嵌入式系統智慧快遞櫃設計研究論文
嵌入式系統智慧快遞櫃設計研究論文
摘要：近年來，電商的不斷髮展，在為人們的生活帶來了極大便利的同時，也促進了我國快遞行業迅速成長。智慧快遞櫃的開發，是快遞行業物聯網+升級的重要實踐，在一定程度上解決了末端配送問題，可有效降低物流成本，為客戶提供更高質量的服務。因此，智慧快遞櫃的發展是未來智慧社群、智慧社會發展的趨勢。針對“最後100米”配送環節，文章設計了一種智慧快遞定點自取系統。
關鍵詞：智慧快遞櫃；物聯網；充電樁
隨著電子商務的發展，網購已成為人們主要的購物方式之一，並且發展勢頭迅猛。縱觀現在的快遞業，大體上由兩種形式組成，即人工快遞投取和快遞櫃自動投取[1]。本文基於嵌入式系統設計一種多功能智慧快遞櫃，作為嵌入式技術在智慧快遞櫃領域的探索性研究，可為以後建立大型的智慧快遞投遞系統奠定基礎。
1電路硬體設計
智慧快遞櫃的整體系統框如圖1所示。系統分為電源系統和控制系統兩大部分。電源系統部分主要包括太陽能電池板、電源管理模組和可充電電池。
1.1太陽能電池板基於綠色環保考慮，本文設計的智慧快遞櫃電源部分增加了太陽能電池板，減少對市電的使用。太陽能電池板目前市面上主要有3種：晶體矽電池板、非晶矽電池板、柔性太陽能電池。晶體矽電池板分為兩種：單晶矽型和多晶矽型。單晶矽太陽能電池的光電轉換效率為18%左右，最高的達到24%，轉換效率最高但製作成本很大。多晶矽太陽電池的光電轉換效率約16%左右。從製作成本上來講，比單晶矽太陽能電池要便宜一些。此外，多晶矽太陽能電池的使用壽命也要比單晶矽太陽能電池短。從效能價格比來講，單晶矽太陽能電池還略好。非晶矽太陽電池的主要優點是在弱光條件也能發電。但非晶矽太陽電池存在的主要問題是光電轉換效率偏低，國際先進水平為10%左右，且不夠穩定，隨著時間的延長，其轉換效率衰減。柔性薄膜太陽能電池不需要採用玻璃背板和蓋板，重量比雙層玻璃的太陽能電池片元件輕80%，可以任意彎曲，安裝的時候也不需要特殊的支架。缺點是光電的轉換效率要比常規的'晶矽元件低。在本文設計的智慧快遞櫃電路系統中，太陽能電池板主要需考慮的方面為成本、發電功率和發電效率，因此可以考慮採用多晶矽太陽能電池板。但結合具體環境，在有些光照條件欠佳的地方可以採用非晶矽太陽能電池板[2]。
1.2電源管理模組穩定可靠的電源是電路系統穩定工作的基本條件，因而對電源模組的效能引數要求必然不低。在本文所設計智慧快遞櫃電路結構中，電源管理模組的作用如下：
（1）將市電轉換為系統電路所需直流電。
（2）將市電和太陽能電池板發電進行功率分配控制，儘可能減小市電的使用實現節能環保。
（3）在供電正常時對可充電電池進行充電和維護，在斷電時切換使用可充電電池作為電源，保證系統在斷電後也能正常工作。
1.3可充電電池在本文設計的智慧快遞櫃電路系統中，可充電電池用於斷電時為系統提供應急電源。鋰電池輕巧且容量大，但基於成本考慮，可以採用鉛蓄電池。控制系統包括主控模組、GPRS模組、語音模組、觸控式螢幕、鍵盤、攝像頭模組和繼電器模組。1.3.1主控模組主控模組為本系統的核心，用於進行所有資料的處理。在本文設計的智慧快遞櫃電路系統中，綜合考慮開發成本、開發難度、晶片效能等，本文采用樹莓派3B作為主控模組。
