一种基于GSM的智能快递柜的设计*

梁 娟，陈韦秀

(福州工商学院 工学院,福建 福州 350715)

0 引言

随着电子商务的极速发展,以及网购数量的日益剧增推动了整个物流行业快速发展,但是在物流“最后一公里”的配送,却成为了物流行业的瓶颈[1]。现在小区和学校等有很多快递站点,经常会出现人工找快递等非常低效率的麻烦。因此智能快递柜的产生不仅可以帮助收件用户更加便捷地收快递,还能节省时间成本和工作量。收件用户在使用智能快递柜时只需要扫码或者输入取件码就能精确找到自己的快递,实现更加智能、高效、便捷的快递服务[2]。结合目前快递业的实际情况,本文设计了一款基于单片机的智能存取件系统,该系统由硬件和软件两部分组成,以STC89C52芯片作为控制器,用于处理和控制外围电路,主要包括SIM短信发送模块、4*4键盘电路、继电器电路、电源电路和报警电路等,实现将取件码用短信方式发送给用户并通知其取件。本系统将采用LED和继电器开关的方式,模拟取件过程,并且实现带有蜂鸣器报警提示的功能。通过这种取件方式,可大大降低来回派件带来的人工成本,也提升了用户体验的满意度。

1 系统总体设计方案

本系统包含8大模块,含有单片机系统的主控制器、SIM短信发送模块、液晶显示电路、继电器电路、报警电路、灯光显示电路、按键电路和电源电路。以主控制器为核心,对其他电路模块进行控制,由控制器控制实现各种功能。系统设计框图如图1所示。

图1 系统设计框图

本系统具备以下功能:快递员按下存储按键,将货物存放在快递柜内,通过SIM模块向指定收件人发送随机验证码;取件人只需输入相对应的验证码后便可开柜门取件,同时验证码失效。如果验证码输入错误时,蜂鸣器会报警提示,当连续输入错误3次,系统会锁死10秒钟。如果忘记验证码时,可以进入管理员界面,进行手动打开箱门取件,取件后验证码失效。

2 系统硬件设计

2.1 主控制器

本系统采用的STC89C52单片机和时钟复位电路组成的主控制器作为系统的核心[3]。时钟电路为单片机系统提供基准时钟信号,单片机内部所有的工作都需要以这个时钟信号为步调基准来进行工作。本系统的晶振是在单片机的18引脚和19接了12 MHz的晶振,外加两个30 pF的电容来实现。复位电路可以保证单片机每次从一个确定的状态开始工作。

2.2 SIM短信发送模块

短信发送功能由SIM800C模块实现,SIM800C模块是一款带有四频GSM/GPRS模块,该模块性能比较稳定,外观相对较小,集成度高,能满足多种开发需求[4]。该模块除了接了电源供电之外,还接了PWK、RXD和TXD接口,本设计将PWK连接到GND;TXD和RXD是发送数据引脚和接收数据引脚,它的通信引脚是TTL电平的,因此,在系统调试模块时,要采用USB转TTL的接口,然后连接电脑进行数据调试。这个两个接口分别连接到单片机的P31和P30接口,以发送和接收信息。

2.3 显示电路

本系统采用LCD1602模块来显示字母、数字和符号等内容。1602液晶可以显示2行,每行16个字符,它的工作电压是4.5 V～5.5 V,该液晶一共有16个引脚,数据端与单片机的I/O口相连,主要用来显示快递柜的存取状态、取件码的输入等内容[5]。1602电源引脚分别是引脚1和引脚2,引脚15和引脚16对电源背光源进行调节,引脚3用来调整显示屏的对比度,一般情况下,它需要通过外接电位器进行调节,也可以通过连接固定电阻器来实现,电阻的值是一个经验值。要实现对LCD的控制,数据写入、指令写入和初始化三个步骤是非常重要的。

2.4 报警电路

报警电路主要用三极管驱动蜂鸣器,因为蜂鸣器工作电流较大,使用三极管放大电流来驱动蜂鸣器,三极管的一端连接到电阻器上,与P24引脚相连接,引脚输出低电平,三极管导通驱动蜂鸣器工作,如果输出高电平则蜂鸣器将不工作。

2.5 按键电路

按键电路主要用于输入取件码和管理设置系统,本系统的按键电路采用4×4的矩阵按键,水平连接单片机的P13、P12、P11和P10引脚,垂直连接单片机的P14、P15、P16和P17引脚,判断按键是否被按下,是通过单片机连续扫描接口电平的变化,如果高电平表示按键断开,低电平表示按键闭合。为了防止按键收到干扰产生误操作,在程序开发时需要进行防抖动设计。

2.6 继电器电路

本设计有4个继电器,并有4个对应的指示灯,方便快递员判断柜子里是否已经存放物品。当快递员按下存储键,继电器闭合,柜门打开,可以放入货物,对应的LED会亮,表示柜子里已经存放了货物。

3 软件程序设计

本程序开发使用Keil软件[6]。主程序流程是单片机系统运行的主要函数,启动程序后,需要进行初始化,然后扫描按键是否被按下,执行相应的操作,然后根据设置结果不断的修改LCD的内容,并调用子函数来完成操作。主程序流程如图2所示。

图2 主程序流程图

4 系统调试与功能分析

Altium Designer是来自前Protel软件开发商Altium公司的一体化电子产品开发系统,主要在Windows操作系统上运行。智能存取件系统仿真图如图3所示。

图3 系统实物图

5 结论

本系统通过单片机实现了对快递柜的智能控制,派送员存放快递后,用户接收到短信,可通过取件码完成货物的提取。但是系统也存在一定的不足,比如增加语音提醒功能、采用更加灵敏的触摸屏显示、增加二维码功能等来提高用户的体验度。快递柜的市场空间广阔,这是决定物流末端服务的一个重要方面,同时是改善存取件环境、提高物流产业服务水平的一个非常重要的方面,是值得研究的问题。