引言

    近幾年來，隨著經(jīng)濟(jì)和電子商務(wù)的飛速發(fā)展，“網(wǎng)購”和“快遞”已經(jīng)走入了人們的日常生活中。目前，國內(nèi)快遞基本為人工投遞，對(duì)于快遞行業(yè)而言，這是嚴(yán)峻的考驗(yàn)，同時(shí)消費(fèi)者也對(duì)快遞行業(yè)提出了新的要求。人們關(guān)注快遞的費(fèi)用、運(yùn)輸速度和安全性等問題，并期望良好的客戶服務(wù)態(tài)度，將快遞行業(yè)真正定位為服務(wù)行業(yè)。而快遞行業(yè)面臨的主要問題有：快遞員送貨速度慢、快遞簽收難、快遞管理費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，造成快遞公司運(yùn)行效率低、安全問題堪憂、運(yùn)營成本高。基于以上問題，本文研究一種基于上位機(jī)VC和下位機(jī)STM32相結(jié)合的新型智能快遞柜管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自助派件、自助取件。該系統(tǒng)采用條形碼識(shí)別技術(shù)，自動(dòng)識(shí)別快遞的相關(guān)信息，并為其提供合理的快遞柜儲(chǔ)存空間；通過短信和身份證讀卡模塊實(shí)現(xiàn)快遞取件信息的提醒和用戶身份驗(yàn)證；為了方便對(duì)快遞進(jìn)行管理，系統(tǒng)還采用了上位機(jī)以及其它傳感器檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)快遞的簽收信息統(tǒng)計(jì)和快遞狀態(tài)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測。從而達(dá)到快遞的快速存取，提高安全性，提升服務(wù)質(zhì)量。

1、智能快遞柜總體結(jié)構(gòu)及工作原理

    1.1智能快遞柜總體結(jié)構(gòu)

    該智能快遞柜系統(tǒng)由柜體結(jié)構(gòu)和控制兩個(gè)部分組成。柜體結(jié)構(gòu)部分主要由底座、安全保護(hù)裝置和儲(chǔ)物柜等組成，實(shí)現(xiàn)快件的存儲(chǔ)和保護(hù)功能；該快遞柜由大小各異的儲(chǔ)物間組成，分布在核心控制箱的四周。控制部分由控制柜下位機(jī)控制系統(tǒng)和上位機(jī)控制系統(tǒng)組成，控制柜下位機(jī)控制系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)快件的條形碼的掃描錄入、短信自動(dòng)發(fā)送、取件密碼驗(yàn)證和客戶身份保存等控制功能，上位機(jī)控制系統(tǒng)用于接收和存儲(chǔ)各快遞柜的狀態(tài)信息等。

    1.2智能快遞柜的工作原理

    快遞員通過特定的身份識(shí)別卡進(jìn)入配送模式，通過快遞柜上的掃碼槍掃描快件上的條形碼，獲取快件的尺寸信息和收件人的手機(jī)號(hào)碼，下位機(jī)控制系統(tǒng)通過錄入的尺寸信息對(duì)快遞柜進(jìn)行掃描，并自動(dòng)打開合適大小的空閑柜子，快遞員將快件放入打開的柜子中，關(guān)閉柜門，柜門關(guān)閉的時(shí)候，系統(tǒng)經(jīng)過加密算法之后生成驗(yàn)證碼并自動(dòng)和將包含有快遞的信息發(fā)送至收件人手機(jī)，同時(shí)將信息發(fā)送至上位機(jī)上儲(chǔ)存，完成配送任務(wù)。

    收件人收到信息以后，在存儲(chǔ)超時(shí)時(shí)間前來到相應(yīng)的快遞柜處取件，根據(jù)顯示器的相應(yīng)提示，先進(jìn)行身份驗(yàn)證，通過驗(yàn)證后進(jìn)入取件模式，輸入收件人手機(jī)號(hào)碼和對(duì)應(yīng)的驗(yàn)證密碼，由系統(tǒng)識(shí)別之后自動(dòng)打開所對(duì)應(yīng)的柜門，收件人取走快件之后關(guān)閉柜門，完成取件任務(wù)。

2、智能快遞柜控制實(shí)現(xiàn)

    2.1智能快遞柜的控制原理結(jié)構(gòu)

