基于多件同取模式的校園快遞取件控制系統研究與應用

牛勇 周玉熬 馬麟

摘? 要：如今的電子商務、物流服務已深入到我們生活的每一個角落。校園網購已然成為高校師生的主要購物方式，新冠疫情影響下網購量激增。全國各大高校物流末端的配送主要還是“地攤”和快遞柜模式，由于高校師生取件時間比較固定，經常出現排長龍取快遞的現象，取件效率低下、秩序混亂。為此，文章基于電子傳感技術、語音識別技術設計一款可以實現多件同取的快遞取件系統，傳統取一件的時間可完成多件同取，縮短取件時間，避免扎堆現象的發生，語音功能可實現非接觸式取件，在疫情防控下有著很高的應用價值。

關鍵詞：末端配送;取件效率;語音識別技術;多件同取

中圖分類號：TP311? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2022）03-0001-05

Research and Application of Campus Express Pickup Control System Based on Multiple Pickup Mode

NIU Yong， ZHOU Yuao， MA Lin

（Xining Urban Vocational & Technical College， Xining? 810001， China）

Abstract： Today’s E-commerce and logistics services have penetrated into every corner of our lives. Campus online shopping has become the main shopping method for teachers and students in colleges and universities， especially during the COVID-19 epidemic， the number of online shopping has surged. The logistics terminal distribution of major universities across the country is mainly the “street stall” and express cabinet mode. Due to the relatively fixed time for college teachers and students to pick up parts， there are often long queues to pick up express， which leads to low efficiency and disorder. Therefore， based on electronic sensing technology and speech recognition technology， this paper designs an express pick-up system that can realize multiple pieces taken at the same time. The traditional time of taking one piece can complete multiple pieces taken at the same time， shorten the pick-up time， avoid the occurrence of pile up， and the speech function can realize non-contact pick-up， which has high application value in epidemic prevention and control.

Keywords： terminal distribution; pickup efficiency; voice recognition technology; multiple pieces taken at the same time

0? 引? 言

隨著電子商務的蓬勃發展，以90后、00后為代表的中學生及大學生成為網購中一支強大的生力軍。中國教育后勤協會、阿里巴巴研究院發布的《校園快遞行業發展報告（2020）》顯示，校園快遞近幾年持續穩定增長。教育部披露的高等教育在校師生4 002萬人，共有各類普通高等學校2 688所，高校學生人均快遞達78件，是全國人均42件的1.8倍。快遞已成為高校生活不可或缺的一部分，《報告》建議將快遞服務納入與食堂、宿舍同等重要的公共服務范疇。

當前，新冠疫情依舊肆虐全球，高校作為人員密集之地，疫情防控工作尤為重要。校園快遞室不僅是校園“快遞最后一公里”最關鍵的一步，也是校園疫情防控中需要倍加警惕的一步。疫情期間，網上購物是師生消費首選，這使得各大高校的快遞量暴漲。傳統的地攤式和站點式快遞點采用純人力模式，工作效率低，尤其是疫情期間快遞量大幅度增長，致使快遞員的工作量呈幾何級增長，排長龍取快遞成為每天課間的常態。智能快遞柜的應用也未能解決棘手問題，占地面積大、采購成本高成為制約快遞柜普及的最大障礙，快遞量暴增時快遞柜的固定存放量難以應對突發情況。制定校園快遞業務的管理辦法以及智能設備的升級迫在眉睫。

1? 系統總體設計

基于多件同取模式的校園快遞取件控制系統，是一款應用于校園快遞室的取件系統。具有非接觸式取件、多件同取、大吞吐量運作等優勢，填補了全國校園快遞智能化取件的空白，為高校、小區，以及企業快遞室提供一種非接觸式快速取件服務，解決了傳統取件工作效率低、管理混亂、應急能力差等問題。工作人員可通過語音或按鍵輸入，實現快遞自動分揀并傳送至取件平臺，采用人機配合的模式可實現大吞吐量運轉。整個過程實現非接觸取件，降低了疫情期間交叉感染的風險。

