無人外賣終端設(shè)計研究

錢 潤，馬成林，李王欣，楊若怡，陳怡冰，鄭宇佳，王婧婷

（東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 引言

近年來，隨著時代的創(chuàng)新與發(fā)展，外賣行業(yè)異軍突起，成為在移動互聯(lián)技術(shù)帶動下的又一經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。外賣常見于居民區(qū)與大學(xué)校園里，得益于如今科技的發(fā)展，幾乎是人人都擁有著一臺智能手機(jī)，而人們只需將手機(jī)聯(lián)網(wǎng)后進(jìn)入相關(guān)網(wǎng)站便可以自選商品，在線支付，完成訂餐，之后等待送貨即可[1]。據(jù)有關(guān)大學(xué)生網(wǎng)絡(luò)外賣的消費(fèi)調(diào)查結(jié)果顯示，88.6%的同學(xué)有網(wǎng)絡(luò)外賣的消費(fèi)經(jīng)歷。在具有網(wǎng)絡(luò)外賣經(jīng)歷的同學(xué)中，有10.9%的同學(xué)選擇網(wǎng)頁訂購?fù)赓u，有70.2%的同學(xué)選擇手機(jī)客戶端，有18.9%的同學(xué)兩者都用[2-3]。由于高校宿舍樓、高檔居民樓以及寫字樓禁止無卡人員進(jìn)入，諸多配送問題也漸漸浮出水面，這些問題往往牽扯到消費(fèi)者的自身利益，降低配送服務(wù)質(zhì)量，影響配送效率，增加商家的配送成本，不利于配送服務(wù)行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

本文通過設(shè)計一款無人外賣終端設(shè)備解決配送過程中的外賣員配送等待過程中效率低下、等待時間過長、外賣易被盜取、與非法外賣員接觸存在安全隱患等問題。

2 總體設(shè)計方案

該設(shè)備的設(shè)計要求具體如下：

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

無人外賣終端設(shè)備總高為172.5cm，最寬處直徑80cm，占地面積小，任何身高的人都可以方便地存取外賣，外賣掛在設(shè)備上可以防止傾灑，避免污染環(huán)境，減小配送員或買家不必要的損失。無人外賣終端設(shè)備包括底盤和桿體兩大部分，底盤內(nèi)部設(shè)有電線盤、繼電器、控制器、滑蓋、電池以及電池倉，桿體外部設(shè)有用于懸掛外賣的承重下鎖環(huán)、用于上鎖的上鎖環(huán)以及二維碼，內(nèi)部設(shè)有電控鎖、連接座以及攝像頭，透視結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 無人外賣終端設(shè)備透視圖

由圖1可知，底盤直徑80cm，高7.5cm，起承重穩(wěn)定作用；電線盤用于收納電線，內(nèi)置的渦卷彈簧使電線在不需要時可自動卷曲收回，節(jié)約空間；滑蓋可滑動露出或覆蓋電池倉，方便電池安裝及維修，滑蓋合上后用螺絲固定；電池采用UPS電源，是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，使用UPS 電源能夠在停電的狀況下為終端提供可靠的供電電能[4]。

桿體通過底部螺紋旋轉(zhuǎn)嵌入底盤，并以螺釘固定于底盤正中央，桿體總長165cm，直徑15cm；桿體上3列5行均勻分布著15個鎖具結(jié)構(gòu)，鎖具結(jié)構(gòu)間距離為30cm；頂部以半圓形頂蓋封頂，半圓頂蓋直徑15cm，高7.5cm；桿體頂端內(nèi)嵌著3個攝像頭。

2.2 無線存取設(shè)計

為了滿足配送員即送即走、買家即到即取，無人外賣終端設(shè)備配備了一款手持設(shè)備APP，配送員使用時，用手持設(shè)備APP 掃描設(shè)備上未存放外賣的下鎖環(huán)下方的二維碼，電控鎖彈開，配送員將上鎖環(huán)撥出，將外賣懸掛于下鎖環(huán)上，將上鎖環(huán)扣入電控鎖后，控制器生成隨機(jī)驗證碼，并發(fā)送至手持設(shè)備APP，配送員以短信或電話告知買家二維碼的編號以及驗證碼后即可離開。

買家下樓取餐時，用手持設(shè)備APP 掃描相應(yīng)編號上的二維碼，在手持設(shè)備APP 上訪問云服務(wù)器輸入驗證碼，若驗證碼正確，彈開電控鎖，買家撥動上鎖環(huán)后即可取走懸掛在下鎖環(huán)上的外賣，輸入驗證碼取餐可以防盜取，以及避免拿錯外賣情況的發(fā)生。