1.3.2GPRS模組在本文設計的智慧快遞櫃電路系統中，GPRS模組用於網路通訊，採用SIM800A模組。SIM800A是SIMCOM公司推出的一款高效能工業級GSM/GPRS模組，可以低功耗實現語音、DTMF、SMS（簡訊，彩信）、GPRS資料的傳輸。
1.3.3語音模組在本文設計的智慧快遞櫃電路系統中，語音模組用於對使用者進行引導和提示。由於樹莓派上帶有音訊輸出介面，所以為實現語音播報，只需外接功放和揚聲器。
1.3.4觸控式螢幕本文所述的觸控式螢幕為帶觸控功能的顯示屏，即包括顯示屏和觸控面板。在本文所設計的智慧快遞櫃電路系統中，顯示屏重點在於可靠性，需在室外環境下長期使用。同時，尺寸也不要求很大，能滿足軟體介面的顯示即可，因而可以考慮10.1寸以下的LCD顯示器。由於樹莓派上帶有HDMI影片輸出介面，因而可以採用HDMI介面的顯示器。觸控面板種類很多，對於本文所設計的智慧快遞櫃電路系統，主要考慮的因素是成本和可靠性，因而可以採用五線電阻屏。關於硬體的連線，樹莓派上帶有USB介面，可以直接將電阻屏驅動板和樹莓派透過USB直接連線，透過在樹莓派上安裝驅動實現觸控輸入。
1.3.5鍵盤在本文所設計的智慧快遞櫃電路系統中，鍵盤用於額外的輸入裝置，避免在觸控式螢幕異常時使用者無法輸入。在本設計中使用者的輸入僅為數字，因而採用USB介面的數字鍵盤即可。
1.3.6攝像頭模組隨著技術的發展，使用者的輸入方式在很多場合已變為操作簡易的“掃碼”，在本文所設計的智慧快遞櫃電路系統中，攝像頭模組用於讀取使用者的二維碼、條形碼，可以直接透過“掃碼”進行輸入操作，使得系統的使用更為簡便。
1.3.7繼電器模組在本文所設計的智慧快遞櫃電路系統中，繼電器模組用於驅動快遞櫃各個貨櫃的電磁鎖，繼電器模組在電路上主要包括繼電器驅動模組和繼電器。
2軟體設計
本文所設計的智慧快遞櫃軟體設計包括介面設計、後臺程式設計和資料庫設計。介面設計可透過QT實現，介面並不複雜，根據使用者操作流程可分頁設計為歡迎介面、登入介面、寄件收件介面。同時，可嵌入多媒體播放器用於播放廣告。後臺程式主要包括底層驅動程式和後臺資料處理程式。底層驅動程式用於樹莓派對硬體電路進行操作，包括GPRS模組的串列埠驅動程式和繼電器模組的驅動程式。後臺資料處理程式可以透過中斷和順序執行結合的方式，透過中斷檢測鍵盤、觸控式螢幕和攝像頭模組，當有使用者輸入時進入輸入介面，將使用者輸入的資料與資料庫進行對比，根據結果透過繼電器模組控制相應的櫃門開啟，過程中透過語音引導使用者操作。在系統閒時透過GPRS模組與伺服器端通訊，更新本地資料庫。
3結語
智慧快遞櫃的開發，是快遞行業向網際網路轉型升級的重要實踐，在一定程度上解決了末端配送的問題，並且可有效降低物流成本，因此，智慧快遞櫃的發展是未來智慧社群、智慧社會發展的趨勢[3]。本文所設計的基於嵌入式系統的智慧快遞櫃，透過太陽能電池板實現節能環保，具有多種互動方式，具有一定的便利性，可為以後建立大型智慧快遞投遞系統提供技術參考。
[參考文獻]
[1]劉立華.智慧快遞櫃自助服務的應用及其發展方向[J].物流工程與管理，2015（8）：54-55.
[2]車孝軒.太陽能光伏發電及智慧系統[M].武漢：武漢大學出版社，2013.
[3]於春豔.智慧快遞櫃自助服務[J].中外企業家，2015（3）：236-237.