无人代收间用智慧门禁终端系统设计

曾其勇，吕述春，李龙辉，伍银波

（1.深圳招商建筑科技有限公司，广东深圳，518067；2.广东技术师范大学 自动化学院，广东广州，510665）

0 引言

近年来随着网购和电子商务的迅猛发展，物流业务量呈高速增长态势。快递、生鲜、快餐等网购物品的末端配送服务质量引起了民众的广泛关注，物流“最后一公里”更是成了社会焦点问题。国务院办公厅发布了《关于推进电子商务与快递物流协同发展的意见》[1]，第四条第十二项提出鼓励快递物流企业、电子商务企业与连锁商业机构、便利店、物业服务企业、高等院校开展合作，提供集约化配送、网订店取等多样化、个性化服务。政府鼓励多元化的快递末端服务模式和智能末端服务设施的研发和推广，物业服务企业作为末端配送的主阵地的管理者，在推进快递行业变革可以发挥中重要作用。无人代收间是重要的智能末端设施之一，也是最有发展前景的智能末端。

1 无人代收间业务流程

无人代收间核心业务主要是快递员投件和用户取件，类似无人超市，代收间的核心也是智慧门禁系统。相比智能快递柜具有更大的空间和包裹吞吐量，相比菜鸟/妈妈驿站等人工末端站点，则具有无人化和智能化的特点，可以提供24小时不间断服务。通常代收间由物业管理公司负责建设和运行，部署于住宅小区、科技园区等快递包裹收发密集区域。面向所有快递公司开放，快递公司信息的维护由系统管理员在代收间后台进行。代收间智慧终端首次投入使用时，由维护人员在设备端录入基本信息，终端自动将相关信息发送到管理后台进行注册。现场部署时，只需要将智慧终端与网络设备、门禁控制器完成对接即可。

■1.1 快递员投件

快递员首次使用需要在小程序上进行注册和认证授权，认证通过后可在小程序端自主完成人脸注册。需要投递快件时，只需要在无人代收间门口触摸一体机上进行人脸登录，即可开门进入代收间。代收间内布局和普通的快递驿站类似，包括普通货架和冷藏柜、条码打印设备、自助取件扫码设备、视频监控系统。快递员通过小程序扫描快递单号完成投件，系统自动为该快件分配货架和取件码，同时热敏打印机自动打印取件码，快递员粘贴取件码后放入货架，完成投件。快递员投递费用一般采用直接跟快递公司月结方式。

■1.2 用户取件

当用户有快递到达代收间，系统会给用户手机发送代收间地址、取件码和货架编号，用户到达代收间后，在门口触摸一体机上输入取件码，即可开门进去取件，拿到快递后在门口自助扫码取件登记。用户也可以在小程序上进行注册，注册用户可以在小程序上点击单件快递取件、多快递的一键取件以及查看快递列表和取件记录，也可以进行报修、求助和支付等业务。

2 代收间对门禁终端要求

根据无人代收间业务流程和物业智慧门禁运行及管理经验，门口触摸一体机需要整合门禁系统、快递投件和用户取件等业务。按照集中管理、分散控制的设计原则，整个代收间系统主要包括管理云平台、移动端APP和智慧门禁终端三大部分。其中移动端APP采用微信小程序，智慧门禁终端以工业触摸一体机为核心，以安卓APP为控制软件。

■2.1 门禁智慧终端的功能需求

依据代收间业务流程，门禁智慧终端系统主要功能如表1所示。和传统门禁系统区别主要在与快递投取件业务耦合的部分，硬件设备也增加了蓝牙小票打印机和出库登记设备。

表1 门禁智慧终端系统系统功能需求

■2.2 门禁智慧终端的特别需求

无人代收间作为一种快递末端设施，需要根据快递包裹业务量按网点式布局。因此门禁智慧终端需要具备注册功能，云平台会为每台智慧终端生成一个唯一的设备ID，该设备的信息维护由管理员来完成。注册时，需要提供安装地址、经纬度、安装时间、维护人员姓名以及手机号等必要信息。同时无人代收间还要求门禁系统具有丰富多样、安全可靠的开门方式，要确保维护人员任何情况下均能够顺利开门。表2列出了该智能终端的开门方式、原理及应用场合，其中门禁控制器的联动设置和局域网开门需要使用厂家提供的专用软件。

表2 门禁智慧终端系统系统功能需求

3 智慧门禁终端系统设计方案

■3.1 硬件设计

整个智慧门禁终端系统硬件以工业触摸一体机和门禁控制器为核心，同时包含蓝牙热敏打印机以及各种门禁配件，其构成原理如图1所示。工业触摸一体机采用ZC328E主板，该板卡集成多媒体解码、液晶驱动、以太网、HDMI、WIFI、3G、蓝牙于一体， 支持绝大部分当前流行的视频及图片格式解码，支持 HDMI 视频输出，双 8/10位的 LVDS 接口、 EDP 接口以及 MIPI 接口。外设方面，支持6 个 USB 接口（5 个插针 1个标准 USB 口)，6 个可扩展串口，GPIO/ADC接口，便于进行功能扩展。ZC328E主板采用瑞芯微RK3288CPU，工作频率主频1.8GHz，内置Cortex-A17四核处理器和Mail-T764图形处理器内置。RK3288因其卓越性能，已经广泛应用在人脸识别[3,4]、高性能数据采集等领域[5]。

