基于STM32单片机的智能外卖柜设计

摘要：近年来，外卖行业迅速发展壮大，越来越多的人为了节省时间选择点外卖解决饮食问题。当前，传统的外卖配送方式存在诸多问题，如外卖放置混乱、被错拿丢失、外卖变冷口感变差等。基于STM32单片机的智能外卖柜有人脸识别和输入密码双重解锁方式，具有加热恒温和报警防偷功能，不仅可以解决外卖放置混乱问题，还可以解决外卖易变冷和易丢失的问题，进而减少外卖员与顾客间可能存在的矛盾。该系统能够打破传统外卖柜的限制，降低配送成本，同时提高外卖柜的普及度和便利性，节约外卖员的时间，进一步推动外卖行业配送环节规范化，填补外卖配送的最后一百米空缺。

关键词：人脸识别；加热恒温；报警防偷；语音提示；外卖配送

引言

自外卖行业诞生以来，我国的外卖市场规模不断扩大。第53次《中国互联网络发展状况统计报告》[1]显示，截至2023年12月，我国网民规模达10.92亿人，较2022年12月增长2480万人，其中网上外卖用户规模达5.45亿人，较2022年12月增长2338万人，占网民整体的49.9%。

目前的外卖市场面临的最大问题是配送的时效性，传统的配送方式不仅耗时费力且收益较低。现阶段的外卖配送方式几乎都是由外卖员配送，难以避免外卖员与消费者之间出现沟通问题。例如，消费者无法及时取餐，要求外卖员在原地等待，或者外卖员无法将外卖送达消费者指定地点等。这些问题的出现不仅降低了消费者的外卖体验度，也会打击外卖员从事外卖行业的热情，不利于外卖行业的进一步发展。

1. 设计背景

在日常生活中，经常能见到传统的木制外卖架或外卖柜存在外卖放置混乱问题，甚至出现外卖错拿以及外卖变冷口感变差等问题。当前信息化技术高速发展，市面上投放的智能外卖柜却少之又少，外卖行业对智能外卖柜的使用并未普及，公众对智能外卖柜缺少一定的认知[2]。目前，虽然市面上已经存在部分智能外卖柜，但由于造价高昂、耗电量大，未得到有效推广。而且，市面上已有的外卖柜主要放置在居民区和办公区，主要针对居民和上班族群体，很少有专门针对大学生群体的外卖柜。本文将针对大学生群体进行系统和模式上的优化升级[3]。

本文所设计的基于STM32单片机的智能外卖柜具有智能化、无接触的性能，不仅能为外卖员提供快速存储外卖的方法，减轻外卖配送压力，且取餐时间自由，安全系数高，能够大幅降低外卖错拿的风险。在高校外卖管理方面，更是解决了外卖乱放、叠放等问题，为消费者提供了一个安全有序的校园外卖环境，完善了高校外卖配送体系，提升了消费者的体验度和满意度。此外，该设计可以打破传统外卖柜的限制，降低外卖配送成本，节约外卖配送时间，提高智能外卖柜的普及度，从而推动外卖柜市场的进一步发展。

2. 外卖柜系统设计

在外卖员将外卖放入外卖柜后，可利用短信通信模块向取餐人员发送取餐短信，短信内容包括取餐提醒及取餐码。在等待取餐的过程中，测温模块每隔750ms便会采集一次外卖柜内的温度，并根据设定的温度阈值自动判断是否需要启用加热片打开加热恒温功能，以防止外卖变冷。取餐人员在取餐时可采用按键输入密码或人脸识别两种解锁方式取餐，降低了外卖丢失的风险。若在取餐过程中摄像头模块多次识别到错误人脸，则单片机会控制语音模块发出“请勿错拿他人外卖”的语音提示，提高外卖的安全系数，防止外卖错拿。本系统设计框架图如图1所示。

3. 硬件设计

3.1 摄像头模块的设计

摄像头首先利用函数Feature_lbp对图像库内的人脸信息进行特征提取，并计算每张图像的lbp值，之后利用Min函数和Match_descriptor函数对lbp值进行计算和比较，得到人脸特征差异度的平均值Average和人脸匹配程度Facial_Degree，并输出人脸匹配程度最高的人脸序号，单片机得到人脸序号后，即可根据序号判断是否要打开外卖柜门，人脸部分变量及函数使用表如表1所示。

