多功能智能外賣柜的設計研究

劉壯林 俞紀良 王瑤 曾孟佳

摘要：隨著互聯網技術的快速發展，外賣行業也在迅速擴張。在全球疫情大背景下，對外賣的無接觸式配送提出了更高要求。傳統的外賣配送環節存在取餐過程難以保證無接觸、外賣易丟失、配送效率低下等問題。針對上述問題，該文設計了一款多功能智能外賣柜，具有紫外線殺菌、智能恒溫、智能安保等功能，可以有效改善外賣存儲環境，解決外賣易丟問題，同時這種方式可實現無接觸式配送，且外賣員無需等待，提高了整體配送效率。

關鍵詞：紫外光殺菌;食物存儲;外賣柜;多功能;智能化

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）04-0118-02

1 引言

隨著互聯網技術的發展，外賣行業迅速興起并發展壯大，成為人類社會生活中不可或缺的一部分。當今社會工作節奏快，生活壓力大，人們更愿意選擇外賣這種方式來解決飲食問題。近年來，中國外賣行業發展迅速。自2015年至2018年短短3年間，外賣行業交易金額增長了2.42倍。此前有預測顯示，2019年全年中國外賣行業交易額將達到6035億人民幣，約占同年餐飲業總收入的15%[1]。其中，年輕人是外賣消費的主要群體，是外賣行業發展的主力軍。

傳統的外賣配送環節存在許多問題，比如取餐環境差、外賣丟失、過度包裝等。由于外賣員需要在規定時間內趕到下一個送餐點，在到達當前送餐點后，常常將食品直接放置在地上，電話告知客戶餐已送到就走了。一旦包裝破損，食物很容易受到污染。因此，很多高校出于食品安全的考慮，采取強制措施不許外賣進校園，這給學生帶來不便，容易引起他們的反感。另外，外賣取餐無監督機制，外賣可能丟失。外賣商家為了保持食品的口感，可能過度包裝，既造成了資源的浪費，也不利于環保。基于此，本文設計的多功能外賣柜將有效解決上述問題，旨在于優化取餐環境，改善外賣員和取餐顧客的送、取餐體驗。

2 智能外賣柜的功能介紹

本文設計的智能多功能外賣柜除了提供干凈衛生的儲食環境外，還通過添加紫外光殺菌燈管、特定的溫度傳感器和智能攝像頭來實現外賣柜的智能化、多功能化。軟件界面簡潔，操作簡便，希望帶給客戶良好的使用體驗。

2.1 智能多功能外賣柜的取餐過程

傳統的外賣取餐環節一般為，外賣員打電話或發送短信通知顧客餐飲已送達，然后等待顧客下樓取餐或將外賣放在地上，顧客再根據自己下單時的昵稱和電話信息來尋找自己的外賣。外賣員在等待取餐人的同時，浪費了時間，而且如果顧客因有事取餐不及時，食物就會冷卻，輕則影響口感，重則出現食品安全問題。相較傳統的外賣配送環節，多功能外賣柜的配送方具有簡單、方便、快捷、高效的優勢。

本文設計的智能多功能外賣柜中使用者包括外賣配送員和顧客。外賣配送員選擇存餐功能后，將點餐者的姓名和電話信息輸入系統，后臺會自動生成取餐碼存入數據庫并發送給客戶。客戶只需點擊外賣柜上“取餐功能”，輸入取餐碼，后臺匹配取餐碼成功，則可打開外賣柜完成取餐。以下是顧客和送餐員存餐取餐操作的流程圖。

2.2 功能介紹

多功能智能外賣柜的功能有紫外線殺菌、智能恒溫、智能安保等。紫外線殺菌功能通過外賣柜內部配有的帶臭氧功能紫外線殺菌燈管實現，可有效殺滅細菌和病毒，阻斷疾病傳播途徑。智能恒溫功能使用數字式溫度傳感器感知柜內溫度，若溫度降低，則通電進行適當加熱，解決食物保溫問題。通過柜前安裝的智能攝像頭，外賣柜若被破壞則觸發警報系統，并對異常取餐人員進行拍照留證。

3 硬件模塊介紹

本系統主要的硬件功能模塊包括紫外線殺菌模塊、智能恒溫模塊和智能安保模塊。紫外線殺菌模塊用以實現殺菌功能;智能恒溫模塊用于實現對柜內溫度的感知功能;智能安保模塊則是保證取餐安全和財產安全。

3.1 紫外線殺菌模塊

受新冠疫情影響，人們的生活活動逐漸從線下轉為線上。新型冠狀病毒主要的傳播途徑是接觸傳播和呼吸道傳播，即便是點外賣，顧客也會因為外賣這個媒介與配送員有間接的接觸，存在感染可能。多功能外賣柜內置帶臭氧功能紫外線殺菌燈，用于殺菌和消毒。

