基于物聯(lián)網(wǎng)的一種新型智能快遞柜的設(shè)計(jì)

摘要：該文設(shè)計(jì)了一款安裝在高層樓宇外的新型智能快遞柜，該快遞柜包含了若干個(gè)柜子用于存放快遞，同時(shí)還開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的微信小程序供快遞員和用戶使用。快遞員將快遞放置于系統(tǒng)自動(dòng)分配的空閑柜子中，用戶控制快遞柜的升降繩索，將快遞柜上升到自己所在樓層，從柜子中取出快遞。該快遞柜投入使用后能夠改善物流末端的配送形式，實(shí)現(xiàn)物流最后一千米便捷、高效、安全的配送。

關(guān)鍵詞：新型智能快遞柜；物流末端；物聯(lián)網(wǎng)

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.05.027

中圖分類號(hào)：TP 273" " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）05-00-03

Design of a New Intelligent Express Cabinet Based on the Internet of Things

WEI Chenyue

（School of Information Engineering， Jinzhong University of Information Technology， Jinzhong 030800， China）

Abstract： This article designs a new type of intelligent express delivery cabinet installed outside high-rise buildings. The express delivery cabinet includes several cabinets for storing express delivery， and corresponding WeChat mini programs have been developed for couriers and users to use. The courier places the package in an empty cabinet automatically allocated by the system， and the user controls the lifting rope of the cabinet to lift it to their own floor and retrieve the package from the cabinet. After the express delivery cabinet is put into use， it can improve the delivery mode at the end of logistics， achieving convenient， efficient， and safe delivery of the last mile of logistics.

Keywords： new intelligent express delivery cabinet; logistics end point; Internet of Things

隨著電商行業(yè)的高速發(fā)展，人們網(wǎng)上購(gòu)物行為不斷增加，快遞行業(yè)的壓力也隨之增大。如何做好快遞物流末端的配送，成為了值得人們探討的問(wèn)題。

現(xiàn)階段，物流末端配送主要有送貨上門(mén)、自提柜和快遞點(diǎn)自取3種方式[1]，無(wú)論是哪種方式，在實(shí)際末端配送中都存在著一些問(wèn)題。選擇送貨上門(mén)配送方式時(shí)，由于快遞員送貨上門(mén)的時(shí)間和用戶上班的時(shí)間基本一致，常常出現(xiàn)家中無(wú)人接收快遞的情況，導(dǎo)致快遞無(wú)法及時(shí)接收，需要二次投遞，造成了快遞資源的浪費(fèi)。自提柜和快遞點(diǎn)自取這兩種方式雖然能避免此類問(wèn)題，但是大部分用戶都會(huì)選擇下班時(shí)間去取件，容易造成取件擁堵。而且部分自提柜若不及時(shí)取件還會(huì)收取一定的費(fèi)用，減低了用戶的滿意度和體驗(yàn)感[2]。針對(duì)這些問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一款安裝在高層樓宇外的新型智能快遞柜，使用戶足不出戶便可取到自己的快遞，既節(jié)約了用戶的時(shí)間成本，也提高了快遞員的投遞效率。

1" "系統(tǒng)介紹

本文設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的新型智能快遞柜[3]安裝在高層樓宇外，對(duì)接各個(gè)樓層的安全通道或陽(yáng)臺(tái)，這樣不影響樓宇的采光、通風(fēng)和消防等正常功能需求。該快遞柜中包含了若干個(gè)柜子用于存放快遞，為了避免資源浪費(fèi)，柜子的數(shù)量會(huì)根據(jù)樓宇高度和用戶數(shù)量進(jìn)行調(diào)研后確定。同時(shí)還開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的微信小程序供快遞員和用戶使用。

快遞員用小程序掃描快遞上的用戶信息后，系統(tǒng)將自動(dòng)分配空閑的柜子供其放置快遞。之后快遞員用快遞柜上的掃碼器對(duì)快遞上的二維碼進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別成功后，匹配的柜子門(mén)鎖會(huì)自動(dòng)彈開(kāi)，此時(shí)快遞員便可將快遞放入柜中。當(dāng)快遞員關(guān)閉柜子的門(mén)鎖，確認(rèn)投遞后，該快遞的相關(guān)信息便會(huì)自動(dòng)上傳至云端數(shù)據(jù)庫(kù)。此時(shí)，用戶的微信小程序端便會(huì)提示該用戶有未取的快遞。

