嵌入式系統(tǒng)智能快遞柜設(shè)計(jì)研究論文
摘要：近年來(lái)，電商的不斷發(fā)展，在為人們的生活帶來(lái)了極大便利的同時(shí)，也促進(jìn)了我國(guó)快遞行業(yè)迅速成長(zhǎng)。智能快遞柜的開(kāi)發(fā)，是快遞行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)+升級(jí)的重要實(shí)踐，在一定程度上解決了末端配送問(wèn)題，可有效降低物流成本，為客戶(hù)提供更高質(zhì)量的服務(wù)。因此，智能快遞柜的發(fā)展是未來(lái)智慧社區(qū)、智慧社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)。針對(duì)“最后100米”配送環(huán)節(jié)，文章設(shè)計(jì)了一種智能快遞定點(diǎn)自取系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：智能快遞柜；物聯(lián)網(wǎng)；充電樁
隨著電子商務(wù)的發(fā)展，網(wǎng)購(gòu)已成為人們主要的購(gòu)物方式之一，并且發(fā)展勢(shì)頭迅猛。縱觀現(xiàn)在的快遞業(yè)，大體上由兩種形式組成，即人工快遞投取和快遞柜自動(dòng)投取[1]。本文基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)一種多功能智能快遞柜，作為嵌入式技術(shù)在智能快遞柜領(lǐng)域的探索性研究，可為以后建立大型的智能快遞投遞系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。
1電路硬件設(shè)計(jì)
智能快遞柜的整體系統(tǒng)框如圖1所示。系統(tǒng)分為電源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分。電源系統(tǒng)部分主要包括太陽(yáng)能電池板、電源管理模塊和可充電電池。
1.1太陽(yáng)能電池板基于綠色環(huán)保考慮，本文設(shè)計(jì)的智能快遞柜電源部分增加了太陽(yáng)能電池板，減少對(duì)市電的使用。太陽(yáng)能電池板目前市面上主要有3種：晶體硅電池板、非晶硅電池板、柔性太陽(yáng)能電池。晶體硅電池板分為兩種：?jiǎn)尉Ч栊秃投嗑Ч栊汀尉Ч杼?yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為18%左右，最高的達(dá)到24%，轉(zhuǎn)換效率最高但制作成本很大。多晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率約16%左右。從制作成本上來(lái)講，比單晶硅太陽(yáng)能電池要便宜一些。此外，多晶硅太陽(yáng)能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽(yáng)能電池短。從性能價(jià)格比來(lái)講，單晶硅太陽(yáng)能電池還略好。非晶硅太陽(yáng)電池的主要優(yōu)點(diǎn)是在弱光條件也能發(fā)電。但非晶硅太陽(yáng)電池存在的主要問(wèn)題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低，國(guó)際先進(jìn)水平為10%左右，且不夠穩(wěn)定，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其轉(zhuǎn)換效率衰減。柔性薄膜太陽(yáng)能電池不需要采用玻璃背板和蓋板，重量比雙層玻璃的太陽(yáng)能電池片組件輕80%，可以任意彎曲，安裝的時(shí)候也不需要特殊的支架。缺點(diǎn)是光電的轉(zhuǎn)換效率要比常規(guī)的'晶硅組件低。在本文設(shè)計(jì)的智能快遞柜電路系統(tǒng)中，太陽(yáng)能電池板主要需考慮的方面為成本、發(fā)電功率和發(fā)電效率，因此可以考慮采用多晶硅太陽(yáng)能電池板。但結(jié)合具體環(huán)境，在有些光照條件欠佳的地方可以采用非晶硅太陽(yáng)能電池板[2]。
1.2電源管理模塊穩(wěn)定可靠的電源是電路系統(tǒng)穩(wěn)定工作的基本條件，因而對(duì)電源模塊的性能參數(shù)要求必然不低。在本文所設(shè)計(jì)智能快遞柜電路結(jié)構(gòu)中，電源管理模塊的作用如下：
（1）將市電轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)電路所需直流電。
（2）將市電和太陽(yáng)能電池板發(fā)電進(jìn)行功率分配控制，盡可能減小市電的使用實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。
（3）在供電正常時(shí)對(duì)可充電電池進(jìn)行充電和維護(hù)，在斷電時(shí)切換使用可充電電池作為電源，保證系統(tǒng)在斷電后也能正常工作。
1.3可充電電池在本文設(shè)計(jì)的智能快遞柜電路系統(tǒng)中，可充電電池用于斷電時(shí)為系統(tǒng)提供應(yīng)急電源。鋰電池輕巧且容量大，但基于成本考慮，可以采用鉛蓄電池。控制系統(tǒng)包括主控模塊、GPRS模塊、語(yǔ)音模塊、觸摸屏、鍵盤(pán)、攝像頭模塊和繼電器模塊。1.3.1主控模塊主控模塊為本系統(tǒng)的核心，用于進(jìn)行所有數(shù)據(jù)的處理。在本文設(shè)計(jì)的智能快遞柜電路系統(tǒng)中，綜合考慮開(kāi)發(fā)成本、開(kāi)發(fā)難度、芯片性能等，本文采用樹(shù)莓派3B作為主控模塊。
