智能快递存取系统的实现方法

文/王月坤 高中华 张梦雪 潘婷 刘爽

智能快递存取系统的实现方法

文/王月坤 高中华 张梦雪 潘婷 刘爽

当今网络购物的时代趋势下，物流行业发挥着越来越重要的作用，运送效率成为重要因素。该系统设计了一种基于互联网的智能快递系统，旨在降低快递企业的运营成本，为用户接收快件提供便利的时间和地点。通过MSP430F149单片机等模块控制，实现智能快递收件派件和寄件的功能，四信3G/4G无线路由器F3424实现终端无线联网和远程管理。

智能快递柜 互联网 控制系统 网络传输

1 引言

现今互联网高速发展的时代，网购成为一种趋势。快件众多，客户状态不确定、时间地点不对称等客观因素致使投递效率低下，客观因素增加快递企业的负担和成本。然而当前全国大部分地区采取传统的派送方式，高效的快递管理方式必将成为今后快递行业发展的主流趋势。因此本文提出的智能快递柜发挥着巨大的作用，使快递行业得到极大的便利，快递员等待的时间最小化，快递的配送效率得到提升。

现阶段，国内快递自提模式[1]类似ATM机的快递寄取终端可便于快递人员随送随收，客户可随时随地去取。付先凯[2]提出系统终端自动向收件人发送快递存放的箱柜号及随机密码，实现用智能系统提高工作效率。岳军[3]研究出管理系统的各个子系统相互配合，自动称重短信发送功能为目标，兼具费用支付的功能的快递柜。张秋燕[4]提出亚马逊储物柜（可以说是自动取款机和保险箱的结合）可以扫描条形码，获得一个P1N码，输入后，可以拿到包裹。Collect+也出现过智能柜的验证方式[5]，就是利用扫快递单上的二维码，手机输入验证码显示网页签收，后台数据处理。智能自提柜的出现优化了传统运作模式，而快递信息化趋势也将注定自提柜发展的必然[6]。崔勇强等[7]从控制器主要实现柜门锁开关、温湿度监测、压缩机控制，以及红外物体探测功能。基于物联网的终端可以通过全自动机械装置实现快递包裹的自动存取，通过几何立体仓库结构与上下位机的结合实现快递的最优化存储[8]。刘立华[9]提出可以采用企业与便利店、小区物业部门合作的形式，开发“物流节点”。

本智能快递柜在传统快递柜的基础上完善了寄取流程中的各项功能，以具有运算速度快，超低功耗的MSP430F149单片机为核心，各个模块互相配合，提高了寄取效率，实现了寄取一体化，增加了重力检测、X射线安检仪等模块。主要包括智能快递柜、四信F3424系列工业路由器、后台服务器3部分。其中核心部分是由单片机模块、电磁门系统、射频卡模块、短信模块共同组成的智能快递柜实体，公司服务端和快递柜控制端通过互联网传递信息。

2 智能快递柜总体

整个快递柜由三大部分组成：主屏幕、重力感应箱、X射线安检仪和箱柜部分。

其中，主屏幕为触屏，可以自行选择取件或寄件模式。重力感应箱有重力传感器，放入需要寄的快件，主屏幕会显示该物体的重量，并由系统计算出所需费用，显示于主屏幕上，支付成功完成寄件。同时该箱体还安装了X射线安检仪器，系统会自动检测该物体是否为违禁物品，如果不合格，将不能成功寄件。箱柜分成三大规格，方便各种快件的存放。小尺寸为40×55mm，中尺寸为60×80mm，大尺寸为80×100mm。

具体结构如图1所示。

图1：智能快递柜箱体结构图

2.1 用户存件流程

用户的存件流程如图2所示。快递员将快件送达指定锁存地点后，系统自动刷卡验证，再输入密码，对快递员的身份进行核实检验。随后，存入智能快递箱并用控制锁锁上即可。本文使用非接触式且加密程度高的射频RFID作为快递的标签，智能快递柜自动将物品进行识别，然后利用MSP430单片机控制TC35模块给用户发送包括取件地址和验证码的短信，用户在方便的时间到达该终端前输入验证码或者刷卡，即可打开智能控制箱的控制锁，取出快件。

图2：用户存件流程图

图3：用户寄件流程图

2.2 用户寄件流程

用户的寄件流程如图3所示。用户先将要寄物件放到与显示屏相连的称重器上，称重器直接将重量信息反馈到显示屏上，选择寄件模式后，选择快递公司，用户填写完快递单后，根据重量会显示邮费价格，用户刷机付款之后同时选择合适的箱子规格，系统会控制电子锁打开对应的寄件箱门存件。RFID对快递进行扫描，系统对数据进行存储、处理，对要寄往的地区进行分类。待存储物件达到一定数量或一定时间，快递员在系统中核实身份后，选择取件，系统一次性打开所有寄件箱门，方便快递员进行分地区派送。

图4：单片机控制流程图

3 单片机模块

本文选择的MSP430系列单片机，与89C51、52等系列单片机相比较，具有运算速度快，超低功耗，片内资源丰富，开发环境简单等优点，因此我们选择其作为系统控制核心。它的主要作用是接收红外对管的消息，以便于检测电磁门锁的状态。

