智能自助存取機的設計

李俊均 劉忠富

Abstract： In order to solve the problem of manual operation and low efficiency in the express industry， this paper designs an intelligent self-access system based on Internet of Things technology. The system takes STM32F103 microcontroller as the micro controller， reads IC card information and express code scanning gun information， controls the conveyor belt of different express items by stepping motor， and sends information through GSM module. The system is divided into two parts： the upper computer and the lower computer. Through the upper computer， human and machine interaction can be realized. Through the lower computer， automatic distribution of space for the express items can be realized. After testing， the system is more intelligent and convenient， and has certain application value.

引言

目前，市面上的快遞點分為2種。一種是人工管理的快遞點，另一種是快遞柜。如今，大多數快件需經由人工管理的快遞點轉發，少數可經快遞柜送達，但這兩者卻都存在一定的不足。其中，人工管理快遞點的人工成本大，取件時間固定；快遞柜的操作并不方便，指定快遞需要逐個存放，并因柜體大小規格已然固定而耗費多余空間，從而導致僅能留存有限數目的快件，這也是迄今為止該種方式尚未得到市場大量應用的重要原因。針對上述問題，本文擬基于物聯網技術，設計一款智能自助存取機，實現快件自動存取[1]。

1系統方案設計

本文設計的智能自助存取機基于STM32F103C8T6微控制器，包括上位機和下位機，分別實現人機交互和快件的空間分配及傳輸[2]。主要硬件設計有觸摸屏、傳送帶、電機、STM32最小系統、GSM、IC卡的讀寫系統。系統方案設計則如圖1所示。

智能自助存取機提供2個窗口，分別為客戶窗口和管理員窗口，各自功能闡釋如下。

（1）客戶窗口（取快件）。收件人利用收到的短信驗證碼，通過窗口屏幕的用戶界面輸入相應的信息，整個過程即如銀行的ATM機一樣，將快件速遞傳輸給客戶。

（2）管理員窗口（存快件）。快遞員輸入密碼后，通過掃碼機掃描快件條形碼，再將信息傳給STM32F103微控制器，同時一并讀取信息和存儲信息到數據庫中，而后彈出相應大小的盒子來存放快件，封裝后通過傳送帶及機械控制送入傳輸，最終通過算法來分配相應的存儲空間。

2系統硬件電路設計

智能自助存取機硬件電路包括STM32F103微控制器最小系統電路、GSM模塊電路、IC讀寫器電路、傳送帶及電機控制電路。系統硬件電路的設計構架即如圖2所示。由圖2可知，其中各關鍵部分的原理功能闡析可分述如下。

2.1微控制器電路

系統采用的是STM32F103C8T6微控制器。STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M 內核STM32系列的32位微控制器，該芯片總共有48個管腳，內部RAM為20 K，程序存儲器為64 K，需要電壓2～3.6 V，工作溫度為-40 ℃～85 ℃，時鐘晶振采用8 MHz無源晶振，通過內部鎖相環倍頻，時鐘頻率最大可達到72 MHz。

2.2GSM電路

GSM模塊電路以SIM900A芯片為主，通過串口設計與微控制器進行通信，故SIM900A芯片的TX和RX引腳分別與STM32主單片機的RX和TX相連，從而實現通信[3]?？紤]到SIM900A芯片的功耗比較大，因此需要提供12 V的電源。GSM電路的核心組成設計可如圖3所示。

2.3IC讀寫卡電路

MFRC522是應用于13.56 MHz非接觸式通信中具備高集成度的讀寫卡芯片，是一款低電壓、低成本、體積精巧的非接觸式讀寫卡芯片。MFRC522利用了先進的調制和解調概念，設計集成了在13.56 MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協議。同時，也可載入14443A兼容應答器信號。數字部分處理ISO14443A幀和錯誤檢測[4]。此外，還增加了快速CRYPTO1加密算法，用于驗證MIFARE系列產品。MFRC522支持MIFARE系列更高速的非接觸式通信，雙向數據傳輸速率高達424 kbit/s。運行時與主機間通信采用SPI模式，有利于減少連線，縮小PCB板體積，降低成本。

3系統軟件設計

智能自助存取機的軟件設計整體上可劃分為下位機系統軟件設計和上位機系統軟件設計2個方面。下位機掃描快件的信息后，將信息數據傳給上位機PC機來監控和存儲數據，并通過STM32F103微控制器來指派快件存取和對客戶信息的反饋操作。設計內容可詳述如下。

3.1下位機系統軟件設計

下位機系統軟件設計可分為3個部分，也就是：采集信息、控制系統和傳輸信息給上位機。研究中，對其重點可表述如下。

（1）采集信息程序設計。包括IC讀卡器程序設計、掃碼機程序設計，檢測存取機程序設計。在調取IC讀卡器采集、掃碼機、存取機檢測信息的基礎上，又經STM32單片機分析處理后再相繼轉入控制和傳輸。

（2）控制系統程序設計。在對采集信息做出分析處理后，繼而判斷是否開啟GSM模塊的短信發送和傳送帶及步進電機的控制流程。

當快遞員存放快件時，系統將對采集的信息生成釋義解析后，再對指定客戶發送短信驗證碼，通過算法分配合理的空間，并管控傳送帶和步進電機來存儲快件。當客戶取回快件時，輸入短信驗證碼，對采集的信息展開辨識解讀，再指令傳送帶和步進電機傳出快件。

（3）傳輸信息程序設計。主要是將采集的數據和存取機內部信息傳到PC端上位機上，用來確保安全性。

3.2上位機系統軟件設計

上位機系統軟件設計選取了LabVIEW應用程序，總共設計了2個界面，具體為客戶端界面和管理員界面，并配置展示在客戶窗口和管理員窗口，有效監測客戶和管理員的動態信息，以提升總體設計的研發可操作性[5]。上位機系統軟件設計框架即如圖5所示。上位機與下位機進行通信，數據分析處理后，再將數據存儲到Microsoft Excel表中[6]。

4結束語

本文將上位機和下位機相結合，設計研發了一款智能自助存取機系統。研究中，上位機整體用于監測信息和存儲數據；下位機則以STM32單片機為主，設計中實現了信息采集和系統控制功能。該設計可對型號多樣的快件進行合理的空間分配，并能在有限的空間中提升空間的利用率，總體設計更趨簡約，用戶體驗良好。而且，系統存取速度穩定、高效，同時又充分考慮了設計安全性，因而具有一定的商業推廣價值。

參考文獻

[1] 王嘉琦，鄒恩. 基于智能快遞柜模式的網購末端物流應用分析[J]. 物流技術，2015，34（5）：58-60.

[2] 朱冬平. 電子電路設計的原則、方法和步驟研究[J]. 電子制作，2015，22（17）：66-67.

[3] 段榮霞，崔少輝. 單片機與GSM模塊通信技術的研究[J]. 國外電子測量技術，2012，31（1）：79-82.

[4] 莊捷. 非接觸式IC卡讀寫器的設計[J]. 常州信息職業技術學院學報，2010，9（2）：30-33.

[5] 王顯軍. LabVIEW對串口采樣測量數據的處理[J]. 電子測量技術，2014，38（3）：107-111.

[6] 朱建平，呂春峰. 基于LabVIEW的單片機串口通信實現[J]. 機械工程與自動化，2008，15（4）：157-158.