用到短信發(fā)送的功能。模塊除了接了電源供電之外，還接了PWK、RXD和TXD接口，其中PWK是模塊開關(guān)機(jī)的控制引腳，在模塊出廠的時(shí)候就被設(shè)置為上電自動(dòng)開機(jī)，這邊連接到GND；TXD和RXD是發(fā)送數(shù)據(jù)引腳和接收數(shù)據(jù)引腳，它的通信引腳是TTL電平的，所以在系統(tǒng)調(diào)試模塊的時(shí)候，要采用USB轉(zhuǎn)TTL的接口才行，然后連接電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)試。這個(gè)兩個(gè)接口分別和單片機(jī)的P31和P30連接，用來(lái)收發(fā)短信的信息。如圖4所示。

圖4 SIM短信模塊原理圖

2.2.4 即時(shí)顯示模塊

本次設(shè)計(jì)采用LCD1602液晶顯示屏，因?yàn)槠涔╇婋妷号c單片機(jī)相同且具備小巧、顯示內(nèi)容相對(duì)較多的好處。LCD1602液晶顯示屏的引腳功能如表1所示。

表1 液晶屏引腳圖

其電路原理圖如圖5所示，RS連接單片機(jī)的P25引腳，用作選擇寄存器使用的，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平選擇指令寄存器。RW連接單片機(jī)的P26引腳，它是讀寫信號(hào)線，高電平進(jìn)行讀操作，低電平進(jìn)行寫操作。EN連接單片機(jī)的P27，它是使能端，執(zhí)行命令的接口。剩下的都是數(shù)據(jù)接口，分別連接到單片機(jī)的P0引腳。實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶屏的控制，寫數(shù)據(jù)、寫指令和初始化三個(gè)步驟。

圖5 即時(shí)顯示模塊原理圖

2.2.5 報(bào)警模塊

該模塊主要利用三極管蜂鳴器放大電流功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，三極管的一端接入電阻后與單片機(jī)的P24引腳連接，當(dāng)引腳輸出低電平時(shí)候，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器運(yùn)行，反之不運(yùn)行。電阻在這邊取到一個(gè)保護(hù)的作用。如圖6所示。

圖6 報(bào)警模塊原理圖

2.2.6 語(yǔ)音識(shí)別模塊

當(dāng)智能快遞箱為空時(shí)，可用語(yǔ)言“打開”一詞來(lái)開啟快遞箱，方便快遞小哥存快遞，而LD3320語(yǔ)音識(shí)別芯片可預(yù)存50多條預(yù)設(shè)語(yǔ)言指令，操作方便，利用一個(gè)MCU與語(yǔ)音識(shí)別模塊進(jìn)行串口通訊，解析其指令，并響應(yīng)指令的相關(guān)動(dòng)作。

2.2.7 鍵盤輸入模塊

該模塊采用4×4的矩陣鍵盤，將橫向的和單片機(jī)的P13、P12、P11和P10引腳連接，縱向的和單片機(jī)的P14、P15、P16和P17引腳連接，高電平代表放開，低電平代表按下。

圖7 語(yǔ)音識(shí)別模塊

■2.3 軟件程序設(shè)計(jì)

2.3.1 主程序運(yùn)行流程圖

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，先進(jìn)行初始化，接著進(jìn)行按鍵掃描，以及語(yǔ)音識(shí)別檢測(cè)，判斷兩個(gè)程序是否有被觸發(fā)，并執(zhí)行相應(yīng)操作，最后根據(jù)操作結(jié)顯示在顯示器上。如圖8所示。

圖8 主程序流程圖

2.3.2 子程序運(yùn)行流程圖

（1）SIM短信模塊子程序流程圖

短信的發(fā)送是通過(guò)串口指令的發(fā)送來(lái)完成，如圖9所示。

圖9 SIM子程序流程圖

（2）即時(shí)顯示模塊子程序流程圖

本次的智能取件設(shè)備大部分功能都在顯示器上進(jìn)行展示，如圖10所示。

圖10 即時(shí)顯示模塊子程序流程圖

（3）語(yǔ)音識(shí)別模塊子程序流程圖

將快遞員的開啟話語(yǔ)作為預(yù)設(shè)指令，方便了快遞員的工作，語(yǔ)音模塊與MCU之間進(jìn)行串口通訊，利用MCU來(lái)解析并響應(yīng)LD3320芯片的指令，如圖11所示。

圖11 語(yǔ)音模塊子程序流程圖

3 結(jié)論

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入到我國(guó)各行各業(yè)中，對(duì)企業(yè)的發(fā)展起到了重要作用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以收集、存取信息，提升物流配送的效率，也提高了物流行業(yè)的透明度。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，物流行業(yè)受到了各級(jí)的關(guān)注，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將對(duì)企業(yè)產(chǎn)生積極的影響，不過(guò)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與快遞柜的融合都是系統(tǒng)科學(xué)的，在標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化建設(shè)中需要進(jìn)一步完善，智能快遞柜與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合增強(qiáng)了物流配送的效率，可以發(fā)現(xiàn)，取件柜的市場(chǎng)非常大，它也是決定物流末端服務(wù)很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，會(huì)很大程度的改善寄取件的問(wèn)題，在不斷的提高物流產(chǎn)業(yè)的服務(wù)水平，不管在任何時(shí)間段，它都是一個(gè)非常值得研究的領(lǐng)域。