2.3 安全存放設(shè)計

設(shè)備頂端內(nèi)嵌著3個攝像頭，攝像頭之間夾角呈120°，可以進(jìn)行360°無死角拍攝，用于監(jiān)督盜竊行為的發(fā)生。若是出現(xiàn)外賣被盜取或者誤拿的情況，用戶可以在手持設(shè)備APP 調(diào)取相應(yīng)設(shè)備的監(jiān)控錄像。

2.4 信息安全設(shè)計

配送員送達(dá)外賣后，前往設(shè)備存儲外賣后即可離開。買家可選擇空閑時間，前往設(shè)備拿取外賣。配送員和買家的接觸過程用無人外賣終端設(shè)備代替。隨著無人外賣終端設(shè)備的普及，買家甚至不需要在訂單上寫明門牌號等詳細(xì)地址，只需要寫明無人外賣終端設(shè)備的編號及位置即可，避免了與配送員接觸可能存在的安全隱患以及私人信息泄露等問題的發(fā)生。

3 主要部件設(shè)計

3.1 鎖具結(jié)構(gòu)部分

鎖具結(jié)構(gòu)部由上鎖環(huán)、下鎖環(huán)、連接座以及電控鎖構(gòu)成，具體如圖2所示。鎖具結(jié)構(gòu)是本設(shè)備最重要的部分，它實(shí)現(xiàn)了外賣的存放與拿取。下鎖環(huán)為用于懸掛外賣的承重環(huán)，與上鎖環(huán)以鉸鏈連接，上鎖環(huán)可繞鉸鏈銷旋轉(zhuǎn)嵌入桿體內(nèi)部電控鎖上鎖。

3.2 控制系統(tǒng)部分

設(shè)備控制系統(tǒng)主要由三部分組成：手持設(shè)備APP 客戶端、云服務(wù)器、設(shè)備嵌入式控制器，三者通過現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)形式進(jìn)行通信，軟硬件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)從手機(jī)終端進(jìn)行對鎖的打開閉合控制。底盤內(nèi)嵌繼電器15個，由設(shè)備嵌入式控制器控制，每個繼電器連接一個電控鎖，由于繼電器以及電控鎖不能直接由控制器的工作電壓5V驅(qū)動，因此采用了5V/15V繼電器的方式，把控制器輸出的5V 高低電壓轉(zhuǎn)化為15V 左右的高低電平以驅(qū)動電控鎖。控制系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)控制流程圖

4 硬件系統(tǒng)設(shè)計與組配

4.1 電源方案設(shè)計

由于控制系統(tǒng)及電控鎖部分均為弱電系統(tǒng)，而設(shè)備采用的電控鎖的驅(qū)動電壓為15V 左右，故電源供電需采用220V/15V 的穩(wěn)壓源給系統(tǒng)供電，而控制器部分的工作電壓為5V，故采用LM2576芯片將系統(tǒng)供電轉(zhuǎn)壓至工作電壓5V，變壓流程如圖4所示。

4.2 主控制器硬件設(shè)計

考慮到本設(shè)備的使用要求，需要支持網(wǎng)絡(luò)接口和基礎(chǔ)編程，因此控制器采用ESP8266EX，ESP6288EX 芯片內(nèi)置 Tensilica L106 超低功耗 32 位微型MCU, 集成Wi-Fi MAC，適應(yīng)各種無線Wi-Fi環(huán)境，使其可以作為一個單獨(dú)的應(yīng)用，也可以作為主控的從機(jī)[5]。其內(nèi)置超低功耗Tensilica L106 32位精簡指令集（RISC）處理器，CPU 時鐘速度最高可達(dá)160MHz，支持Wi-Fi及TCP/IP協(xié)議棧，可將高達(dá)80%的處理能力留給應(yīng)用編程和開發(fā)，其性能足夠本設(shè)備的開發(fā)要求，控制器硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖4 電源方案設(shè)計圖

基于目前流行的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)方式，即ESP8266接入WIFI，用一個中心服務(wù)器作為用戶端和設(shè)備端的代理，由于直接自己設(shè)計搭建一個中心服務(wù)器效率較低，因此直接采用阿里云提供的物聯(lián)網(wǎng)平臺方案（IoT hub）。兩者均通過基于TCP 的MQTT 方式通信協(xié)議進(jìn)行通訊。由于阿里云通過JSON 格式傳輸數(shù)據(jù)，因此控制器還需將接收到的數(shù)據(jù)通過cJSON解析器解析得到數(shù)據(jù)。ESP8266 控制器硬件主電路如圖6所示。

5 結(jié)語

這種新型無人外賣終端設(shè)備通過電控鎖存儲、保管外賣，防止外賣被盜或誤?。煌瑫r監(jiān)控攝像可以監(jiān)督盜竊行為的發(fā)生；配送員即送即走，縮短配送時間，提高配送效率；買家可選擇空閑時間到無人外賣終端設(shè)備處取餐，無需與配送員直接接觸，減少以往配送過程中可能出現(xiàn)的安全隱患。

圖6 控制器硬件電路圖