摄像头模块每隔10ms会进行一次人脸数据采集及比对，若与人脸库内的人脸图像比对成功，则会打开外卖柜，若是比对失败，则会重新采集人脸数据，并再次进行人脸比对。

3.2 恒温加热模块的设计

温度检测模块采用DS18B20芯片，DS18B20模块是一款由美国DALLAS半导体公司设计的数字温度传感器，具有成本低廉、传输高效以及电路简单的特点[4]。DS18B20供电环境信息及功耗如表2所示。

温度检测模块每隔750ms对外卖柜内温度数据进行采集，并将温度数据显示在LCD显示屏上。一旦温度检测模块检测到外卖柜内的温度低于所设定的温度阈值，单片机就会启动加热片对外卖柜进行加热，保证外卖不会变冷，从而保持外卖的口感。

3.3 短信模块的设计

GPRS模块采用的芯片为SIM800C。SIM800C是一款四频的GSM/GPRS模块，可以实现嵌入式环境下语音、信息等数据的传输，插入SIM卡后，可以进行短信发送等操作[5]。外卖员可通过短信发送页面的按键输入取餐人员的电话，按下发送键后，短信模块会向输入的号码发送取餐提醒及取餐码。

3.4 按键模块的设计

本设计中的按键输入功能通过使用按键模块来实现。为减少单片机端口的占用，将按键排列成矩阵，通过编码的方式使每个按键对应唯一的编码，实现按键功能[6]。除人脸识别解锁外，取餐人员也可选择传统的密码解锁方式。取餐人员可在按键模块上输入短信中收到的取餐码，输入完成后按下*键即可完成确认，若取餐码正确，则柜门打开，若取餐码错误，则须重新输入取餐码。

3.5 语音播报模块的设计

当摄像头模块采集到的人脸数据被多次判断为错误人脸时，语音播报模块会发出“请不要错拿他人外卖”的语音提示，提示不要错拿他人外卖，降低外卖错拿风险，提高外卖点餐的安全性。

4. 整体测试结果

经过测试，该设计能够向指定的号码发送取餐短信，很好地实现了人脸识别和按键输入密码两种解锁方式，并且在识别到错误人脸时能够发出“请不要错拿他人外卖”的语音提示，同时，也可以实时监测外卖柜内温度，可以在温度过低时启动加热片，起到加热恒温作用。作品实物图如图2所示。

结语

本文主要针对高校外卖放置混乱、外卖易变冷和易被错拿丢失这三个问题进行研究，在研究过程中，对目前我国的外卖市场规模增长趋势、未来的发展态势和现有的外卖配送体系进行了深入研究和探索，最终设计出本产品，以期解决目前外卖配送环节所存在的问题。相比传统拿取外卖的方式，这种新型的外卖柜能大幅提高骑手的工作效率，让外卖员减少不必要的沟通成本，投放方式简单快捷，能够有效解决高校外卖管理难题。对教师、学生来说，能让取餐时间变得更加充裕，提升教师与学生的时间弹性。同时，能够有效保证外卖食品安全及地址隐私[7]。该设计填补了目前外卖行业的漏洞，减少了外卖员与消费者之间的矛盾，推动了外卖行业配送环节的进一步规范，具有重要的现实意义和应用价值。

参考文献：

[1]中国互联网络信息中心（CNNIC）.第53次中国互联网络发展状况统计报告[R/OL].（2024-03-22）[2024-05-23].https：//www.cnnic.cn/n4/2024/0322/c88-10964.html.

[2]蔡梦玲，赵杨.智能外卖柜高校市场营销策略研究[J].价值工程，2022， 41（28）：44-46.

[3]吴越，万媛，陆雪阳，等.关于“外卖保”自提柜运营模式的创新研究[J].山西农经，2021（6）：172-173.

[4]王青杨，谷钧桐，丁佩豪，等.基于DS18B20的温度测量报警系统[J].中国新技术新产品，2023（7）：24-27.

[5]车鹏飞.基于AT80C51单片机的物联网农业智能灌溉系统设计与实现[J].湖北农业科学，2024，63（1）：177-184.

[6]熊英鹏，陈姝颖，熊伟.基于STM32单片机的智能储物电梯的设计[J].自动化应用，2024，65（4）：93-95.

[7]李元畅，王志强，温艺康，等.高校无人交接外卖柜运营模式探析[J].公关世界，2023（8）：52-54.

作者简介：曹京龙，本科在读，研究方向：通信工程；通信作者：周艳霞，硕士研究生，实验师，研究方向：图像识别、科技史。

基金项目：西藏大学自治区级大学生创新创业项目——“外卖管家”——藏汉双语人脸识别智能外卖柜（编号：S202410694049）。