智能自助存取机的设计

李俊均 刘忠富

Abstract： In order to solve the problem of manual operation and low efficiency in the express industry， this paper designs an intelligent self-access system based on Internet of Things technology. The system takes STM32F103 microcontroller as the micro controller， reads IC card information and express code scanning gun information， controls the conveyor belt of different express items by stepping motor， and sends information through GSM module. The system is divided into two parts： the upper computer and the lower computer. Through the upper computer， human and machine interaction can be realized. Through the lower computer， automatic distribution of space for the express items can be realized. After testing， the system is more intelligent and convenient， and has certain application value.

引言

目前，市面上的快遞点分为2种。一种是人工管理的快递点，另一种是快递柜。如今，大多数快件需经由人工管理的快递点转发，少数可经快递柜送达，但这两者却都存在一定的不足。其中，人工管理快递点的人工成本大，取件时间固定；快递柜的操作并不方便，指定快递需要逐个存放，并因柜体大小规格已然固定而耗费多余空间，从而导致仅能留存有限数目的快件，这也是迄今为止该种方式尚未得到市场大量应用的重要原因。针对上述问题，本文拟基于物联网技术，设计一款智能自助存取机，实现快件自动存取[1]。

1系统方案设计

本文设计的智能自助存取机基于STM32F103C8T6微控制器，包括上位机和下位机，分别实现人机交互和快件的空间分配及传输[2]。主要硬件设计有触摸屏、传送带、电机、STM32最小系统、GSM、IC卡的读写系统。系统方案设计则如图1所示。

智能自助存取机提供2个窗口，分别为客户窗口和管理员窗口，各自功能阐释如下。

（1）客户窗口（取快件）。收件人利用收到的短信验证码，通过窗口屏幕的用户界面输入相应的信息，整个过程即如银行的ATM机一样，将快件速递传输给客户。

（2）管理员窗口（存快件）。快递员输入密码后，通过扫码机扫描快件条形码，再将信息传给STM32F103微控制器，同时一并读取信息和存储信息到数据库中，而后弹出相应大小的盒子来存放快件，封装后通过传送带及机械控制送入传输，最终通过算法来分配相应的存储空间。

2系统硬件电路设计

智能自助存取机硬件电路包括STM32F103微控制器最小系统电路、GSM模块电路、IC读写器电路、传送带及电机控制电路。系统硬件电路的设计构架即如图2所示。由图2可知，其中各关键部分的原理功能阐析可分述如下。

2.1微控制器电路

系统采用的是STM32F103C8T6微控制器。STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M 内核STM32系列的32位微控制器，该芯片总共有48个管脚，内部RAM为20 K，程序存储器为64 K，需要电压2～3.6 V，工作温度为-40 ℃～85 ℃，时钟晶振采用8 MHz无源晶振，通过内部锁相环倍频，时钟频率最大可达到72 MHz。

2.2GSM电路

GSM模块电路以SIM900A芯片为主，通过串口设计与微控制器进行通信，故SIM900A芯片的TX和RX引脚分别与STM32主单片机的RX和TX相连，从而实现通信[3]。考虑到SIM900A芯片的功耗比较大，因此需要提供12 V的电源。GSM电路的核心组成设计可如图3所示。

2.3IC读写卡电路

MFRC522是应用于13.56 MHz非接触式通信中具备高集成度的读写卡芯片，是一款低电压、低成本、体积精巧的非接触式读写卡芯片。MFRC522利用了先进的调制和解调概念，设计集成了在13.56 MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。同时，也可载入14443A兼容应答器信号。数字部分处理ISO14443A帧和错误检测[4]。此外，还增加了快速CRYPTO1加密算法，用于验证MIFARE系列产品。MFRC522支持MIFARE系列更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达424 kbit/s。运行时与主机间通信采用SPI模式，有利于减少连线，缩小PCB板体积，降低成本。

3系统软件设计

智能自助存取机的软件设计整体上可划分为下位机系统软件设计和上位机系统软件设计2个方面。下位机扫描快件的信息后，将信息数据传给上位机PC机来监控和存储数据，并通过STM32F103微控制器来指派快件存取和对客户信息的反馈操作。设计内容可详述如下。

3.1下位机系统软件设计

下位机系统软件设计可分为3个部分，也就是：采集信息、控制系统和传输信息给上位机。研究中，对其重点可表述如下。

（1）采集信息程序设计。包括IC读卡器程序设计、扫码机程序设计，检测存取机程序设计。在调取IC读卡器采集、扫码机、存取机检测信息的基础上，又经STM32单片机分析处理后再相继转入控制和传输。

（2）控制系统程序设计。在对采集信息做出分析处理后，继而判断是否開启GSM模块的短信发送和传送带及步进电机的控制流程。

当快递员存放快件时，系统将对采集的信息生成释义解析后，再对指定客户发送短信验证码，通过算法分配合理的空间，并管控传送带和步进电机来存储快件。当客户取回快件时，输入短信验证码，对采集的信息展开辨识解读，再指令传送带和步进电机传出快件。

（3）传输信息程序设计。主要是将采集的数据和存取机内部信息传到PC端上位机上，用来确保安全性。

3.2上位机系统软件设计

上位机系统软件设计选取了LabVIEW应用程序，总共设计了2个界面，具体为客户端界面和管理员界面，并配置展示在客户窗口和管理员窗口，有效监测客户和管理员的动态信息，以提升总体设计的研发可操作性[5]。上位机系统软件设计框架即如图5所示。上位机与下位机进行通信，数据分析处理后，再将数据存储到Microsoft Excel表中[6]。

4结束语

本文将上位机和下位机相结合，设计研发了一款智能自助存取机系统。研究中，上位机整体用于监测信息和存储数据；下位机则以STM32单片机为主，设计中实现了信息采集和系统控制功能。该设计可对型号多样的快件进行合理的空间分配，并能在有限的空间中提升空间的利用率，总体设计更趋简约，用户体验良好。而且，系统存取速度稳定、高效，同时又充分考虑了设计安全性，因而具有一定的商业推广价值。

参考文献

[1] 王嘉琦，邹恩. 基于智能快递柜模式的网购末端物流应用分析[J]. 物流技术，2015，34（5）：58-60.

[2] 朱冬平. 电子电路设计的原则、方法和步骤研究[J]. 电子制作，2015，22（17）：66-67.

[3] 段荣霞，崔少辉. 单片机与GSM模块通信技术的研究[J]. 国外电子测量技术，2012，31（1）：79-82.

[4] 庄捷. 非接触式IC卡读写器的设计[J]. 常州信息职业技术学院学报，2010，9（2）：30-33.

[5] 王显军. LabVIEW对串口采样测量数据的处理[J]. 电子测量技术，2014，38（3）：107-111.

[6] 朱建平，吕春峰. 基于LabVIEW的单片机串口通信实现[J]. 机械工程与自动化，2008，15（4）：157-158.