1.3.2GPRS模塊在本文設(shè)計(jì)的智能快遞柜電路系統(tǒng)中，GPRS模塊用于網(wǎng)絡(luò)通信，采用SIM800A模塊。SIM800A是SIMCOM公司推出的一款高性能工業(yè)級(jí)GSM/GPRS模塊，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、DTMF、SMS（短信，彩信）、GPRS數(shù)據(jù)的傳輸。
1.3.3語(yǔ)音模塊在本文設(shè)計(jì)的智能快遞柜電路系統(tǒng)中，語(yǔ)音模塊用于對(duì)用戶(hù)進(jìn)行引導(dǎo)和提示。由于樹(shù)莓派上帶有音頻輸出接口，所以為實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)，只需外接功放和揚(yáng)聲器。
1.3.4觸摸屏本文所述的觸摸屏為帶觸摸功能的顯示屏，即包括顯示屏和觸摸面板。在本文所設(shè)計(jì)的智能快遞柜電路系統(tǒng)中，顯示屏重點(diǎn)在于可靠性，需在室外環(huán)境下長(zhǎng)期使用。同時(shí)，尺寸也不要求很大，能滿(mǎn)足軟件界面的顯示即可，因而可以考慮10.1寸以下的LCD顯示器。由于樹(shù)莓派上帶有HDMI視頻輸出接口，因而可以采用HDMI接口的顯示器。觸摸面板種類(lèi)很多，對(duì)于本文所設(shè)計(jì)的智能快遞柜電路系統(tǒng)，主要考慮的因素是成本和可靠性，因而可以采用五線電阻屏。關(guān)于硬件的連接，樹(shù)莓派上帶有USB接口，可以直接將電阻屏驅(qū)動(dòng)板和樹(shù)莓派通過(guò)USB直接連接，通過(guò)在樹(shù)莓派上安裝驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)觸摸輸入。
1.3.5鍵盤(pán)在本文所設(shè)計(jì)的智能快遞柜電路系統(tǒng)中，鍵盤(pán)用于額外的輸入設(shè)備，避免在觸摸屏異常時(shí)用戶(hù)無(wú)法輸入。在本設(shè)計(jì)中用戶(hù)的輸入僅為數(shù)字，因而采用USB接口的數(shù)字鍵盤(pán)即可。
1.3.6攝像頭模塊隨著技術(shù)的發(fā)展，用戶(hù)的輸入方式在很多場(chǎng)合已變?yōu)椴僮骱?jiǎn)易的“掃碼”，在本文所設(shè)計(jì)的智能快遞柜電路系統(tǒng)中，攝像頭模塊用于讀取用戶(hù)的二維碼、條形碼，可以直接通過(guò)“掃碼”進(jìn)行輸入操作，使得系統(tǒng)的使用更為簡(jiǎn)便。
1.3.7繼電器模塊在本文所設(shè)計(jì)的智能快遞柜電路系統(tǒng)中，繼電器模塊用于驅(qū)動(dòng)快遞柜各個(gè)貨柜的電磁鎖，繼電器模塊在電路上主要包括繼電器驅(qū)動(dòng)模塊和繼電器。
2軟件設(shè)計(jì)
本文所設(shè)計(jì)的智能快遞柜軟件設(shè)計(jì)包括界面設(shè)計(jì)、后臺(tái)程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。界面設(shè)計(jì)可通過(guò)QT實(shí)現(xiàn)，界面并不復(fù)雜，根據(jù)用戶(hù)操作流程可分頁(yè)設(shè)計(jì)為歡迎界面、登錄界面、寄件收件界面。同時(shí)，可嵌入多媒體播放器用于播放廣告。后臺(tái)程序主要包括底層驅(qū)動(dòng)程序和后臺(tái)數(shù)據(jù)處理程序。底層驅(qū)動(dòng)程序用于樹(shù)莓派對(duì)硬件電路進(jìn)行操作，包括GPRS模塊的串口驅(qū)動(dòng)程序和繼電器模塊的驅(qū)動(dòng)程序。后臺(tái)數(shù)據(jù)處理程序可以通過(guò)中斷和順序執(zhí)行結(jié)合的方式，通過(guò)中斷檢測(cè)鍵盤(pán)、觸摸屏和攝像頭模塊，當(dāng)有用戶(hù)輸入時(shí)進(jìn)入輸入界面，將用戶(hù)輸入的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)結(jié)果通過(guò)繼電器模塊控制相應(yīng)的柜門(mén)打開(kāi)，過(guò)程中通過(guò)語(yǔ)音引導(dǎo)用戶(hù)操作。在系統(tǒng)閑時(shí)通過(guò)GPRS模塊與服務(wù)器端通信，更新本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。
3結(jié)語(yǔ)
智能快遞柜的開(kāi)發(fā)，是快遞行業(yè)向互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要實(shí)踐，在一定程度上解決了末端配送的問(wèn)題，并且可有效降低物流成本，因此，智能快遞柜的發(fā)展是未來(lái)智慧社區(qū)、智慧社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)[3]。本文所設(shè)計(jì)的基于嵌入式系統(tǒng)的智能快遞柜，通過(guò)太陽(yáng)能電池板實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，具有多種交互方式，具有一定的便利性，可為以后建立大型智能快遞投遞系統(tǒng)提供技術(shù)參考。
[參考文獻(xiàn)]
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