基于单片机的新概念外卖储存柜研发＊

李 引 ， 彭福鑫 ， 郭茂成 ， 王玉柱

（福建农林大学机电工程学院，福建 福州 350100）

0 引言

随着时代的发展，点外卖已成为高校学生用餐的主要形式之一[1]。然而在许多高校，由于上课等种种原因，高校学生和外卖员无法在同一时间地点进行接收和送达，往往造成外卖员长时间等待或高校学生等待以及外卖直接放置在楼宇门外无人看管的情况，日复一日，不仅浪费了外卖员和学生顾客的大量时间，而且造成外卖随意放置的安全隐患，甚至出现冒领、误领等外卖丢失等现象。由此，一款可进行安全存取的外卖暂存柜变得极为必要。本设计的柜体通过人为进行划区管理，使空间配置最优化；加入温度控制，最大程度上保证外卖美食口感；结合人脸识别技术，让取餐环节更加安全高效；采用云端通讯，方便快捷的沟通外卖人员与顾客，使顾客和商家能更好掌握外卖实时情况。方便大家的生活，使得学生不必在上课时为外卖的卡点而烦恼，外卖员也不必再为外卖的准时送达浪费不必要的时间和精力。

1 总体设计

本装置总体由柜体、面板控制系统、单片机、人脸识别模块、温控系统、通讯模块、通风槽等组成，在存储柜的空间配置上人为地采用分区管理，使外卖相关问题得到有效解决。系统整体结构如图1所示，系统三维总装示意图如图2所示。

图1 系统整体结构图Fig. 1 Overall system structure diagram

2 设计方案与原理

2.1 工作原理

首先对整个柜体存储空间进行人为分区管理，规范取餐秩序。为了最大限度地保持外卖美食的口感，设置了温度控制系统，采用12V-TEC1-12706型号的半导体制冷片，可达到稳定有效的制冷效果，另外采用了DC12V T5-LED紫外线杀菌保温灯管，可以有效杀菌消毒，且其可以实现对外卖加温，当Ds18b20温度传感器检测到格内温度低于外卖员设置的温度时，系统打开灯管进行升温，当高于所设定温度时，系统开启半导体制冷片进行降温。此外，设计了软件APP，其可以让外卖员实时掌握外卖柜位置以及是否还有储藏空间等信息，系统工作流程如图3所示。在系统控制面板上采用了GPU液晶显示器，通过它可以控制整个装置运行，在取餐方面采用了人脸识别和验证码取餐方式，方便快捷且安全可靠。最后为了减轻外卖员和商家的负担，独特的设置了“外卖到家”的功能，即结合现代通讯设备，以短信的方式通知点餐人员以及商家，外卖已安全送到，这极大增加了产品实用性与便捷性。

图2 系统三维总装示意图Fig. 2 3D assembly diagram of the system

图3 系统工作流程图Fig.3 System work flow chart

2.2 装置分块功能及优点介绍

2.2.1 智慧存放

外卖柜在实现了最基本防偷功能外，还引入了分区管理理念，如图4所示，柜体分为A、B两区，其中A区为统筹划拨管理区，即以申请方式按班级划分存储区，B区为自由存放区，以对个人的方式进行开放，作为外卖量比较多的班级存放区域的补充。A区B区均进行统一编号，保障取餐信息明确可靠。通过导入学生校园卡信息，实现实名认证，同时借助APP或柜体的摄像头实现人脸认证，同学们既可以通过刷卡取餐，也可以通过人脸识别取餐，提高取餐效率。

图4 分区示意图Fig. 4 Zoning diagram

2.2.2 操作界面简洁

柜体主控台配有7寸GPU液晶显示屏，如图5所示，界面清新简洁，显示菜单为存储、取餐、信息、选区等。当外卖员把美食送至储存柜并点击存储，系统会跳出常温存储、保温存储、降温存储等选项，待操作完成后，便将相应的取餐信息自动生成短信通知外卖主人。

图5 GPU液晶显示屏界面示意图Fig. 5 GPU LCD interface diagram

3 便捷的取餐过程

本设计采用传统方式取餐与现代智能人脸识别技术有机结合，使取餐更加高效智能[2]，储存柜搭载了OpenMV，如图6所示，进行人脸识别数据的录入和识别，其通过与上位机进行通信将人脸信息录入并形成全样本数据库。取餐时，通过OpenMV cam的内置人脸检测功能进行取餐人员身份确认。在分辨上采用LBP（局部二值模式）的特征利用函数find_lbp，其会从ROI元组（x，y，w，h）中提取LBP关键点，然后将当前特征LBP值与数据库进行比对，最后返回LBP最相近值对应的数据库样本编号，从而保证取餐人员身份的正确性。此外，学生还可以通过刷学生卡或通过按键面板，如图7所示，输入通知短信上的四位验证码进行取餐。

图6 OpenMV安装示意图Fig. 6 OpenMV Installation diagram

图7 外卖柜按键面板主视图Fig. 7 Main view of takeaway cabinet button panel

4 恒温控制

为了解决温度对美食口感影响的问题，本设计在存储格的内部材质上采用发泡保温层，同时可通过DC12V T5-LED紫外线杀菌保温灯，如图8所示，对美食进行加温并能有效杀死存储格内的有害病菌，而在降温方面，存储柜设计了通风槽装置以及12V-TEC1-12706型半导体制冷片，当温度超过阈值时，其自动开启降温，可达到较好制冷效果[3]。

图8 T5-LED三维建模安装示意图Fig. 8 T5-led 3D modeling installation diagram

食物的温度可由外卖员根据其性质设置，温度的采集依靠DS18B20温度传感器，其测量温度范围为-55℃～+125℃，精度可达±0.5℃，同时单片机将采集到的温度数据送入控制程序，并显示在LCD1602液晶屏上，有效保证温控的准确性。其硬件连接如图9、图10所示。

图9 DS18B20硬件连接示意图Fig. 9 Hardware connection diagram of DS18B20

图10 LCD1602硬件连接示意图Fig. 10 Hardware connection diagram of LCD1602

5 完备的监控反馈系统

为了确定外卖是否安全送达，本设计设置了“外卖到家”的功能，即采用SIM900A模块，进行通讯服务[4]，在外卖被安全取走后，单片机会控制SIM900A模块自动发短信通知商家外卖已安全送达。

6 结束语

智能外卖柜是互联网时代物联网技术与物流技术深度结合的产物，其不仅有效解决了校园外卖送餐中的配送不安全、取餐难、取餐秩序差等各种现实问题，还在一定程度上提高了配送效率，增加了客户满意度，推动了整个外卖行业以及社会智能化的发展，具有良好发展前景。