基于工業一體機控制的智能網聯外賣柜

摘 要：隨著外賣行業的持續發展，后疫情時代貨物的無接觸配送方式逐漸成為消費者的配送新選擇。為實現無接觸外賣存取的智能化監控與管理，設計了以工業一體機為控制核心的網聯外賣柜。系統硬件設計包括柜體的機械結構、控制模塊、傳感器模塊三部分，系統軟件設計包括柜體交互應用以及用戶微信小程序。該系統能夠實現對外賣物品的暫存、消毒、保溫、監控及管理等功能，確保外賣等物資安全送至用戶處，減少外賣配送人員的等待時間，提高配送效率。經驗證，該智能網聯外賣柜運行穩定，具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：配送效率；智能網聯外賣柜；物聯網；工業一體機；等離子體消毒；微信小程序

中圖分類號：TP332.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2025）04-00-04

0 引 言

隨著互聯網技術的發展，外賣行業迅速興起并成為人類社會生活中不可或缺的一部分[1]。由于后疫情時代和流感高發時期的推動，外賣安全以及無接觸配送逐漸成為消費者新的關注對象。物聯網技術的引入為無接觸配送提出了解決方案，智能網聯柜得到大規模應用。

工業一體機是一種集計算、顯示、輸入/輸出、網絡等功能于一體的工業級計算機設備，具有工業級硬件設計和防塵防水功能，能夠在惡劣的工業環境下穩定運行。通過高性能處理器和豐富的接口，工業一體機被廣泛應用于工業自動化、智能制造、物聯網等領域，為工業生產提供了可靠的計算和控制平臺。

目前，我國網絡餐飲外賣配送監管仍不完善，在高校、小區、寫字樓的集中配送點，面臨著無人監管、外賣存放環境惡劣、外賣丟失等問題。為了實現無接觸外賣存取的智能化監控與管理，提出了一種基于工業一體機控制的智能網聯外賣柜。該系統以市面上功能完備的工業一體機為控制核心，通過設計硬件與軟件，實現對外賣物品的暫存、消毒、保溫、監控及管理等功能，確保外賣物資能夠安全送達用戶處，提高配送效率。

1 控制系統的原理、構成

1.1 系統構件的選擇

本文使用工業一體機作為智能外賣柜的主要控制器件。該器件集計算機、顯示器、輸入設備和控制系統于一體，具備高可靠性、高穩定性和高安全性，能夠適應嚴苛的工作環境。

1.2 系統組成

智能網聯外賣柜的技術體系分為硬件體系和軟件體系兩部分，即交互系統和云端數據系統。兩部分融合可實現硬件交互、數據傳輸、控制決策，等等。

1.2.1 軟件體系的原理

智能外賣柜的軟件功能分為人機交互功能、管理控制功能兩部分。

人機交互部分要求外賣騎手將餐品存放至智能外賣柜中，用戶憑身份特征取出自己的餐品。在這一過程中，確保外賣餐品只經過騎手、智能外賣柜、指定用戶，不允許其他人介入。該過程的關鍵在于對用戶進行身份認證，同時對騎手配送的外賣餐品進行柜體分配。

按使用角色將涉及的人群劃分為騎手、用戶兩類，騎手負責外賣餐品的存放，在存放時選擇“存餐”模式，同時需要考慮餐品的特性（如餐品溫度、餐品保鮮要求等），并為對應存放的外賣柜設置控制參數；在騎手存放好餐品后，控制中樞需生成一個4位取餐碼，取餐碼以短信方式提供給用戶。存入餐品后，控制中樞將柜體設置為“忙碌”狀態，該柜體除指定用戶取餐外不能被二次打開。對于用戶而言，取餐時在控制中樞選擇“取餐”模式，可以通過輸入取餐碼、掃描二維碼或輸入手機號的方式取出餐品。取出餐品后，控制中樞將該柜體狀態設置為“空閑”，于是柜體可進入下一次外賣餐品存放流程。人機交互流程如圖1所示。

管理控制功能將騎手在控制中樞上設置的信息傳輸到對應柜體設備控制板上。例如，取餐用戶的身份信息、存放溫度（制冷和保溫）、是否需要消殺等。控制中樞發出這些信息并傳輸給柜體設備控制板，將取餐信息存儲到相應柜體對應的數據結構中。在騎手存放餐品到用戶取餐的時間段，設備根據設置的取餐信息中的餐品存放條件控制指定柜體的柜內溫度，并根據消毒條件控制等離子體發生器進行消殺操作。

1.2.2 硬件體系的構成

柜體設備由柜體控制板和柜體組成，一個控制板控制一組柜體。設備主要由工業一體機、繼電器（柜門門鎖控制）、保溫模塊、消毒模塊組成。圖2（a）展示了智能外賣柜體的外觀，圖2（b）展示了智能外賣柜的設計圖。

在柜體材料選擇方面，采用0.8 mm加厚優質冷軋鋼板，冷軋鋼板經熱軋鋼板冷塑變形后形成，軋制過程中形成了大量的空位和位錯結構缺陷，表現為材料強度顯著提高和塑性明顯下降[2-3]。同時，冷軋鋼通常經過鍍鋅或其他表面處理，形成了一層保護層，具備良好的耐腐蝕性。

