基于物聯網的智能取件設備

楊運祺，楊易儒，張琪，張浩毓，李勃

（1.福州工商學院，福建福州，350700；2.西安航空學院閻良校區，陜西西安，710089）

0 引言

第四次工業革命是我國科學技術發展的重大機遇，因此，物聯網技術應運而生，在人們的生活中有著至關重要的位置。物聯網技術可以進行智能感知、識別技術等，這是互聯網時代之后的信息技術產業第三次浪潮，物聯網技術是對互聯網技術的拓展，包括智能電網、智能家居等相關的領域，提升了人們的生活效率。因此，物聯網技術應用到快遞領域中，簡化快遞存取模式，使得存取更加方便，這種類似于存取款機的方式，方便快遞工作員隨送隨收，也方便用戶存取物品，物聯網技術提升工作效率。

1 物聯網相關概念

■1.1 物聯網基本原理

物聯網技術的基本原理是在互聯網技術的基礎上，充分的利用RFID技術、傳感網絡技術、GPS、M2M 等物聯網技術手段，讓快遞物品不需要人員的干涉，實現寄送和存取。

■1.2 物聯網的關鍵技術

1.2.1 傳感網技術

物聯網實際上是傳感網、移動通信網及因特網融合的產物，核心因素的智能傳感技術，這是連接物質世界、人類社會的基礎，充分的利用集成化的微型傳感器，互相協作實時監測以及相關的技術手段進行信息處理，利用無線網絡的優勢把所感知到的信息傳遞到用戶端，物聯網技術的優勢是成本低、消耗低、鋪設方式比較靈活，物聯網技術在快遞行業中的應用，關系到國家社會經濟以及快遞行業的迅速發展。

1.2.2 射頻識別技術

射頻識別系統是指物聯網閱讀器、電子標簽等。利用此項技術，可以快速標記并識別出相關物的信息，相對于條形碼更容易進行吸附操作，這些被嵌入的物品可對其進行超遠距離的速度更快的定位追蹤和讀取物品信息。

對已經被電子標簽標記過的物品其快遞的相關信息均有防護等級高的密碼保護，不易泄露信息，目前的無源射頻識別標簽應用的頻段多為13.56MHz頻段和900MHz頻段，前者多用于短距離識別，后者多用于遠距離識別。

2 智能快遞總體

■2.1 設備總體功能

智能快遞終端存取系統主要分為快遞存放和快遞提取功能，對快遞存取功能和模塊進行控制、輸入以及發送信息，快遞人員將快遞存入智能取件設備關閉后，設備會自動根據快遞員輸入的手機號生成取件密碼并發送給用戶，用戶根據短信密碼進行取件，當用戶輸入密碼錯誤超過三次，設備開始發出警報并鎖定密碼輸入功能十分鐘。在這一系統中，控制模塊使用單片機，控制快遞存儲過程中的信息輸出和輸入。其運作流程如圖1所示。

圖1 系統處理流程圖

■2.2 硬件電路設計

2.2.1 智能快遞設備總設計原理圖

本次利用Altium Designer 2020軟件對電路原理圖進行設計，通過模塊化的思路，部分主要電路原理圖設計如圖2所示。圖中左側上方的是復位電路，它跟單片機的REST引腳連接，用于復位信號的輸入，單片機要完成復位動作，需要接收到持續的電平信號輸入。本次采用的按鍵復位的方式，在需要復位的時候通過按鍵操作就行。左側下方的是時鐘電路，它跟單片機的XTAL1和XTAL2連接，中間接入一個12MHz的晶振，通過晶振和電容的配合產生心跳，類似于人的心臟，它的頻率快慢決定了單片機運算的速度。

圖2 智能取件設備主要原理圖

2.2.2 主控制器

單個快遞點的智能存取快遞箱的實現并不需要太高算力的芯片，以免造成不必要的浪費，本次模擬設計的智能快遞存取箱采用STC89C52芯片作為主要的控制芯片，該芯片有體積小、價格便宜、同類型中算力較高，能夠形成一個獨立運行的主機，具備分析處理的能力，如圖3所示。

