無人代收間用智慧門禁終端系統設計

曾其勇，呂述春，李龍輝，伍銀波

（1.深圳招商建筑科技有限公司，廣東深圳，518067；2.廣東技術師范大學 自動化學院，廣東廣州，510665）

0 引言

近年來隨著網購和電子商務的迅猛發展，物流業務量呈高速增長態勢。快遞、生鮮、快餐等網購物品的末端配送服務質量引起了民眾的廣泛關注，物流“最后一公里”更是成了社會焦點問題。國務院辦公廳發布了《關于推進電子商務與快遞物流協同發展的意見》[1]，第四條第十二項提出鼓勵快遞物流企業、電子商務企業與連鎖商業機構、便利店、物業服務企業、高等院校開展合作，提供集約化配送、網訂店取等多樣化、個性化服務。政府鼓勵多元化的快遞末端服務模式和智能末端服務設施的研發和推廣，物業服務企業作為末端配送的主陣地的管理者，在推進快遞行業變革可以發揮中重要作用。無人代收間是重要的智能末端設施之一，也是最有發展前景的智能末端。

1 無人代收間業務流程

無人代收間核心業務主要是快遞員投件和用戶取件，類似無人超市，代收間的核心也是智慧門禁系統。相比智能快遞柜具有更大的空間和包裹吞吐量，相比菜鳥/媽媽驛站等人工末端站點，則具有無人化和智能化的特點，可以提供24小時不間斷服務。通常代收間由物業管理公司負責建設和運行，部署于住宅小區、科技園區等快遞包裹收發密集區域。面向所有快遞公司開放，快遞公司信息的維護由系統管理員在代收間后臺進行。代收間智慧終端首次投入使用時，由維護人員在設備端錄入基本信息，終端自動將相關信息發送到管理后臺進行注冊。現場部署時，只需要將智慧終端與網絡設備、門禁控制器完成對接即可。

■1.1 快遞員投件

快遞員首次使用需要在小程序上進行注冊和認證授權，認證通過后可在小程序端自主完成人臉注冊。需要投遞快件時，只需要在無人代收間門口觸摸一體機上進行人臉登錄，即可開門進入代收間。代收間內布局和普通的快遞驛站類似，包括普通貨架和冷藏柜、條碼打印設備、自助取件掃碼設備、視頻監控系統。快遞員通過小程序掃描快遞單號完成投件，系統自動為該快件分配貨架和取件碼，同時熱敏打印機自動打印取件碼，快遞員粘貼取件碼后放入貨架，完成投件。快遞員投遞費用一般采用直接跟快遞公司月結方式。

■1.2 用戶取件

當用戶有快遞到達代收間，系統會給用戶手機發送代收間地址、取件碼和貨架編號，用戶到達代收間后，在門口觸摸一體機上輸入取件碼，即可開門進去取件，拿到快遞后在門口自助掃碼取件登記。用戶也可以在小程序上進行注冊，注冊用戶可以在小程序上點擊單件快遞取件、多快遞的一鍵取件以及查看快遞列表和取件記錄，也可以進行報修、求助和支付等業務。

2 代收間對門禁終端要求

根據無人代收間業務流程和物業智慧門禁運行及管理經驗，門口觸摸一體機需要整合門禁系統、快遞投件和用戶取件等業務。按照集中管理、分散控制的設計原則，整個代收間系統主要包括管理云平臺、移動端APP和智慧門禁終端三大部分。其中移動端APP采用微信小程序，智慧門禁終端以工業觸摸一體機為核心，以安卓APP為控制軟件。

■2.1 門禁智慧終端的功能需求

依據代收間業務流程，門禁智慧終端系統主要功能如表1所示。和傳統門禁系統區別主要在與快遞投取件業務耦合的部分，硬件設備也增加了藍牙小票打印機和出庫登記設備。

表1 門禁智慧終端系統系統功能需求

■2.2 門禁智慧終端的特別需求

無人代收間作為一種快遞末端設施，需要根據快遞包裹業務量按網點式布局。因此門禁智慧終端需要具備注冊功能，云平臺會為每臺智慧終端生成一個唯一的設備ID，該設備的信息維護由管理員來完成。注冊時，需要提供安裝地址、經緯度、安裝時間、維護人員姓名以及手機號等必要信息。同時無人代收間還要求門禁系統具有豐富多樣、安全可靠的開門方式，要確保維護人員任何情況下均能夠順利開門。表2列出了該智能終端的開門方式、原理及應用場合，其中門禁控制器的聯動設置和局域網開門需要使用廠家提供的專用軟件。

表2 門禁智慧終端系統系統功能需求

3 智慧門禁終端系統設計方案

■3.1 硬件設計

整個智慧門禁終端系統硬件以工業觸摸一體機和門禁控制器為核心，同時包含藍牙熱敏打印機以及各種門禁配件，其構成原理如圖1所示。工業觸摸一體機采用ZC328E主板，該板卡集成多媒體解碼、液晶驅動、以太網、HDMI、WIFI、3G、藍牙于一體， 支持絕大部分當前流行的視頻及圖片格式解碼，支持 HDMI 視頻輸出，雙 8/10位的 LVDS 接口、 EDP 接口以及 MIPI 接口。外設方面，支持6 個 USB 接口（5 個插針 1個標準 USB 口)，6 個可擴展串口，GPIO/ADC接口，便于進行功能擴展。ZC328E主板采用瑞芯微RK3288CPU，工作頻率主頻1.8GHz，內置Cortex-A17四核處理器和Mail-T764圖形處理器內置。RK3288因其卓越性能，已經廣泛應用在人臉識別[3,4]、高性能數據采集等領域[5]。

圖1 門禁智慧終端硬件結構示意

門禁控制器有成熟的產品，其主控芯片一般采用高性能單片機，例如文獻6提出的門禁控制系統以STC8A8K64S4A12S4為核心，能夠實現自助登記、比對、測溫、無人值守的防疫快速登記智能門禁終端系統。本設計的門禁控制器關鍵是要有比較多的輸入、輸出接口，能夠進行網絡通信和聯動設置。在綜合考慮性價比、可靠性后，選擇熵基科技（原中控智慧）的C3-200型控制器，該控制器采用高速32位400MHz高速CPU，配合32MBits RAM，256MBits Flash，嵌入式LINUX操作系統，性能和穩定性均可滿足設計需求。C3-200和ZC328E都具備網絡通信能力，通過交換機和視頻監控子系統、管理計算機組成局域網，可以基于觸摸屏或者電腦實現必要的聯動控制。

熱敏打印機廣泛應用在各種小票打印場合，熱敏打印機核心部件是單片機和熱敏打印頭。與應用軟件的通信主要有藍牙[7]和串口[8]兩種方式，由于本設計方案需要直接應用于工程現場，考慮到系統的穩定考慮，最終選擇市場口碑良好的PT51-DC產品，該機型小巧便攜，支持USB、藍牙、NFC三種通信方式。本設計中工業觸控一體機的就是通過藍牙方式，連接PT51-DC，并控制其打印取件碼信息。

系統具備藍牙開門的功能，具體由溢鑫YL-32藍牙繼電器模塊實現。該模塊藍牙的出廠serviceId為0000FFB0-0000-1000-8000-00805F9B34FB，notifyId為0000FFB2-0000-1000-8000-00805F9B34FB，writeId為0000FFB1-0000-1000-8000-00805F9B34FB。可以直接通過微信小程序搜索連接，配對成功后發送0x00關閉繼電器，發送0xFF打開繼電器。同時該繼電器的通斷也可以由ZC328E的GPIO(CON45)控制，繼電器的輸出開關直接接到門禁控制器C3-200的AUX1端子(輔助輸入1)的IN和GND，藍牙繼電器輸出觸點閉合后，即可出發門禁控制器開門。備用按鈕的觸點和藍牙繼電器輸出觸點是并聯關系，也是接在AUX1端子上。

無人代收間出門時，可以根據業務需求選擇刷出門、按鈕出門和掃碼出門。按鈕出門適用于包裹無需強制出庫登記的場景，掃碼出門是指住戶取到快遞后在出庫登記設備上掃碼后系統自動開門。對于強制出庫登記的場景，室內不再安裝出門按鈕，快遞員刷臉出門，住戶掃碼出門。如果遇到特殊情況，無法開門，可通過室內的人臉智慧終端或者安防系統對講功能求助。

■3.2 軟件設計

智慧終端運行的軟件系統是安卓系統，采用Android Studio3.6.1開發。主程序流程如圖2所示，設備完成上電自檢后，開始與服務器進行數據同步。數據同步主要包括時間信息、收費模式和廣告信息，完成同步后進入軟件首頁。首頁頂部展示廣告欄，底部顯示機器編號和運維人員電話。住戶取件、快遞投件和系統設置等模塊操作完成后，均會返回首頁。

圖2 門禁智慧終端軟件流程圖

對門禁的控制是通過GPIO實現，ZC328E主板的和GPIO相關的API函數主要有writeGpio、 readGpio、setMulSel和setPull，分別實現寫I/O引腳、讀I/O引腳、設置I/O工作模式和設置上拉。每次寫操作之前讀取狀態，寫完后再讀取一次狀態，進行確認。ZC328E主板可用的GPIO為IO1~IO4，分別對應PO1~PO4，設置PO1位輸出模式的命令為setMulSel('O',1, 1)，并且將PO1置位的命令為writeGpio('O',1, 1)。PO1可以觸發藍牙繼電器，因此對PO1置位可以實現開門、清零可以實現關門。

取件碼信息打印是通過藍牙連接PT51-DC實現，用到的API函數相對復雜，具體如表3所示。該機型可以打印文本、一維碼、二維碼和圖片等數據，復雜組合數據的打印示例代碼如下：

表3 藍牙打印機API函數

該段代碼打印文字P-01-003、取件碼“86699”的條碼和二維碼、bitmap圖片，最終完成一個包含文字、一維碼、二維碼和圖片的復雜標簽的組合打印。

4 結語

本文實現了一種基于ZC328E核心板的智慧門禁終端系統設計方案，詳細介紹了系統的軟硬件設計過程。并將該智慧終端應用在深圳某小區的無人代收間項目上，經過現場實際測試，取得了良好的應用效果。該智慧門禁終端系統性價比高，可根據項目需要進行擴展和調整，且具有多種開門方式，可滿足各種復雜應用場景。