系統由語音編碼采集和智能分揀兩個模塊組成。采用手機語音識別APP來識別快遞編碼語音信號，進行特征提取并與系統存儲模型進行匹配，與模板庫模型進行防誤識別，將識別結果通過手機藍牙無線發送，控制系統主服務器接收信號進行信息處理，啟動相應快遞分揀電路進行快遞選取，同時啟動傳送帶，將選取的快遞傳送至工作人員工作平臺。系統總體設計如圖1所示，采用APP inventer軟件設計專用智能快遞室語音分揀APP，采用單片機作為系統主控，其具有高速、可靠、低功耗、強抗干擾性能，滿足系統設計需求，可實現對分揀模塊繼電器的智能控制。

如圖2所示，學生排隊進入快遞室向工作人員說出快遞編碼，工作人員可以通過語音或觸摸屏連續將多個編碼傳輸至主服務器，系統在自動分揀貨物的同時啟動傳送帶，將貨物送達取件平臺，這樣學生就可以在很短的時間內拿到快遞。

1.1? 語音輸入——實現非接觸取件

工作人員利用手機APP語音或按鍵輸入快遞編碼，通過藍牙通信模塊進行數據傳輸，主控制器單片機或PLC接收到無線信號后進行信號處理，實現物品分揀及傳送到工作平臺。工作人員只需站在取件臺進行語音和按鍵輸入，全程實現非接觸式取件，對高校疫情防控起到至關重要的作用。

1.2? 人機配合——實現大吞吐量運轉

采用人機配合的方式，可輕松應對雙十一、618等特殊時期快遞量暴增的情況，解決了傳統快遞柜格口數量不足的弊端，靈活處理突發事件，工作人員在學生上課期間補貨，課余時間派貨，科學合理利用時間。人機相互配合的方式，可以在傳統取一件快遞的時間內完成10件快遞的派送，實現大吞吐量運轉。

1.3? 多任務工作——實現高效化工作

傳統取件模式只能一件一件找貨，工作效率低，在取件高峰期常常出現排長龍的情況。本產品扭轉了傳統取件模式的弊端，可實現多任務取件，工作人員可以同時語音輸入多個快遞編碼，一次完成對多個快遞的取件，大大提高了工作效率，有效解決了取件排長龍的問題。

2? 硬件電路設計

系統硬件電路由四個部分構成：由IAP單片機構成的主控單元電路、由Hc-05藍牙模塊構成的無線接收電路、由I/O控制的矩陣分揀電路和履帶電機驅動電路。藍牙發送模塊采用手機自帶藍牙，降低設備開發成本，總體設計如圖3所示。以低功耗IAP15F2K60S4微型處理器為整個系統的控制核心連接各個模塊。設計滿足使用需求，可實現快速響應，提高取件效率。

2.1? 主控電路原理圖設計

系統主控采用低功耗IAP15F2K60S4增強型8051內核單片機。此款單片機具有高速、低功耗、抗干擾能力強等優點，速度是傳統單片機的8～12倍，適合快速處理快遞語音編碼信號，具有62個I/O口，4個全雙工異步串行口（UART），滿足產品設計需求。

2.2? 無線傳輸電路設計

無線模塊采用藍牙無線通信，工作人員通過手機拾音器采集待取快遞編碼，語音快遞分揀APP進行信號處理及無線發送?？刂葡到y接收手機APP發送的藍牙信號，相關分揀裝置快速響應，分揀貨物。采用語音分揀，可以通過APP集中說出幾件快遞的編碼，實現多件同取，提高工作效率。本系統采用HC-05藍牙模塊，藍牙模塊的TXD接單片機的RXD，藍牙模塊的RXD接單片機的TXD。此模塊傳輸距離可達100 m，基本滿足校園快遞收發室設計要求。藍牙模塊硬件接線圖如圖4所示。

2.3? 分揀電路設計

為了減少I/O口的占用，提高使用率，將輸出口排列成矩陣形式輸出。在矩陣式排列中，每條水平線和垂直線在交叉處連接推動板，控制繼電器線圈，一組I/O口可以控制4×4=16個推動板，線數越多，區別越明顯。主控總共有62個I/O口，最多可控制31×31=961個推動板，滿足校園快遞收發室需求。圖5為輸出口矩陣控制電路，I/O口P0.3輸出高電平1，P0.7輸出低電平0，推動板控制電路繼電器線圈A1得電，控制推動板舵機將貨物推送至傳送履帶，實現快遞快速分揀。