圖3 芯片圖

2.2.3 SIM短信發送模塊

SIM模塊的功能較多，但是本次設計只需要應用到短信發送的功能。模塊除了接了電源供電之外，還接了PWK、RXD和TXD接口，其中PWK是模塊開關機的控制引腳，在模塊出廠的時候就被設置為上電自動開機，這邊連接到GND；TXD和RXD是發送數據引腳和接收數據引腳，它的通信引腳是TTL電平的，所以在系統調試模塊的時候，要采用USB轉TTL的接口才行，然后連接電腦進行數據調試。這個兩個接口分別和單片機的P31和P30連接，用來收發短信的信息。如圖4所示。

圖4 SIM短信模塊原理圖

2.2.4 即時顯示模塊

本次設計采用LCD1602液晶顯示屏，因為其供電電壓與單片機相同且具備小巧、顯示內容相對較多的好處。LCD1602液晶顯示屏的引腳功能如表1所示。

表1 液晶屏引腳圖

其電路原理圖如圖5所示，RS連接單片機的P25引腳，用作選擇寄存器使用的，高電平選擇數據寄存器，低電平選擇指令寄存器。RW連接單片機的P26引腳，它是讀寫信號線，高電平進行讀操作，低電平進行寫操作。EN連接單片機的P27，它是使能端，執行命令的接口。剩下的都是數據接口，分別連接到單片機的P0引腳。實現對液晶屏的控制，寫數據、寫指令和初始化三個步驟。

圖5 即時顯示模塊原理圖

2.2.5 報警模塊

該模塊主要利用三極管蜂鳴器放大電流功能進行設計，三極管的一端接入電阻后與單片機的P24引腳連接，當引腳輸出低電平時候，三極管導通，蜂鳴器運行，反之不運行。電阻在這邊取到一個保護的作用。如圖6所示。

圖6 報警模塊原理圖

2.2.6 語音識別模塊

當智能快遞箱為空時，可用語言“打開”一詞來開啟快遞箱，方便快遞小哥存快遞，而LD3320語音識別芯片可預存50多條預設語言指令，操作方便，利用一個MCU與語音識別模塊進行串口通訊，解析其指令，并響應指令的相關動作。

2.2.7 鍵盤輸入模塊

該模塊采用4×4的矩陣鍵盤，將橫向的和單片機的P13、P12、P11和P10引腳連接，縱向的和單片機的P14、P15、P16和P17引腳連接，高電平代表放開，低電平代表按下。

圖7 語音識別模塊

■2.3 軟件程序設計

2.3.1 主程序運行流程圖

系統運行時，先進行初始化，接著進行按鍵掃描，以及語音識別檢測，判斷兩個程序是否有被觸發，并執行相應操作，最后根據操作結顯示在顯示器上。如圖8所示。

圖8 主程序流程圖

2.3.2 子程序運行流程圖

（1）SIM短信模塊子程序流程圖

短信的發送是通過串口指令的發送來完成，如圖9所示。

圖9 SIM子程序流程圖

（2）即時顯示模塊子程序流程圖

本次的智能取件設備大部分功能都在顯示器上進行展示，如圖10所示。

圖10 即時顯示模塊子程序流程圖

（3）語音識別模塊子程序流程圖

將快遞員的開啟話語作為預設指令，方便了快遞員的工作，語音模塊與MCU之間進行串口通訊，利用MCU來解析并響應LD3320芯片的指令，如圖11所示。

圖11 語音模塊子程序流程圖

3 結論

綜上所述，物聯網技術融入到我國各行各業中，對企業的發展起到了重要作用。物聯網技術可以收集、存取信息，提升物流配送的效率，也提高了物流行業的透明度。隨著市場競爭越來越激烈，物流行業受到了各級的關注，物聯網技術必將對企業產生積極的影響，不過，物聯網技術與快遞柜的融合都是系統科學的，在標準化和專業化建設中需要進一步完善，智能快遞柜與物聯網技術的融合增強了物流配送的效率，可以發現，取件柜的市場非常大，它也是決定物流末端服務很重要的一個環節，會很大程度的改善寄取件的問題，在不斷的提高物流產業的服務水平，不管在任何時間段，它都是一個非常值得研究的領域。