箱体部分的核心是MSP430F149单片机，它与电磁锁、重力传感器、报警器、射频卡等硬件设备结合共同实现智能快递柜的存取功能。电磁锁模块用于检测快递柜电磁门锁的状态，射频卡用于扫描验证快递员的身份，短信模块用于向收件人发送快递信息提醒，以便及时取件。具体单片机控制流程如图4左侧模块所示。

3.1 箱体部分功能设计与实现

3.1.1 电磁锁设计与实现

本文选择红外对管控制快递柜的开合。它由电磁继电器，直流5V电子锁和红外对管组成。当快递柜处于关闭状态时，红外对管信号线输出低电平；当快递柜处于打开状态使，红外对管信号线输出高电平。信号线接入单片机IO端口，以便于检测快递柜电磁门锁的状态。

3.1.2 测重设计与实现

本文通过重力传感器、液晶显示、报警器和主控单片机等部件实现用户寄件时的称重功能。通过重力传感器测量信号，输入信号通过放大信号系统，再经过A/D转换器将放大后的信号输送给CPU控制系统，用液晶显示屏系统显示数据，报警器系统用来防止超重损坏称重器。以MSP430F149单片机为主控芯片，与称重电路、显示电路、报警电路等构成称重系统电路板，从而实现用户寄件时自动称重的各种控制功能。

3.1.3 射频身份识别设计与实现

该部分由单片机、感应读卡机模块、显示模块组成，它们共同完成读卡校验快递员身份的任务。其中读卡机模块对非接触式RFID晶片进行读入，进而由单片机进行卡号比较验证身份。

3.2 无线通信

本文通过四信3G/4G无线工业路由器F3424提供网络接入，同时与后台服务器建立IPSEC连接，各地区快递柜站点均可通过IPSEC加密后将相关数据上报到后台服务器，以便运营商通过后台服务器对数据进行统计管理，以及远程监控等。

此外，3G/4G无线工业路由器F3424同时完成了独立无线WIFI网络覆盖，顾客可以通过各类手持终端连接WIFI上网。快递终端也可通过网络页面向顾客投放广告，以扩展快递行业的效益。

3.3 后台部分功能设计与实现

后台部分主要由上位机、打印机、摄像头等组成，面向用户，以方便用户完成取件与寄件流程[10]。控制流程如图4右侧模块所示。

上位机部分由Java等高级语言进行程序编写，以完成取件及寄件流程中的各个步骤，用户通过触摸屏实现具体操作。打印机与上位机连接，在用户寄件时打印快递单。摄像头用来监视用户取寄件及快递员派送过程，实现过程透明化，提供安全保障。

根据本系统的功能和单片机的工作条件，设计出智能快递存取系统的硬件电路，图5为MSP430F149单片机最小系统电路图，包括单片机芯片、AD电压电路、晶振电路、复位电路、JTAG下载电路。本系统主要是对智能快递柜的状态进行监测并控制其有效运行，同时与上位机进行数据通信。

图5中电源模块的稳定可靠性是系统平稳运行的前提和基础。图5中左下角部分是在单片机的复位引脚RST上外接一个电阻和一个电容，实现复位，其作用是把电路初始化到一个确定的状态。图5中上面部分是振荡电路，单片机晶振与两个电容相连，其作用是为系统提供基本的时钟信号。

4 结束语

图5：MSP430单片机最小系统电路设计图

该智能快递存取柜以MSP430F149单片机为核心，与电磁门系统、测重模块、射频卡模块、无线通信模块等相结合，主要实现了用户寄取流程中柜门自动开合，寄件时智能测重并计算邮费，智能识别快递员身份，智能派件等功能，使人机趋于一体化，大大降低了快递行业的运营成本，提高了工作效率。此外，本智能快递柜在箱体设计部分，通过大量的信息统筹，设计了较为合理的尺寸。因此本文提出的智能快递系统为物流配送行业带来新的发展方向，系统将应用于更加广泛的市场。

[1]杜荣雪,阮国祥.智能自提柜在城市社区应用的可行性分析[J].物流科技,2015,38(01)：133-134.

[2]付先凯.基于物联网的智能快递收发系统设计[J].山东工业技术,2015(01)：207-207.

[3]岳军.社区快递收发智能管理系统及其实现方法： CN,CN103021037A[P].2013.

[4]张秋燕.关于智能快递自提柜的研究及应用分析——以亚马逊为例[J].科技广场, 2014(10)：141-145.

[5]冯定忠,丁杨科.一种快递签收系统：CN105046794A[P].2015.

[6]任为.浅议智能快递柜发展的制约因素及策略[J].中小企业管理与科技, 2015(20)：187-187.

[7]崔勇强,蔡笃军,沈寿鹏,等.智能自提柜冷藏控制系统的设计与实现[J].电子世界,2015(19)：92-95.

[8]邬航涛,杨斌,楼骏鹏.基于物联网的智能快递终端[J].轻工机械,2015,33(03)：109-112.

[9]刘立华.智能快递柜自助服务的应用及其发展方向[J].物流工程与管理,2015,37(08)：54-55.

[10]李浩然,李朵然,王蕾,等.智能快递柜的设计与实现[J].电子制作,2015(7Z)：60-61.

王月坤（1996-），女，河南省南阳市人。大学本科学历。主要研究方向为通信工程及计算机应用。

作者单位 河南师范大学 河南省新乡市 453007

河南省高等学校重点科研项目(16A520015)；河南师范大学博士启动课题(qd15131)。