    智能快遞柜控制系統(tǒng)由上、下位機(jī)兩部分組成。下位機(jī)控制系統(tǒng)就地安裝于智能快遞柜，包括控制核心、RFID射頻卡模塊、GPRS短信發(fā)送模塊、掃碼槍模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、快遞柜狀態(tài)檢測模塊等?？梢詫?shí)時(shí)檢測快遞柜是處于配件、取件還是待機(jī)狀態(tài)，同時(shí)可以獲取當(dāng)前快遞柜的具體使用信息，包括柜門的開閉狀態(tài)以及存儲(chǔ)狀態(tài)，并且將整個(gè)信息通過網(wǎng)絡(luò)通信傳送給上位機(jī)系統(tǒng)。上位機(jī)控制系統(tǒng)安裝于快件配貨中心，包括上位機(jī)監(jiān)控模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊和數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)模塊；通過網(wǎng)絡(luò)通信模塊獲取由下位機(jī)傳來的數(shù)據(jù)并分析和存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中。智能快遞柜的控制原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1智能快遞柜控制原理結(jié)構(gòu)

    2.2智能快遞柜控制功能實(shí)現(xiàn)

    系統(tǒng)控制核心選用基于ARMCortexM3內(nèi)核的STM32F103ZET632位低功耗嵌入式微處理器，該處理器具有低功耗多外設(shè)的特點(diǎn)，開發(fā)和維護(hù)成本低；身份證讀卡器以無線傳輸方式與第二代居民身份證內(nèi)的專用芯片進(jìn)行安全認(rèn)證后，將芯片內(nèi)的個(gè)人信息資料讀出，下位機(jī)將此信息上傳，并完成驗(yàn)證、存儲(chǔ)、查詢和自動(dòng)錄入等功能；保證用戶信息不被泄漏從而保證了快遞的安全性；GPRS短信發(fā)送模塊利用GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，將取件信息通過短信發(fā)送至收件人手機(jī)，該信息中包含快件郵遞單號(hào)、快遞柜所在地點(diǎn)、箱號(hào)和一次性驗(yàn)證碼等信息；掃碼槍模塊使用掃碼槍快速掃描快件的尺寸信息和收件人手機(jī)號(hào)碼的條形碼，并將其通過串口發(fā)送到STM32；網(wǎng)絡(luò)通信模塊采用ENC28J60芯片，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接入，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)連接，完成上下位機(jī)之間的通信；液晶顯示模塊采用一塊5寸液晶觸摸顯示屏，通過EmWin設(shè)計(jì)人性化的互動(dòng)界面，用于顯示用戶取件和快遞員派件時(shí)的操作界面，提高軟件的易用性；快遞柜狀態(tài)檢測模塊獨(dú)立安裝在每個(gè)單獨(dú)的快遞柜內(nèi)部，該模塊包括行程開關(guān)，紅外檢測模塊和電子鎖。行程開關(guān)用于檢測柜門的開閉狀態(tài)；紅外檢測模塊用于檢測柜內(nèi)有無物品；電子鎖用于控制柜門的開閉。

3、智能控制柜的軟件流程及管理

    智能快遞柜使用由有資質(zhì)權(quán)限的快遞員進(jìn)入啟用列表完成掃描，將快件裝至合適的儲(chǔ)物間，下位機(jī)掃描讀取相關(guān)信息后，由STM32核心控制各功能模塊實(shí)現(xiàn)信息發(fā)至取件者，同時(shí)配送快件的中心上位機(jī)PC機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)快遞柜終端的監(jiān)控，保證快件存儲(chǔ)的安全性。

    3.1下位機(jī)控制系統(tǒng)的軟件流程及管理

    本文智能快遞柜是用于解決快件配送的“最后一公里”問題，實(shí)現(xiàn)配件的快速性、準(zhǔn)確性和安全性。其具體工作流程圖2所示。

圖2控制系統(tǒng)程序流程圖

    下位機(jī)系統(tǒng)的控制分為配送任務(wù)和取件任務(wù)?？刂葡到y(tǒng)通過觸摸屏幕喚醒待機(jī)狀態(tài)下的系統(tǒng)進(jìn)入工作模式，選擇配送任務(wù)，系統(tǒng)進(jìn)入配送模式，通過讀取識(shí)別卡信息判斷是否為快遞員，通過驗(yàn)證之后等待掃碼槍掃描快件信息，接收到快件信息之后，根據(jù)尺寸信息選擇合適大小的快遞柜，通過自上而下的掃描就近打開空閑的柜子，等待快件放入和柜門關(guān)閉信號(hào)，接收到信號(hào)之后將快件信息發(fā)送至收件人處。選擇取件模式，先進(jìn)行身份證驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后系統(tǒng)進(jìn)入取件模式，等待收件人輸入手機(jī)號(hào)和驗(yàn)證碼，通過驗(yàn)證后打開對(duì)應(yīng)的柜子，等待快件取出和柜門關(guān)閉信號(hào)，完成取件，等待其他任務(wù)。若持續(xù)一段時(shí)間無任務(wù)進(jìn)行，進(jìn)行與上位機(jī)間的通信，完成通信后進(jìn)入待機(jī)模式。

