多功能智能外卖柜的设计研究

刘壮林 俞纪良 王瑶 曾孟佳

摘要：随着互联网技术的快速发展，外卖行业也在迅速扩张。在全球疫情大背景下，对外卖的无接触式配送提出了更高要求。传统的外卖配送环节存在取餐过程难以保证无接触、外卖易丢失、配送效率低下等问题。针对上述问题，该文设计了一款多功能智能外卖柜，具有紫外线杀菌、智能恒温、智能安保等功能，可以有效改善外卖存储环境，解决外卖易丢问题，同时这种方式可实现无接触式配送，且外卖员无需等待，提高了整体配送效率。

关键词：紫外光杀菌;食物存储;外卖柜;多功能;智能化

中图分类号：TP311        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）04-0118-02

1 引言

随着互联网技术的发展，外卖行业迅速兴起并发展壮大，成为人类社会生活中不可或缺的一部分。当今社会工作节奏快，生活压力大，人们更愿意选择外卖这种方式来解决饮食问题。近年来，中国外卖行业发展迅速。自2015年至2018年短短3年间，外卖行业交易金额增长了2.42倍。此前有预测显示，2019年全年中国外卖行业交易额将达到6035亿人民币，约占同年餐饮业总收入的15%[1]。其中，年轻人是外卖消费的主要群体，是外卖行业发展的主力军。

传统的外卖配送环节存在许多问题，比如取餐环境差、外卖丢失、过度包装等。由于外卖员需要在规定时间内赶到下一个送餐点，在到达当前送餐点后，常常将食品直接放置在地上，电话告知客户餐已送到就走了。一旦包装破损，食物很容易受到污染。因此，很多高校出于食品安全的考虑，采取强制措施不许外卖进校园，这给学生带来不便，容易引起他们的反感。另外，外卖取餐无监督机制，外卖可能丢失。外卖商家为了保持食品的口感，可能过度包装，既造成了资源的浪费，也不利于环保。基于此，本文设计的多功能外卖柜将有效解决上述问题，旨在于优化取餐环境，改善外卖员和取餐顾客的送、取餐体验。

2 智能外卖柜的功能介绍

本文设计的智能多功能外卖柜除了提供干净卫生的储食环境外，还通过添加紫外光杀菌灯管、特定的温度传感器和智能摄像头来实现外卖柜的智能化、多功能化。软件界面简洁，操作简便，希望带给客户良好的使用体验。

2.1 智能多功能外卖柜的取餐过程

传统的外卖取餐环节一般为，外卖员打电话或发送短信通知顾客餐饮已送达，然后等待顾客下楼取餐或将外卖放在地上，顾客再根据自己下单时的昵称和电话信息来寻找自己的外卖。外卖员在等待取餐人的同时，浪费了时间，而且如果顾客因有事取餐不及时，食物就会冷却，轻则影响口感，重则出现食品安全问题。相较传统的外卖配送环节，多功能外卖柜的配送方具有简单、方便、快捷、高效的优势。

本文设计的智能多功能外卖柜中使用者包括外卖配送员和顾客。外卖配送员选择存餐功能后，将点餐者的姓名和电话信息输入系统，后台会自动生成取餐码存入数据库并发送给客户。客户只需点击外卖柜上“取餐功能”，输入取餐码，后台匹配取餐码成功，则可打开外卖柜完成取餐。以下是顾客和送餐员存餐取餐操作的流程图。

2.2 功能介绍

多功能智能外卖柜的功能有紫外线杀菌、智能恒温、智能安保等。紫外线杀菌功能通过外卖柜内部配有的带臭氧功能紫外线杀菌灯管实现，可有效杀灭细菌和病毒，阻断疾病传播途径。智能恒温功能使用数字式温度传感器感知柜内温度，若温度降低，则通电进行适当加热，解决食物保温问题。通过柜前安装的智能摄像头，外卖柜若被破坏则触发警报系统，并对异常取餐人员进行拍照留证。

3 硬件模块介绍

本系统主要的硬件功能模块包括紫外线杀菌模块、智能恒温模块和智能安保模块。紫外线杀菌模块用以实现杀菌功能;智能恒温模块用于实现对柜内温度的感知功能;智能安保模块则是保证取餐安全和财产安全。

3.1 紫外线杀菌模块

受新冠疫情影响，人们的生活活动逐渐从线下转为线上。新型冠状病毒主要的传播途径是接触传播和呼吸道传播，即便是点外卖，顾客也会因为外卖这个媒介与配送员有间接的接触，存在感染可能。多功能外卖柜内置带臭氧功能紫外线杀菌灯，用于杀菌和消毒。