3? 軟件設計

軟件設計主要包括語音信號處理、無線通信、智能分揀三個部分。語音信號處理采用App Inventor開發。如圖6所示為程序流程圖，工作人員在獲取取件學生的快遞編碼之后，通過手機管理APP采集，實現語音信號采集，進行快遞編碼特征信號的提取，同時與系統存儲模型進行匹配。如若采集到取件信息，通過手機藍牙進行無線傳輸，主控接收到信號，控制相關I/O口輸出低電平，響應繼電器工作，將快遞推送至傳輸履帶完成快遞智能分揀。

4? 快遞室貨架結構設計

根據校園快遞室快遞分發需求，對傳統貨架進行改造，如圖7所示，快遞室貨架由置物架3、傳送履帶4、傳送軌道6及貨物平臺7組成。置物架由隔斷1和貨物推動板2組成。

工作人員提前將所有快遞進行分類，按照快遞類型放置于置物架上，比如S通的放置在A架上，Z通的放置在B架上。工作人員通過手機APP進行語音揀選時，進行貨物語音輸入，手機通過無線藍牙將信息傳輸給主控單元5，主控單元對信息進行處理，控制相應貨物推動板將所選貨物推至傳送履帶，將貨物傳送至貨物平臺7上。

5? 快遞室APP設計

為節省快遞室工作人員來回尋找快遞的時間，提高其工作效率，校園快遞管理系統APP采用App Inventor開發。App Inventor是一款基于Web的Android應用開發工具。用戶能夠通過該工具軟件以及谷歌的Android系列軟件自行研發適合手機使用的應用程序。借助arduino圖形化語言并調用藍牙通信函數實現了APP登錄界面、控制界面、管理界面的設計。在前端界面進行頁面設計和添加功能組建，再轉到程序編寫界面編寫后臺應用程序。APP登錄界面和語音輸入界面如圖8（a）、8（b）所示。

在登錄界面設置密碼欄，密碼僅供快遞室管理員使用，輸入密碼進入控制界面后，可以通過語音輸入控制和手動輸入控制兩種方式實現快速取件。同時，工作人員可以進入管理界面實時查看快遞信息，如圖8（c）所示，綠色框代表已取件，紅色框代表未取件，工作人員可以憑此及時補充快遞并督促用戶取件。在雙十一、618等銷售旺季，此模式可以從容應對快遞量的暴增。

6? 結? 論

設計基于語音識別、智能分揀及自動傳送的校園快遞取件系統，實現語音取件代替人工取件，大大提高了取件效率。工作人員利用用戶終端APP或者基于MCGS觸摸屏對取件人員的快遞編碼進行語音輸入或按鍵輸入，通過藍牙通信模塊進行數據傳輸，主控器處理信息驅動推送部模塊進行快遞分揀，同時啟動傳送部模塊進行快件傳輸?？爝f柜智能控制系統采用矩陣輸出，降低設備成本。使傳統的地攤式和菜鳥驛站等接觸式站點向智能化非接觸式站點轉換，利用語音識別、人臉識別等技術進行智能化改造，實現快遞取件智能化非接觸式模式創新。

工作人員通過專用APP對取件者提供的快遞編碼進行語音輸入或按鍵輸入。藍牙HC-05接收無線信號進行處理，驅動相應分揀裝置進行快遞分揀以及將分揀出的快遞傳送至貨物平臺。整個系統不但節省工作人員找件的時間，而且可以多任務工作，同時取出多個快遞件。整個取件過程從傳統接觸式到智能非接觸式的轉變，大大提高了工作人員的工作效率，有效減少人員聚集、扎堆，在新冠疫情下有著很大的實用價值。

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作者簡介：牛勇（1989—），男，回族，甘肅定西人，講師，碩士研究生，研究方向：電子信息技術、物聯網應用技術;馬麟（1997—），男，回族，青海西寧人，助教，本科，研究方向：物聯網應用技術;周玉熬（1973—），男，漢族，青海大通人，副教授，本科，研究方向：創新創業教育。