    3.2智能快遞柜下位機(jī)管理界面

    該系統(tǒng)使用Emwin圖形界面設(shè)計(jì)了操作界面，快遞員選擇配送模式并獲得身份驗(yàn)證后進(jìn)入如圖3所示界面，用于監(jiān)測快遞柜的使用狀態(tài)，其中鑰匙的有無表示快遞柜的開閉，方框內(nèi)物品的有無表示柜內(nèi)是否有快件紅色的標(biāo)志表示柜內(nèi)物品已經(jīng)超時(shí)，快遞員需要取回?？爝f員點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)柜子的圖標(biāo)，液晶屏就會(huì)顯示如圖4所示的狀態(tài)信息，包括收件人的信息，快件存放時(shí)間，收件人的手機(jī)號(hào)碼以及超時(shí)時(shí)間等信息。

圖3快遞柜相關(guān)使用狀態(tài)信息顯示界面

圖4快件信息顯示界面

    3.3智能快遞柜上位機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    在本控制系統(tǒng)中以智能快遞柜上位機(jī)監(jiān)控管理，與快遞柜之間采用以太網(wǎng)通信，接收快遞柜發(fā)送的狀態(tài)信息，并通過上位機(jī)管理界面監(jiān)視。    

    上位機(jī)控制系統(tǒng)作為同一個(gè)地區(qū)多臺(tái)快遞柜下位機(jī)的數(shù)據(jù)處理中心，在同一時(shí)刻可與多個(gè)下位機(jī)終端建立連接并接收來自終端的狀態(tài)信息、快件信息、快遞柜使用狀態(tài)信息等。其軟件設(shè)計(jì)在Windows平臺(tái)下進(jìn)行，數(shù)據(jù)庫采用SQLite3以存放快件信息，可定期通過網(wǎng)絡(luò)與快遞公司服務(wù)器同步數(shù)據(jù)。

    本系統(tǒng)采用VC進(jìn)行上位機(jī)的開發(fā)，在VC環(huán)境下上位機(jī)利用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)間的通訊，獲取下位機(jī)信息。上位機(jī)實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)：一是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示界面，即對(duì)快遞柜運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，起到監(jiān)控作用；二是可以進(jìn)行數(shù)據(jù)保存和歷史查詢，保證快遞的安全性和可追溯性。

    在上位機(jī)與下位機(jī)通信過程中，上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示快遞柜的存儲(chǔ)狀態(tài)，包括快遞柜當(dāng)前存儲(chǔ)數(shù)量，各快遞存儲(chǔ)時(shí)間，超時(shí)提醒以及取件客戶的信息等。

    界面設(shè)計(jì)中快遞柜存儲(chǔ)狀態(tài)以紅綠色彩分辨有無，并且，方框上具有時(shí)間顯示功能，用于計(jì)錄快遞的存儲(chǔ)時(shí)間，方便超時(shí)提醒。其顯示界面如圖5所示。

圖5快遞柜存儲(chǔ)狀態(tài)顯示

    為了保證快遞的安全性，采用實(shí)名制。當(dāng)有快遞員憑特定的身份識(shí)別卡存件或用戶通過身份證取件時(shí)，下位機(jī)便會(huì)記錄信息并傳至上位機(jī)，上位機(jī)界面便會(huì)自動(dòng)記錄柜號(hào)、存入時(shí)間、取出時(shí)間、取件人的姓名，同時(shí)開啟超時(shí)提醒功能，信息均會(huì)保存在界面的數(shù)據(jù)庫中，用于歷史記錄查詢和數(shù)據(jù)分析。其界面如圖6所示。

圖6上位機(jī)軟件界面

4、總結(jié)

    本文提出了一種快遞派送環(huán)節(jié)存取智能化的解決方案。采用上下位機(jī)模式，為快遞點(diǎn)提供定制化服務(wù)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的聯(lián)網(wǎng)交互。在運(yùn)行狀態(tài)下，可對(duì)多個(gè)快遞點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與管理，節(jié)省了大量的人力資源。上位機(jī)的應(yīng)用提高了快遞的智能化管理水平，下位機(jī)的應(yīng)用保障了快遞存取的快速性與安全性，使得新型智能快遞柜系統(tǒng)具有空間利用率高、運(yùn)營成本低、智能化程度高、存取快遞方便快捷的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試，從理論上驗(yàn)證了該新型智能快遞柜管理系統(tǒng)的可行性。降低快遞公司的運(yùn)營成本。

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