用戶取件時(shí)可以通過(guò)小程序控制曳引繩索的升降，將快遞柜從樓下運(yùn)送到自己所在的樓層，然后通過(guò)小程序打開(kāi)藍(lán)牙柜鎖，最終收取到快遞，實(shí)現(xiàn)了取件的實(shí)時(shí)性、安全性和便捷性。

2" "系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括快遞柜整體的機(jī)械設(shè)計(jì)，以及各個(gè)柜子的硬件設(shè)計(jì)。柜子的硬件模塊主要包括單片機(jī)主控模塊[4]、LoRa無(wú)線通信模塊、針孔攝像頭模塊、掃描模塊、藍(lán)牙柜鎖模塊、聲光報(bào)警模塊等。

2.1 快遞柜的整體設(shè)計(jì)

該新型快遞柜整體設(shè)計(jì)如圖1所示。快遞柜安裝在不銹鋼框架內(nèi)，標(biāo)號(hào)1所示為快遞柜的整體框架。在框架的內(nèi)壁上固定裝配有隔板，隔板上用于放置曳引機(jī)，標(biāo)號(hào)2所示為隔板，標(biāo)號(hào)4所示為曳引機(jī)，曳引機(jī)為快遞柜的升降提供動(dòng)力。整個(gè)系統(tǒng)的控制機(jī)安裝在框架的頂端，用于控制整個(gè)快遞柜的運(yùn)轉(zhuǎn)，標(biāo)號(hào)3所示為控制機(jī)。隔板的表面有一個(gè)孔洞，孔洞內(nèi)安裝有限速器，用于監(jiān)測(cè)快遞柜的升降速度，防止快遞柜升降速度過(guò)快而發(fā)生事故，標(biāo)號(hào)5所示為限速器。框架的內(nèi)壁底端裝有底座，如標(biāo)號(hào)7所示。底座的兩側(cè)分別安裝了轉(zhuǎn)桿，如標(biāo)號(hào)8所示。底座的表面安裝了緩沖器，用于減小柜體下落時(shí)的沖擊力，標(biāo)號(hào)9所示為緩沖器。為了將快遞柜帶動(dòng)起來(lái)，在曳引機(jī)和限速器上安裝了曳引繩圈，曳引繩圈的底端套接在轉(zhuǎn)桿上，兩個(gè)曳引繩圈之間放置了快遞柜的柜子，標(biāo)號(hào)10所示為柜體，標(biāo)號(hào)11所示為柜門(mén)。柜子的兩側(cè)有兩個(gè)凹槽，曳引繩圈位于凹槽內(nèi)，標(biāo)號(hào)12所示為凹槽。柜門(mén)的表面安裝有針孔攝像頭及掃碼器來(lái)對(duì)物品進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及對(duì)快遞的身份識(shí)別，標(biāo)號(hào)13所示為柜門(mén)把手，標(biāo)號(hào)14所示為攝像頭及掃碼器。

2.2 柜子的硬件設(shè)計(jì)

該快遞柜中包含了若干個(gè)柜子，每個(gè)柜子中搭載STM32F103x8[5-6]單片機(jī)作為主控芯片，配合LoRa無(wú)線通信模塊、針孔攝像頭模塊、掃描模塊、藍(lán)牙柜鎖模塊、聲光報(bào)警模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)柜子的控制。柜子的硬件設(shè)計(jì)框圖如圖2所示[7]。