图1 门禁智慧终端硬件结构示意

门禁控制器有成熟的产品，其主控芯片一般采用高性能单片机，例如文献6提出的门禁控制系统以STC8A8K64S4A12S4为核心，能够实现自助登记、比对、测温、无人值守的防疫快速登记智能门禁终端系统。本设计的门禁控制器关键是要有比较多的输入、输出接口，能够进行网络通信和联动设置。在综合考虑性价比、可靠性后，选择熵基科技（原中控智慧）的C3-200型控制器，该控制器采用高速32位400MHz高速CPU，配合32MBits RAM，256MBits Flash，嵌入式LINUX操作系统，性能和稳定性均可满足设计需求。C3-200和ZC328E都具备网络通信能力，通过交换机和视频监控子系统、管理计算机组成局域网，可以基于触摸屏或者电脑实现必要的联动控制。

热敏打印机广泛应用在各种小票打印场合，热敏打印机核心部件是单片机和热敏打印头。与应用软件的通信主要有蓝牙[7]和串口[8]两种方式，由于本设计方案需要直接应用于工程现场，考虑到系统的稳定考虑，最终选择市场口碑良好的PT51-DC产品，该机型小巧便携，支持USB、蓝牙、NFC三种通信方式。本设计中工业触控一体机的就是通过蓝牙方式，连接PT51-DC，并控制其打印取件码信息。

系统具备蓝牙开门的功能，具体由溢鑫YL-32蓝牙继电器模块实现。该模块蓝牙的出厂serviceId为0000FFB0-0000-1000-8000-00805F9B34FB，notifyId为0000FFB2-0000-1000-8000-00805F9B34FB，writeId为0000FFB1-0000-1000-8000-00805F9B34FB。可以直接通过微信小程序搜索连接，配对成功后发送0x00关闭继电器，发送0xFF打开继电器。同时该继电器的通断也可以由ZC328E的GPIO(CON45)控制，继电器的输出开关直接接到门禁控制器C3-200的AUX1端子(辅助输入1)的IN和GND，蓝牙继电器输出触点闭合后，即可出发门禁控制器开门。备用按钮的触点和蓝牙继电器输出触点是并联关系，也是接在AUX1端子上。

无人代收间出门时，可以根据业务需求选择刷出门、按钮出门和扫码出门。按钮出门适用于包裹无需强制出库登记的场景，扫码出门是指住户取到快递后在出库登记设备上扫码后系统自动开门。对于强制出库登记的场景，室内不再安装出门按钮，快递员刷脸出门，住户扫码出门。如果遇到特殊情况，无法开门，可通过室内的人脸智慧终端或者安防系统对讲功能求助。

■3.2 软件设计

智慧终端运行的软件系统是安卓系统，采用Android Studio3.6.1开发。主程序流程如图2所示，设备完成上电自检后，开始与服务器进行数据同步。数据同步主要包括时间信息、收费模式和广告信息，完成同步后进入软件首页。首页顶部展示广告栏，底部显示机器编号和运维人员电话。住户取件、快递投件和系统设置等模块操作完成后，均会返回首页。

图2 门禁智慧终端软件流程图

对门禁的控制是通过GPIO实现，ZC328E主板的和GPIO相关的API函数主要有writeGpio、 readGpio、setMulSel和setPull，分别实现写I/O引脚、读I/O引脚、设置I/O工作模式和设置上拉。每次写操作之前读取状态，写完后再读取一次状态，进行确认。ZC328E主板可用的GPIO为IO1~IO4，分别对应PO1~PO4，设置PO1位输出模式的命令为setMulSel('O',1, 1)，并且将PO1置位的命令为writeGpio('O',1, 1)。PO1可以触发蓝牙继电器，因此对PO1置位可以实现开门、清零可以实现关门。

取件码信息打印是通过蓝牙连接PT51-DC实现，用到的API函数相对复杂，具体如表3所示。该机型可以打印文本、一维码、二维码和图片等数据，复杂组合数据的打印示例代码如下：

表3 蓝牙打印机API函数

该段代码打印文字P-01-003、取件码“86699”的条码和二维码、bitmap图片，最终完成一个包含文字、一维码、二维码和图片的复杂标签的组合打印。

4 结语

本文实现了一种基于ZC328E核心板的智慧门禁终端系统设计方案，详细介绍了系统的软硬件设计过程。并将该智慧终端应用在深圳某小区的无人代收间项目上，经过现场实际测试，取得了良好的应用效果。该智慧门禁终端系统性价比高，可根据项目需要进行扩展和调整，且具有多种开门方式，可满足各种复杂应用场景。