帶臭氧功能紫外線殺菌燈如圖3所示，其工作原理是，當空氣中的氧氣分子在吸收殺菌燈的中心波長為185 nm的紫外光后，光敏作用利用高能高臭氧紫外線光束分解空氣中的氧分子產生游離氧（ 即活性氧） ，因游離氧所攜正負電子不平衡所以須與氧分子結合，進而產生的臭氧具有殺菌功能[2]。臭氧是一種廣譜殺菌劑，可殺滅細菌繁殖體、芽胞、病毒和真菌等，并可破壞肉毒桿菌毒素，依靠強大的氧化作用使酶失去活性致微生物死亡。

紫外線殺菌燈不僅可以殺滅外賣包裝上所遺留的病菌，阻斷疾病的傳播途徑，而且使用安全，安裝方便，易維護。另外，紫外線殺菌技術還是一種簡單易操作、綠色安全的物理保鮮技術，由于殺菌效果強，可以有效抑制致腐微生物生長繁殖，保持品質的同時不影響鮮切果蔬的口感、風味[3]。

3.2 智能恒溫模塊

食物的儲存需要合適的溫度，為保證外賣食品的口感，智能外賣柜擁有智能恒溫功能。為實現對環境溫度的感知，智能恒溫模塊選用達拉斯公司的數字式溫度傳感器DS18B20，該傳感器可將溫度信息轉換成數字信號，經特殊化封裝后，安裝到外賣柜中。該傳感器的優勢在于微型化、集成化，僅通過使用一個I/O口就與微控制器MCU進行雙向通信，實現單總線協議，簡化溫度傳感器與微控制器的通信。

DS18B20芯片內部集成了所有的傳感元件和轉換電路，封裝后只有三個引腳，電路接口連接非常簡便。采用獨立電源供電模式，單總線信號輸入輸出引腳I/O與STC89C52單片機P3.7引腳相連。在I/O引腳上外接一個10K的上拉電阻，以實現默認高電平設置[4]。當智能恒溫模塊檢測到外賣柜內溫度較低時，通過通電加熱到適宜溫度從而保證食物溫度。DS18B20的溫度采集電路如圖4所示。

3.3 智能安保模塊

智能安保模塊可實現異常警報、異常取餐拍照的功能。本系統的智能安保模塊安裝智能攝像頭，該攝像頭是基于Dlib與OpenCV實現，可進行人臉識別和檢測[5]。當發生突發意外情況，外賣柜非自然打開遭受異常外力時，觸發警報裝置發出蜂鳴警報，吸引安保工作人員進行處理。

4 總結

在外賣行業迎來火熱的大背景下，針對當前外賣取餐環境差、外賣易丟失等問題，本文設計了一款多功能的外賣柜，其具備的功能有紫外線殺菌功能、智能恒溫功能、智能安保功能等。紫外線殺菌功能讓人們在疫情期間再無感染病毒的擔憂;智能恒溫功能解決了食物變質和影響食用口感的問題;智能安保功能解決了外賣易丟失的問題;便捷的操作界面方便了顧客和外賣配送員的使用體驗，提高了配送效率。另外多功能外賣柜的存在改善了存餐環境，讓商家不必再添加額外的包裝來封裝外賣，減少了資源浪費，有利于環境保護。但是基于經濟成本的考慮，多功能外賣柜比較適用于小區、高校等人群密集聚集地，否則將難以產生經濟效益。

參考文獻：

[1]? 疫情后外賣行業發展的進階之路[J].中國包裝，2020，40（5）：7.

[2] 曹小兵，陳磊，冉崇高，等.紫外線殺菌產品在消毒殺菌領域的應用研究[J].中國照明電器，2020（4）：6-10.

[3] 王佳宇，胡文忠，于皎雪，等.紫外線殺菌技術在鮮切果蔬保鮮中的應用研究進展[J].包裝工程，2021，42（13）：85-92.

[4] 徐蘭.基于單片機的智能溫度檢測控制系統設計[J].電子測試，2020（6）：27-29，26.

[5] 王博文，宗碧，雷鎧伊，等.智能監控攝像頭的研究——基于Dlib、OpenCV和雙舵機云臺攝像頭[J].現代信息科技，2020，4（7）：89-91，94.

收稿日期：2021-06-10

基金項目：湖州師范學院求真學院校級大學生創新創業訓練項目（201902045）;浙江省湖州市科技攻關計劃工業項目（2018GG29）

作者簡介：曾孟佳，副教授，碩士，主要研究方向為物聯網技術及其應用，本文通信作者。