在機械設計方面，采用雙開門形式，即在柜體兩側均設計了柜門，可供騎手將外賣從一側存入，用戶從另一側取出，如圖3所示。柜體可嵌入小區或校園圍墻中亦或安置于大門附近，方便存取外賣。

食物的儲存需要合適的溫度，為保證外賣食品的口感，智能外賣柜需具備智能恒溫功能[1]。

在保溫方面，采用市面上已有的保溫材料（硅酸鋁陶瓷纖維板）鑲嵌在優質冷軋鋼中為柜體保溫。陶瓷纖維板以品種齊全、表面平整、強度高、可加工性強著稱[4]。此材料柔韌性好、渣球含量低，同時耐火抗燃、熔點高，不產生有害氣體。在柜體底部加裝加熱片，可對柜體內部的外賣加熱保溫。

在制冷方面，采用TEC1-12706陶瓷制冷片對柜體制冷，該半導體制冷片是一種利用半導體材料熱電耦合效應實現制冷效果的新型制冷設備[5]。當一塊N型半導體材料和一塊P型半導體材料聯結成電偶對時，在該電路中接通直流電流[6]，電流由N型元件流向P型元件的接頭，吸收熱量（冷端）；電流由P型元件流向N型元件的接頭，釋放熱量（熱端）[7]。

圖4（a）為陶瓷制冷片實物，圖4（b）為陶瓷制冷片結構原理。圖5（a）為制冷裝置實物，圖5（b）為制冷裝置安裝圖。

在消毒殺菌方面，采用等離子彌漫殺菌技術。將交流高電壓輸入管狀電場，生成大量等離子體群（物質第4形態），其由超氧自由基（O2-）、單線態氧（1O2）等組成，這些活性物具有較高的氧化還原能力，在許多高級氧化技術中已被證明對病原微生物具有較好的滅活效果[8-9]。圖6（a）為等離子體射流陣列原理圖，圖6（b）為低溫等離子體發生器。

圖7為低溫等離子體發生器安裝示意圖。裝置打開后，等離子體會迅速彌漫至柜體內，滅殺細菌，阻隔微生物二次污染；抑制物體表面的細菌生長，控制二次交叉感染；分解異味分子，改善工作環境。

2 程序開發應用

該智能外賣柜利用SIM卡上網功能，通過連接數據庫實現物品存取。

本文所提出的開發軟件包含外賣柜交互應用和微信小程序兩部分，該軟件的開發語言采用Java、C++，調用Qt5跨平臺開發庫接口，完成移動端APP的開發。每個外賣柜都有唯一的設備標識碼，該設備標識碼用于外賣柜交互軟件的登錄。

圖8為柜機交互APP界面。用戶賬戶即設備標識碼，系統首先進行身份驗證。柜機配有前后屏，分別用于外賣員存餐與用戶取餐。在存餐端，外賣員通過掃描二維碼打開微信小程序。在取餐端，用戶可以使用輸入外賣員設定的取餐碼取餐，也可以掃描二維碼打開微信小程序取餐。

柜機交互APP通過RS 232串行通信協議實現對外賣柜機的鎖控以及加熱等，對硬件設備進行控制。硬件交互界面如圖9所示。

在存餐環節，外賣員通過掃描屏幕上的二維碼設定存餐碼。存餐碼的設定可通過3種方式實現，包括自定義存餐、手機號存餐、4位手機尾號存餐。此外，外賣員可根據外賣對存放環境溫度的需求選擇柜體內部是否加熱或制冷。

圖10（a）所示為設計的微信存餐小程序界面。在取餐環節，用戶可通過掃描屏幕上的二維碼或輸入取餐碼取餐。圖10（b）所示為設計的微信取餐小程序界面。

在本系統中，每個柜子都有唯一設備標識碼對應的數據庫，用來存放其狀態信息等，以實現對智能外賣柜的云監管和智能控制。圖11顯示了該系統APP的開發流程。

3 創新點和應用價值

采用等離子體彌漫殺菌技術，解決了傳統紫外線燈殺菌不徹底的問題，消殺了外賣柜內部物品表面的各種菌落和病毒，且不會對食品安全造成影響。

柜體采用雙開門結構，柜體可嵌入小區或校園圍墻中，亦或安置于大門附近，方便騎手從外側存外賣，用戶從內側取外賣，同時減少占地面積。

使用保溫和制冷模塊，可對不同溫度的外賣實現保溫和制冷，保證外賣的口感。

有效保護餐品，智能網聯外賣柜可以給外賣提供良好的儲存環境，同時可以有效防止他人冒領或偷取的現象。

取餐自由，用戶無需當面領取外賣餐品，取餐時間可在一定范圍內自由安排，同時減少了外賣騎手的等待時間，提高了派送效率[10]。

4 結 語

本文闡述的智能網聯外賣柜的技術體系分為硬件體系（包括工業一體機、繼電器、保溫模塊和消毒模塊）和軟件體系（涉及人機交互和管理控制）兩部分，即傳感系統和云端控制系統。這兩部分融合實現了外賣物品的存儲、消毒、保溫和監控等功能，開發了應用于柜機的交互軟件，實現了用戶交互、數據通信、硬件交互等。開發微信小程序實現了用戶端的存餐與取餐。該智能外賣柜的應用可以為點外賣的用戶帶來良好的服務體驗，這一系統在實驗階段已基本實現了設計的功能，為提高外賣配送效率和安全性提供了一種可行的方案。

參考文獻

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