STM32F103x8單片機(jī)是一款32位基于ARM的Cortex-M3微控制器，其功能豐富，接口簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)處理速度快，而且還可以控制固化設(shè)備的功率。結(jié)合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，將其選定為該系統(tǒng)的主控芯片。LoRa無(wú)線通信模塊，具有通信距離遠(yuǎn)、信號(hào)穿透性強(qiáng)、數(shù)據(jù)接收與發(fā)送穩(wěn)定、功耗低等特點(diǎn)。因此，本系統(tǒng)選用了LoRa無(wú)線通信模塊來(lái)進(jìn)行信息傳輸。出于安全及成本考慮，柜子的門(mén)鎖選用了藍(lán)牙柜鎖，用戶直接在小程序中點(diǎn)擊“開(kāi)鎖”按鍵就可以完成開(kāi)鎖過(guò)程。柜門(mén)上裝有針孔攝像頭及掃碼器，用戶可以通過(guò)攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)快遞的狀態(tài)，快遞員可以通過(guò)掃碼器識(shí)別快遞的身份。在柜門(mén)的上方還裝配有聲光報(bào)警模塊來(lái)提示柜門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。柜門(mén)在正常關(guān)閉狀態(tài)下，提示燈顯示黃色，當(dāng)用戶打開(kāi)柜門(mén)時(shí)，提示燈顯示綠色，當(dāng)用戶關(guān)閉柜門(mén)卻未成功關(guān)閉時(shí)，提示燈顯示紅色并發(fā)出“滴滴滴”的報(bào)警聲。

3" "系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為三部分，快遞柜控制軟件、用戶微信小程序軟件、快遞員微信小程序軟件。

3.1 快遞柜控制軟件

快遞柜控制軟件運(yùn)行在STM32F103x8單片機(jī)中，實(shí)現(xiàn)了信息交互、柜門(mén)控制、快遞監(jiān)測(cè)、掃入快遞信息、聲光報(bào)警等功能。該軟件的工作流程如圖3所示。

3.2 用戶微信小程序軟件

用戶微信小程序軟件包括取件、開(kāi)鎖、監(jiān)測(cè)、寄件、查詢、設(shè)置等功能。當(dāng)柜子中有新放入的快遞時(shí)，小程序會(huì)自動(dòng)提醒用戶取件。用戶可以通過(guò)“取件”功能控制快遞柜的升降，將快遞柜停到自己所在的樓層，然后通過(guò)“開(kāi)鎖”功能打開(kāi)柜門(mén)，就可以取出自己的快遞了。用戶還可以通過(guò)“監(jiān)測(cè)”功能實(shí)時(shí)監(jiān)控到快遞的狀態(tài)，通過(guò)“查詢”功能查詢自己快遞的運(yùn)輸狀態(tài)。如果需要寄件，用戶可以通過(guò)“寄件”功能向快遞員發(fā)送寄件通知，省去自己去驛站寄件的時(shí)間。軟件中的“設(shè)置”功能為用戶提供了一些個(gè)性化的設(shè)置。該軟件的工作流程如圖4所示。

3.3 快遞員微信小程序軟件

快遞員微信小程序軟件包括掃描、群發(fā)短信、訂單處理、實(shí)名寄遞等功能。快遞員投遞快遞時(shí)，可以通過(guò)“掃描”功能掃描快遞單上用戶的信息，系統(tǒng)將自動(dòng)匹配空閑的快遞柜，并在快遞員將快遞順利放入快遞柜后，自動(dòng)給用戶發(fā)送取件消息。同時(shí)快遞員也可以通過(guò)“群發(fā)短信”功能將派送完成的快遞信息以短信的方式發(fā)送到用戶手機(jī)上。快遞員通過(guò)“訂單處理”功能可以準(zhǔn)確地查看到每個(gè)快遞的投遞狀態(tài)，及時(shí)對(duì)快遞的投遞進(jìn)行處理，提高派發(fā)效率。如果有用戶需要寄件，那么快遞員可以采用“實(shí)名寄遞”功能完成快遞的收取及遞寄。該軟件的工作流程如圖5所示。

4" "結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一款基于物聯(lián)網(wǎng)的新型快遞柜，快遞員通過(guò)該裝置可以直接將快遞送到用戶手中，節(jié)省了用戶的取件時(shí)間，提高了投遞效率，改進(jìn)了物流末端的配送方式。由于系統(tǒng)目前還處于研究設(shè)計(jì)階段，部分功能尚未實(shí)現(xiàn)，需要進(jìn)一步探索和完善系統(tǒng)功能。將來(lái)，該快遞柜投入使用后能夠改善物流末端的配送形式，實(shí)現(xiàn)物流最后一千米便捷、高效、安全的配送。

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