带臭氧功能紫外线杀菌灯如图3所示，其工作原理是，当空气中的氧气分子在吸收杀菌灯的中心波长为185 nm的紫外光后，光敏作用利用高能高臭氧紫外线光束分解空气中的氧分子产生游离氧（ 即活性氧） ，因游离氧所携正负电子不平衡所以须与氧分子结合，进而产生的臭氧具有杀菌功能[2]。臭氧是一种广谱杀菌剂，可杀灭细菌繁殖体、芽胞、病毒和真菌等，并可破壞肉毒杆菌毒素，依靠强大的氧化作用使酶失去活性致微生物死亡。

紫外线杀菌灯不仅可以杀灭外卖包装上所遗留的病菌，阻断疾病的传播途径，而且使用安全，安装方便，易维护。另外，紫外线杀菌技术还是一种简单易操作、绿色安全的物理保鲜技术，由于杀菌效果强，可以有效抑制致腐微生物生长繁殖，保持品质的同时不影响鲜切果蔬的口感、风味[3]。

3.2 智能恒温模块

食物的储存需要合适的温度，为保证外卖食品的口感，智能外卖柜拥有智能恒温功能。为实现对环境温度的感知，智能恒温模块选用达拉斯公司的数字式温度传感器DS18B20，该传感器可将温度信息转换成数字信号，经特殊化封装后，安装到外卖柜中。该传感器的优势在于微型化、集成化，仅通过使用一个I/O口就与微控制器MCU进行双向通信，实现单总线协议，简化温度传感器与微控制器的通信。

DS18B20芯片内部集成了所有的传感元件和转换电路，封装后只有三个引脚，电路接口连接非常简便。采用独立电源供电模式，单总线信号输入输出引脚I/O与STC89C52单片机P3.7引脚相连。在I/O引脚上外接一个10K的上拉电阻，以实现默认高电平设置[4]。当智能恒温模块检测到外卖柜内温度较低时，通过通电加热到适宜温度从而保证食物温度。DS18B20的温度采集电路如图4所示。

3.3 智能安保模块

智能安保模块可实现异常警报、异常取餐拍照的功能。本系统的智能安保模块安装智能摄像头，该摄像头是基于Dlib与OpenCV实现，可进行人脸识别和检测[5]。当发生突发意外情况，外卖柜非自然打开遭受异常外力时，触发警报装置发出蜂鸣警报，吸引安保工作人员进行处理。

4 总结

在外卖行业迎来火热的大背景下，针对当前外卖取餐环境差、外卖易丢失等问题，本文设计了一款多功能的外卖柜，其具备的功能有紫外线杀菌功能、智能恒温功能、智能安保功能等。紫外线杀菌功能让人们在疫情期间再无感染病毒的担忧;智能恒温功能解决了食物变质和影响食用口感的问题;智能安保功能解决了外卖易丢失的问题;便捷的操作界面方便了顾客和外卖配送员的使用体验，提高了配送效率。另外多功能外卖柜的存在改善了存餐环境，让商家不必再添加额外的包装来封装外卖，减少了资源浪费，有利于环境保护。但是基于经济成本的考虑，多功能外卖柜比较适用于小区、高校等人群密集聚集地，否则将难以产生经济效益。

参考文献：

[1]  疫情后外卖行业发展的进阶之路[J].中国包装，2020，40（5）：7.

[2] 曹小兵，陈磊，冉崇高，等.紫外线杀菌产品在消毒杀菌领域的应用研究[J].中国照明电器，2020（4）：6-10.

[3] 王佳宇，胡文忠，于皎雪，等.紫外线杀菌技术在鲜切果蔬保鲜中的应用研究进展[J].包装工程，2021，42（13）：85-92.

[4] 徐兰.基于单片机的智能温度检测控制系统设计[J].电子测试，2020（6）：27-29，26.

[5] 王博文，宗碧，雷铠伊，等.智能监控摄像头的研究——基于Dlib、OpenCV和双舵机云台摄像头[J].现代信息科技，2020，4（7）：89-91，94.

收稿日期：2021-06-10

基金项目：湖州师范学院求真学院校级大学生创新创业训练项目（201902045）;浙江省湖州市科技攻关计划工业项目（2018GG29）

作者简介：曾孟佳，副教授，硕士，主要研究方向为物联网技术及其应用，本文通信作者。