智能快遞柜技術(shù)方案

智能快遞柜技術(shù)方案版本號：V1.0目錄智能快遞柜技術(shù)方案 1一、 概述 11.1背景 11.2需求分析 21.2.1功能性需求分析 21.2.2非功能性需求分析 31.2.3數(shù)據(jù)需求分析 3二、 智能快遞柜用例分析 4三、 智能快遞柜總體方案 53.1智能快遞柜總體結(jié)構(gòu) 53.2智能快遞柜技術(shù)路線 73.2.1快遞柜終端設(shè)備 73.2.2快遞柜服務(wù)器端 7四、 智能快遞柜詳細(xì)方案及關(guān)鍵技術(shù) 84.1快遞柜終端設(shè)備結(jié)構(gòu) 84.2快遞柜服務(wù)器端結(jié)構(gòu) 94.3關(guān)鍵技術(shù) 104.3.1人機(jī)交互界面 104.3.2儲物柜狀態(tài)檢測與控制系統(tǒng) 104.3.3服務(wù)器端應(yīng)用程序 114.3.4數(shù)據(jù)庫技術(shù) 11五、 智能快遞柜硬件設(shè)計 125.1儲物柜控制板硬件電路 125.1.1電磁鎖控制模塊 125.1.2箱格占用狀態(tài)檢測模塊 135.1.3主控制板 145.2.RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn) 16六、 智能快遞柜軟件設(shè)計 166.1人機(jī)交互界面系統(tǒng) 176.1.1人機(jī)交互界面系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程 176.1.2人機(jī)交互界面系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫參數(shù) 216.2遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)與服務(wù)器端接口 226.2.1遠(yuǎn)程管理系統(tǒng) 226.2.2接口應(yīng)用程序 236.3儲物柜控制板單片機(jī)程序?qū)崿F(xiàn) 24

概述1.1背景隨著網(wǎng)絡(luò)購物人群日益地壯大和快遞業(yè)迅猛地發(fā)展，快遞員們每天都有大量的快件包裹需要交付給收件人?，F(xiàn)階段我國物流業(yè)還處于初級發(fā)展階段，發(fā)展水平低，人力投資大，專業(yè)物流服務(wù)缺乏，管理體制不健全，基礎(chǔ)設(shè)施過于落后。在整個物流配送過程中，“最后一公里”送貨與取貨之間的問題尤為嚴(yán)重：快遞員往往要耗費許多時間與精力聯(lián)系和等待收件人，效率低下；在居住小區(qū)、學(xué)校、寫字樓等人群集中的場所，快件數(shù)量多、收件人經(jīng)常不能及時簽收，給投遞環(huán)節(jié)造成不便；由他人代收時，包裹的安全性、隱私性得不到保障。解決“最后一公里”配送問題，以往存在5種解決方案：①自建物流體系；②共同配送；③眾包模式配送；④聘請專業(yè)人士上門服務(wù)；⑤合作便利店等終端。而隨著科技水平的發(fā)展，在“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代背景下，物流行業(yè)掀起了物流配送智能化的研究熱潮，出現(xiàn)了智能快遞柜管理系統(tǒng)。智能快遞柜是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，可以識別相應(yīng)的物品，暫時存儲和管理的設(shè)備。在末端配送環(huán)節(jié)，設(shè)置智能快遞投遞箱，用于快件的暫時存放、通知收件人取件，并通過互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)進(jìn)行認(rèn)證、管理與信息收集，形成完整的快件末端配送業(yè)務(wù)系統(tǒng)，將幫助快遞服務(wù)企業(yè)降低末端服務(wù)網(wǎng)點的人力物力投入、減輕快遞員的工作壓力、提高快件暫存的安全性，有助于提高末端配送的效率、緩解末端配送壓力，也為收件人靈活安排取件時間提供方便。目前智能快遞柜管理系統(tǒng)設(shè)計制約因素主要包括：(1)功能不全，快遞柜管理系統(tǒng)的設(shè)計主要是為了存取和郵寄快件，查詢、管理和上傳信息，但是對其遠(yuǎn)程控制等功能考慮的還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠;(2)成本太高，加上后期安置和維護(hù)較高的成本影響了其市場推廣;(3)制定標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一;(4)運營模式，市場上多家快遞公司共同運營著快遞柜管理系統(tǒng)，所以各方需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享;(5)放置空間不足，智能快遞柜占據(jù)的空間位置較大，加上其有限的貨物容積，使快件的大小和數(shù)量受到一定的限制。本方案提出一種快遞柜終端設(shè)備，用于快件包裹的暫存和用戶自提，同時設(shè)計了遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，形成一套完整的智能快遞柜業(yè)務(wù)系統(tǒng)，能夠滿足末端配送的實際需求。1.2需求分析1.2.1功能性需求分析根據(jù)對快遞業(yè)務(wù)流程的調(diào)研了解，結(jié)合智能快遞柜管理系統(tǒng)實現(xiàn)快件包裹暫存與用戶自提的核心目的，對該系統(tǒng)的功能性需求分析如下：1.基本功能快遞柜管理系統(tǒng)最基本的功能就是代替用戶收取快遞、暫時存放、通知收件人閑時自提，功能至少滿足下幾點：1)快遞員身份驗證?？爝f員使用快遞柜前，首先需要驗證身份，獲得使用授權(quán)。2)快遞員存放快件?？爝f員在快遞柜終端設(shè)備掃描快件條形碼、輸入收件人手機(jī)號，系統(tǒng)分配空閑箱格用于存放快件。3)通知收件人取件。系統(tǒng)檢測到包裹存放成功后，應(yīng)代替快遞員通知收件人取件，減輕快遞員的工作強(qiáng)度。4)收件人自提服務(wù)。收件人自收到取件通知起，可以通過一定的驗證方式，取出快件。5)投件、取件等數(shù)據(jù)持久化。必須通過安全可靠的方式記錄每一個快件包裹的配送信息，便于管控和問題追溯。2.遠(yuǎn)程管理為了方便大量快遞柜的管理和維護(hù)，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代背景，依靠接入互聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)對快遞柜終端設(shè)備的監(jiān)控管理，實現(xiàn)界面化的遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，可以進(jìn)行直觀的操作和信息查看。3.智能計費以應(yīng)用為目的的設(shè)計，就應(yīng)該考慮到運營模式和盈利模式?？爝f柜終端設(shè)備的軟硬件開發(fā)、投放市場及后期維護(hù)都需要成本，因此系統(tǒng)要有合理的計費方式實現(xiàn)有償服務(wù)。1.2.2非功能性需求分析1.易用性無論是投件的快遞員、取件的收件人還是系統(tǒng)管理員，都應(yīng)該能夠方便的進(jìn)行操作和使用，創(chuàng)造良好的用戶體驗效果。2.界面美觀快遞柜的人機(jī)交互界面系統(tǒng)和遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)都應(yīng)該具有美觀、簡潔的界面。3.成本控制對于快遞柜管理系統(tǒng)，柜體需要大范圍、大量投放使用，所以設(shè)計開發(fā)成本、生產(chǎn)制造成本、軟件維護(hù)成本、硬件保養(yǎng)成本等一些列成本問題，也是影響系統(tǒng)投放后市場競爭能力的關(guān)鍵因素，在設(shè)計之初就應(yīng)當(dāng)充分考慮。4.靈活組合快遞柜終端設(shè)備人機(jī)交互界面系統(tǒng)與存放快件的儲物柜柜體分離設(shè)計，可自由組合，以便針對不同的應(yīng)用場景配置不同容量的柜體。1.2.3數(shù)據(jù)需求分析快遞柜管理系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)是快遞員的信息、快件信息、收件人的信息以及快遞柜的設(shè)備信息等。分析數(shù)據(jù)需求，便于數(shù)據(jù)存儲工具與交互方式的選擇。對系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)分析如下：1.快件信息使用快件運單編號作為存放快件的唯一識別碼。國內(nèi)的各大快遞服務(wù)企業(yè)通常使用一串?dāng)?shù)字表示運單編號，并以一維條碼的形式印刷在快件運單上。2.快遞員信息快遞員信息是識別和驗證快遞員身份的重要依據(jù)，為保障快件安全可追溯，快遞員姓名、身份證號碼、手機(jī)號碼以及所屬快遞公司必須記錄。此外，為實現(xiàn)計費功能，還應(yīng)創(chuàng)建電子消費單據(jù)。3.收件人信息收件人信息包括姓名、手機(jī)號碼和收件地址，但由于快遞柜管理系統(tǒng)實現(xiàn)集中存放與投遞，所以收件人姓名和收件地址都不需要被系統(tǒng)記錄，只需保存手機(jī)號碼以便通知收件人取件。4.快遞柜設(shè)備信息快遞柜終端設(shè)備信息應(yīng)包含設(shè)備編號、位置信息、狀態(tài)信息、使用日志等，便于在不同終端設(shè)備之間進(jìn)行區(qū)分和統(tǒng)一管理。5.投遞記錄投遞記錄是對快遞員投遞和收件人取件信息的記錄，包括快遞員信息、快件運單編號、收件人手機(jī)號碼以及相應(yīng)的快遞柜設(shè)備編號、所用箱格編號和時間戳。智能快遞柜用例分析用例分析是需求到設(shè)計之間的橋梁，掌握了系統(tǒng)的設(shè)計需求和快遞投遞的業(yè)務(wù)流程，就可以進(jìn)行用例分析。用例分析的重點是規(guī)范系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程和設(shè)計異常事件的處理方式。系統(tǒng)的用例圖如圖2.1、2.2所示。系統(tǒng)的最高權(quán)限掌握在系統(tǒng)管理員Admin手中，通過Web界面應(yīng)用審核快遞公司、快遞員，管理投遞柜設(shè)備、查看統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。快遞公司只需要關(guān)心快件的投遞情況，即使用日志數(shù)據(jù)統(tǒng)計?？爝f員必須經(jīng)過嚴(yán)格的身份信息審核才能使用終端投遞柜，人工審核快遞員信息后發(fā)放RFID卡是較好的方案。圖2.1智能快遞柜終端主機(jī)系統(tǒng)用例圖圖2.2智能快遞柜服務(wù)器應(yīng)用系統(tǒng)用例圖智能快遞柜總體方案根據(jù)系統(tǒng)需求分析和用例分析，提出智能快遞柜管理系統(tǒng)的總體方案與技術(shù)路線。3.1智能快遞柜總體結(jié)構(gòu)智能快遞柜管理系統(tǒng)劃分為快遞柜終端設(shè)備和服務(wù)器端應(yīng)用兩大部分?？爝f柜終端設(shè)備應(yīng)具有實現(xiàn)物品存放功能的儲物柜，并且具有人機(jī)交互界面系統(tǒng)，為快遞員投遞和收件人取件提供人性化的操作界面。為了方便快遞柜的靈活投放，人機(jī)交互界面系統(tǒng)與儲物柜分離，實現(xiàn)儲物容量自由組合，適應(yīng)不同場地的配置需求。同時，人機(jī)交互界面系統(tǒng)可以訪問互聯(lián)網(wǎng)，與服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。服務(wù)器端應(yīng)用包括快遞柜人機(jī)界面軟件的后API(ApplicationProgrammingInterface)和遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，即兩個模塊：一是給快遞柜人機(jī)界面系統(tǒng)提供用于數(shù)據(jù)交互的服務(wù)器端接口，二是基于互聯(lián)網(wǎng)和瀏覽器實現(xiàn)界面化的遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)。因此，確定整個智能快遞柜管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。其中快遞柜終端設(shè)備主要完成人機(jī)交互、儲物柜控制和服務(wù)器訪問等功能，可通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)訪問互聯(lián)網(wǎng)，基于C/S（Client/Server，客戶端/服務(wù)器）模式與服務(wù)器端交互。管理員通過計算機(jī)和移動設(shè)備上的瀏覽器程序訪問服務(wù)器實現(xiàn)B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器）模式的遠(yuǎn)程管理。系統(tǒng)開發(fā)流程如圖3.2所示。圖3.1智能快遞快遞柜管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖3.2智能快遞柜終端系統(tǒng)開發(fā)流程圖3.2智能快遞柜技術(shù)路線基于上述總體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步確定快遞柜終端設(shè)備和服務(wù)器端實現(xiàn)的技術(shù)路線。3.2.1快遞柜終端設(shè)備快遞柜終端設(shè)備的核心是人機(jī)交互界面系統(tǒng)和儲物柜狀態(tài)檢測與控制系統(tǒng)。儲物柜控制基于單片機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)。人機(jī)界面軟件可基于嵌入式操作系統(tǒng)實現(xiàn)，常見的嵌入式操作系統(tǒng)有WindowsXPEmbedded、WindowsCE、Linux、VxWorks、Android等。圖2.3常見5種嵌入式平臺基本性能比較經(jīng)過比較，確定以Android操作系統(tǒng)為平臺開發(fā)快遞柜人機(jī)界面軟件。Android操作系統(tǒng)自面世以來經(jīng)過不斷的演進(jìn)，已經(jīng)成為市場占有率高、深受人們喜愛的嵌入式智能操作系統(tǒng)，如今廣泛的應(yīng)用于智能手機(jī)、平板電腦、圖形化界面的嵌入式控制等領(lǐng)域。3.2.2快遞柜服務(wù)器端1.遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)最高效的實現(xiàn)方式就是基于B/S模式開發(fā)Web應(yīng)用程序。Web應(yīng)用程序最大的優(yōu)勢在于，用戶無需下載專用的應(yīng)用軟件，通過普通的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器就可以加載管理系統(tǒng)，實現(xiàn)隨時隨地的遠(yuǎn)程管理，方便快捷。Web應(yīng)用程序既不是真正意義上的網(wǎng)站，也不是傳統(tǒng)的應(yīng)用程序，它是儲存在服務(wù)器端，通過瀏覽器解釋運行，用來完成某些特定任務(wù)的一些靜態(tài)和動態(tài)網(wǎng)頁的集合，開發(fā)、維護(hù)和升級成本較低，擴(kuò)展性強(qiáng)，并且能夠為所有用戶提供一致的使用界面。目前Web應(yīng)用程序開發(fā)比較常用的平臺有ASP.NET、J2EE、LAMP等，這三種平臺架構(gòu)的對比如圖2.4所示。圖2.4常見3種web應(yīng)用程序開發(fā)平臺基本性能比較經(jīng)過比較，選定開發(fā)成本低、開發(fā)簡單、擴(kuò)展性好的LAMP開發(fā)框架。LAMP是基于Linux、Apache、MySQL、PHP的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)平臺，其中：Linux是應(yīng)用部署的操作系統(tǒng)平臺（也可部署在Windows或Unix操作系統(tǒng)下）；Apache是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器軟件；MySQL是應(yīng)用廣泛的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；PHP（HypertextPreprocessor，超文本預(yù)處理器）是一種在服務(wù)器端執(zhí)行的通用開源嵌入式腳本語言。2.服務(wù)器端接口同樣采用LAMP架構(gòu)單獨開發(fā)，服務(wù)器端接口不需要呈現(xiàn)用戶界面，只響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)請求并完成數(shù)據(jù)庫操作。智能快遞柜詳細(xì)方案及關(guān)鍵技術(shù)4.1快遞柜終端設(shè)備結(jié)構(gòu)人機(jī)交互界面系統(tǒng)基于Android操作系統(tǒng)，需要連接條碼掃描器、RFID讀寫器等輸入設(shè)備，還要實現(xiàn)與儲物柜狀態(tài)檢測與控制系統(tǒng)的雙工通信。對于硬件平臺，本方案選擇使用ARMCortex-A9架構(gòu)的中央處理器。基于ARM架構(gòu)的處理器芯片組成的嵌入式系統(tǒng)體積小巧、功耗較低、成本低廉但性能強(qiáng)大。篩選后選用三星公司生產(chǎn)的Exynos4412中央處理器，該處理器采用Cortex-A9架構(gòu)，擁有4個處理器核心，工作主頻可達(dá)1.5GHz，內(nèi)部集成了Mali-400MP圖形處理器，圖形處理性能可滿足使用需求。圖4.1描述了快遞柜終端設(shè)備的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。人機(jī)界面系統(tǒng)以ARMCortex-A9嵌入式中央處理器、存儲器、觸屏顯示器、USBHOST、UART等為硬件基礎(chǔ)，搭載Android操作系統(tǒng)，人機(jī)界面軟件運行在Android操作系統(tǒng)平臺上，通過觸屏顯示器實現(xiàn)快遞柜與快遞員、收件人的界面交互。兩個USB接口分別與RFID讀寫器和一維條碼掃描器連接，通過UART設(shè)備與單片機(jī)通信，同時擴(kuò)展移動通信設(shè)備和以太網(wǎng)設(shè)備，通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)訪問互聯(lián)網(wǎng)，與服務(wù)器完成數(shù)據(jù)交互。儲物柜狀態(tài)檢測與控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制快遞柜箱格門電磁鎖和檢測箱格的占用狀態(tài)。圖4.1快遞柜終端設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.2快遞柜服務(wù)器端結(jié)構(gòu)智能快遞柜服務(wù)器端系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖4.2所示。人機(jī)界面軟件和加載遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的瀏覽器通過HTTP請求訪問服務(wù)器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。當(dāng)服務(wù)器監(jiān)聽到HTTP請求后，找到相應(yīng)頁面或執(zhí)行PHP代碼訪問MySQL數(shù)據(jù)庫，并做出應(yīng)答。圖4.2快遞柜服務(wù)器端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.3關(guān)鍵技術(shù)4.3.1人機(jī)交互界面Android智能操作系統(tǒng)是基于Linux系統(tǒng)內(nèi)核開發(fā)的開放操作系統(tǒng)平臺，采用分層的系統(tǒng)架構(gòu)模式，從最底層Linux內(nèi)核層到最表層應(yīng)用程序?qū)?，總共分為四層，圖4.3展示了Android智能操作系統(tǒng)的四層架構(gòu)。圖4.3Android智能操作系統(tǒng)架構(gòu)圖Android開發(fā)主要包含四大組件：Activity，BroadcastReceiver，Service和ContentProvider。4.3.2儲物柜狀態(tài)檢測與控制系統(tǒng)儲物柜狀態(tài)檢測與控制系統(tǒng)由儲物柜控制板硬件電路及其單片機(jī)開發(fā)程序?qū)崿F(xiàn)?？爝f柜箱格門鎖采用儲物柜上常見的電磁鎖，通電即可開鎖并彈開箱格門，同時改變電磁鎖內(nèi)部一路開關(guān)的通斷狀態(tài)來反映箱格門的開閉狀態(tài)。箱格內(nèi)物品檢測裝置采用簡單可靠的發(fā)光二極管與光敏電阻組合實現(xiàn)，當(dāng)箱格被占用，會遮擋光敏電阻。快遞柜管理系統(tǒng)中，一組儲物柜控制板可控制一個包含24個箱格的儲物柜。儲物柜主控制板電路完成的主要功能有：給相關(guān)芯片供電、解析控制命令、接收狀態(tài)信號、串口通信、設(shè)置通信地址等。4.3.3服務(wù)器端應(yīng)用程序服務(wù)器端應(yīng)用程序包括遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)和服務(wù)器端API接口兩部分，分為兩個應(yīng)用程序進(jìn)行開發(fā)，共同訪問同一數(shù)據(jù)服務(wù)器維護(hù)和獲取數(shù)據(jù)。服務(wù)器端應(yīng)用程序基于Phalcon框架編寫，實現(xiàn)MVC(Model，View，Controller)的軟件架構(gòu)，采用單點接入模式，獲取相應(yīng)業(yè)務(wù)類的實例處理請求并返回響應(yīng)消息。只是服務(wù)器端API接口程序沒有圖形化的可視界面。4.3.4數(shù)據(jù)庫技術(shù)快遞柜管理系統(tǒng)要做好數(shù)據(jù)持久化，必須設(shè)計合理的數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)用例分析給出了系統(tǒng)軟件硬件的設(shè)計依據(jù)，也給數(shù)據(jù)庫設(shè)計提出了要求。數(shù)據(jù)庫重點記錄投遞柜信息、快遞公司信息、快遞員信息、投遞記錄等信息。本方案快遞柜管理系統(tǒng)中，人機(jī)交互界面系統(tǒng)采用SQLite數(shù)據(jù)庫，服務(wù)器端采用MySQL數(shù)據(jù)庫。移動端開發(fā)常用SQLite數(shù)據(jù)庫，是專為嵌入式應(yīng)用設(shè)計的輕型的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，占用系統(tǒng)資源少，處理速度快，且支持多種主流操作系統(tǒng)。服務(wù)器端遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)和服務(wù)器端API接口都需要數(shù)據(jù)庫支持。數(shù)據(jù)庫表的總覽如表4.1、4.2所示。表4.1快遞柜人機(jī)交互界面系統(tǒng)數(shù)據(jù)表總覽序號表名說明1courier快遞員表2pieces_send投件信息表3pieces_send_history投件歷史記錄表4queue_event隊列事件表5parameter系統(tǒng)參數(shù)表表4.2服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫表總覽序號表名說明1device設(shè)備信息表2express_com快遞公司表3courier快遞員表4courier_supply快遞員申請表5pieces_send派件表6box_use快遞柜箱格使用記錄表7balance_log快遞員消費日志表表8precost預(yù)消費表9sync_event同步事件表10area地區(qū)表11area_dev_extend投遞柜地區(qū)所屬關(guān)系表12box_cost快遞柜箱格費用表13courier_dev_extend快遞員投遞柜關(guān)系表14admin管理員表智能快遞柜硬件設(shè)計本方案使用的硬件開發(fā)平臺包括：基于三星Exynos4412四核心處理器的開發(fā)板，該開發(fā)板的核心板具有2GB內(nèi)存（DDR3）和4GB的iNAND存儲器，底板擴(kuò)展了4個USB-HOST設(shè)備和4個RS-232串口，運行Android4.4.2操作系統(tǒng)上，10.1英寸彩色顯示器可進(jìn)行觸摸操作，具有4G模塊和WiFi模塊。外圍設(shè)備包括RFID讀寫器、手持條碼掃描槍、電磁鎖、開關(guān)電源等。5.1儲物柜控制板硬件電路5.1.1電磁鎖控制模塊一組電磁鎖控制模塊對應(yīng)一把電磁鎖，負(fù)責(zé)開鎖操作和返回鎖狀態(tài)。所選用的電磁鎖是基于24V直流電控制的，而芯片電壓是3.3V，所以使用光耦合器將兩種電壓隔開。箱格門打開后，電磁鎖上的頂針彈開，產(chǎn)生斷路，將相關(guān)引腳置為低電平；箱格門關(guān)閉后，頂針壓縮，產(chǎn)生通路，相關(guān)引腳被置為高電平?？刂颇K電路如圖5.1所示。圖中U1和U2是兩個貼片式光耦合器，實現(xiàn)兩種電壓的隔離和控制，LED1是操作指示燈，圖左邊的P1端子連接電磁鎖的控制和狀態(tài)引腳，圖右邊的P2端子連接主控制板。圖5.1電磁鎖控制模塊電路圖5.1.2箱格占用狀態(tài)檢測模塊當(dāng)箱格內(nèi)有物品時，遮擋光敏電阻使其阻值變大，相應(yīng)引腳輸出低電平。箱格內(nèi)除了光敏電阻外，還設(shè)置發(fā)光二極管用于產(chǎn)生可見光，在需要檢測物品時點亮。檢測模塊電路如圖5.2所示。圖中，下面P3端子連接發(fā)光二極管和光敏電阻，左面P4端子連接主控制板。U3和U4是兩個貼片式光耦合器。圖5.2箱格占用狀態(tài)檢測模塊電路圖5.1.3主控制板電源模塊控制系統(tǒng)外部采用24V和12V雙路供電，以滿足電磁鎖的供電需要。12V電壓經(jīng)過保險絲接入LM2576S-5V降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器降為5V，再經(jīng)LM1117MPX-3.3V低壓差電壓調(diào)節(jié)器降為3.3V，為電路中的大部分芯片供電。2)發(fā)送控制命令控制類操作包含電磁鎖的開鎖操作和物品檢測時的發(fā)光二極管點亮操作。單片機(jī)接收到來自串口的輪詢命令后，通過一組級聯(lián)的74HC595移位寄存器將命令碼發(fā)送至對應(yīng)位置的電磁鎖控制模塊和箱格占用狀態(tài)檢測模塊。74HC59是8位的串行輸入、并行輸出移位寄存器，移位和鎖存輸出具有相互獨立的時鐘信號控制，并具有級聯(lián)功能，3個一組級聯(lián)共可以產(chǎn)生24位的并行輸出，正好滿足24個箱格的電磁鎖開鎖操作或物品檢測時的發(fā)光二極管點亮操作。3）檢測狀態(tài)信號狀態(tài)信號包含電磁鎖的閉合或斷開和物品檢測時光敏電阻引腳的電平高低。當(dāng)箱格門開閉狀態(tài)改變時，會觸發(fā)相應(yīng)的狀態(tài)檢測操作，相關(guān)引腳的電平信號通過級聯(lián)的74HC165移位寄存器反饋到單片機(jī)端。74HC165是8位的并行輸入、串行輸出移位寄存器，3個一組級聯(lián)就可以滿足24個箱格一種狀態(tài)信號的獲取，圖5.3展示了部分74HC595和74HC165移位寄存器的級聯(lián)電路。4)設(shè)置單片機(jī)串口通信地址人機(jī)交互界面系統(tǒng)和儲物柜狀態(tài)檢測與控制系統(tǒng)的串口通信采用一主多從結(jié)構(gòu)，需要為同一主機(jī)下的從機(jī)分別設(shè)置通信地址。根據(jù)通信協(xié)議的定義，從機(jī)地址是8位的，設(shè)置了兩個8位的撥碼開關(guān)，撥碼開關(guān)1用于設(shè)置地址，撥碼開關(guān)2用于設(shè)置箱格門復(fù)位命令。控制系統(tