校園智能無人配送小車的設(shè)計與實現(xiàn)

周云龍，崔麗冰，陸武志，黃紀(jì)瑩，黃炫榮，劉如軍

（嶺南師范學(xué)院 電子與電氣工程學(xué)院，廣東 湛江 524048）

0 引言

隨著科技的進(jìn)步和5G 時代的來臨，無人駕駛、無人化智能配送等技術(shù)的應(yīng)用提高了物流處理效率，利用物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了萬物間的互聯(lián)互通[1-6]。無人化智能配送可以借助物聯(lián)網(wǎng)中的全球定位系統(tǒng)，更順暢地完成與客戶接觸的物流末端配送工作。同時，物聯(lián)網(wǎng)豐富了無人化配送的商業(yè)模式和運營流程，無人化配送借助于智能定位與物聯(lián)網(wǎng)時代的“萬物互聯(lián)”，在配送的過程中隨時記錄并存儲相應(yīng)的道路信息，實現(xiàn)無人化智能配送[7]。

目前大學(xué)校園內(nèi)在快遞與外賣上普遍存在“最后一公里”的問題，末端配送存在“雜、亂”等現(xiàn)象，由于傳統(tǒng)末端配送高頻、分散的配送作業(yè)模式，產(chǎn)生低效率、高成本的行業(yè)痛點，影響到校園交通的有效管理；傳統(tǒng)的配送方式幾乎無法避免人與人的直接接觸，不利于目前的疫情防控。然而，校園無人智能配送小車可以避免人與人之間的直接接觸，降低了病毒傳播風(fēng)險，同時也節(jié)省了人力資源，解決了運力緊張，緩解了部分配送壓力。

1 系統(tǒng)設(shè)計

智能配送小車基于人工智能算法，通過環(huán)境感知認(rèn)知、路徑?jīng)Q策規(guī)劃、定點尋跡、無人駕駛、智能操作系統(tǒng)、點單系統(tǒng)等技術(shù)，實現(xiàn)校園商品運送服務(wù)以及寄取件等業(yè)務(wù)。系統(tǒng)整體框架設(shè)計如圖1所示，系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括電池模塊、主控模塊、WiFi 模塊、雷達(dá)模塊和定位模塊，軟件部分包括識別模塊和小程序模塊。

圖1 系統(tǒng)框架

用戶通過軟件端選購商品、提交訂單后，商家接受訂單并處理，再通過網(wǎng)絡(luò)將訂單輸入到后端數(shù)據(jù)庫中[8]。待無人小車到達(dá)店鋪，后臺控制端將對應(yīng)的柜門打開，待商家放置商品后便開始無人配送過程。到達(dá)目的地后，系統(tǒng)后端通過互聯(lián)網(wǎng)通知用戶取出商品，智能小車識別用戶信息后將對應(yīng)柜門打開，待用戶取出商品后智能小車關(guān)閉柜門并返回。

硬件系統(tǒng)整體設(shè)計方案如圖2所示，主控模塊通過雷達(dá)信號實現(xiàn)避障，WiFi 模塊實現(xiàn)無人配送小車與上位機之間的數(shù)據(jù)交換，GPS 模塊實現(xiàn)準(zhǔn)確定位功能。

圖2 硬件框架

無人配送小車定位系統(tǒng)作用流程如圖3所示。小車通過GPS 模塊獲取到當(dāng)前的地理位置信息，并上傳給微控制器；微控制器將當(dāng)前地理位置信息和目的地的地理位置信息進(jìn)行對比，判斷是否已經(jīng)送達(dá)目的地。若已到達(dá)目的地，小車停車，將商品給到客戶并發(fā)送取件信息；否則，小車?yán)^續(xù)前行。

圖3 定位系統(tǒng)作用流程

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

軟件系統(tǒng)整體設(shè)計方案如圖4所示。若用戶信息比對正確，則進(jìn)入點餐主界面，用戶可進(jìn)行商品選購和提交訂單。

圖4 軟件結(jié)構(gòu)框架

2.1 客戶取件流程

取件流程如圖5所示。無人配送智能小車具備用戶信息比對功能，當(dāng)客戶提交訂單后，后臺數(shù)據(jù)庫根據(jù)訂單信息隨機生成六位數(shù)字取件碼。小車送貨到目的地后，客戶輸入取件碼驗證成功后，由主控模塊控制對應(yīng)柜門解鎖開啟，防止貨物出現(xiàn)錯拿、亂拿的現(xiàn)象。當(dāng)柜門出現(xiàn)被人為破壞、意外損壞等情況，小車向后臺發(fā)出警報信號。

圖5 取件流程

2.2 點餐界面

2.2.1 用戶界面

用戶界面如圖6所示，通過獲取用戶微信權(quán)限獲取用戶的信息，并顯示訂單、評價、反饋等頁面。

圖6 用戶界面

2.2.2 商品模塊

商品首頁的設(shè)計主要是顯示最近的商品推薦、各商家的最新消息等，如圖7所示。用戶進(jìn)入菜單頁后可以看到菜單的分類情況，如“經(jīng)典套餐”“面食”“飲品”等。還可以看到相關(guān)菜品的圖片、價格、銷量等，點擊某個菜品右下角的加號按鈕，可以看到份數(shù)就會實現(xiàn)“+1”操作；點擊減號按鈕，相關(guān)份數(shù)就會實現(xiàn)“-1”操作。商家可以通過CMS 內(nèi)容管理進(jìn)入到Web 管理后臺，對菜品進(jìn)行添加、修改和下架等操作。圖8所示為菜單頁顯示模塊，代碼1 為獲取菜品信息的相關(guān)代碼。

圖7 商品界面

圖8 菜單頁面

2.2.3 訂單模塊

系統(tǒng)會將用戶訂單號、付款金額、商品名稱、商品信息、商品數(shù)量、商品價格等內(nèi)容展示在訂單內(nèi)以供用戶查看與保存（如圖9所示），同時將信息保存至數(shù)據(jù)庫供后端進(jìn)行邏輯處理等操作時使用[9]。在選擇商品而未進(jìn)行結(jié)算時會將商品放置于用戶的購物車中，如圖10所示。

圖9 訂單界面

圖10 購物車界面

3 系統(tǒng)實現(xiàn)與分析

3.1 訂單處理

用戶掃碼后小程序會自動跳轉(zhuǎn)至菜單的頁面，用戶對菜品進(jìn)行瀏覽、選擇，將選中后的菜品加入購物車中。用戶選好菜品后創(chuàng)建訂單，訂單確認(rèn)的頁面中需要用戶去輸入相應(yīng)的用餐人數(shù)和用餐備注。訂單確認(rèn)完成后，用戶點擊提交訂單會跳出訂單支付的頁面，待用戶支付完成后訂單創(chuàng)建成功。這時系統(tǒng)會將用戶提交的訂單發(fā)送到后臺，后臺的訂單表會自動生成相應(yīng)的記錄，并且相關(guān)菜品的銷量也會相應(yīng)地增加。下單的流程如圖11所示。相關(guān)代碼如下：

圖11 購買流程

商家處理訂單流程如圖12所示。商家登錄小程序接收用戶的訂單需求，對訂單進(jìn)行處理后，將對應(yīng)商品放置于校園智能配送小車對應(yīng)柜門。校園智能配送小車開始配送，到達(dá)指定停車點位置后，系統(tǒng)后端進(jìn)行邏輯處理，通過互聯(lián)網(wǎng)通知用戶收取商品。用戶到達(dá)小車停車點位置進(jìn)行驗證，校園智能配送小車將通過后端返回的數(shù)據(jù)與用戶進(jìn)行驗證，驗證成功則將對應(yīng)柜門打開，待用戶獲取商品，訂單完成。

圖12 訂單處理流程

管理員可以登錄系統(tǒng)后臺進(jìn)行查看、修改商品的信息，同時也能通過評價等功能接收用戶的反饋并做出調(diào)整，完善系統(tǒng)功能并解決一些細(xì)節(jié)上的缺陷[10]，如圖13所示。

圖13 后臺界面

3.2 軟件系統(tǒng)測試

軟件系統(tǒng)測試分別見圖14、圖15 和圖16。圖14 為系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)概圖，圖15 為后臺商品數(shù)據(jù)圖，圖16 為系統(tǒng)獲取的用戶信息。由圖可知，點餐小程序可準(zhǔn)確獲取用戶信息，系統(tǒng)后臺的商品數(shù)據(jù)與菜品等匹配，配送程序正常運行。

圖14 系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)概圖

圖15 后臺商品數(shù)據(jù)

圖16 獲取用戶信息

4 結(jié)語

本文針對校園快遞和外賣配送“最后一公里 ”的難題，提出了一種校園智能無人配送小車的設(shè)計方案。該校園智能無人配送小車具有無人駕駛、避障、實時監(jiān)控等多種功能，同時具有配送時間靈活、配送地點準(zhǔn)確、配送服務(wù)個性化等優(yōu)點，有利于減少配送人員需求，解決快遞員流動大、雇傭難等問題，也有利于交通環(huán)境治理，消除道路與社區(qū)安全隱患，提高配送效率。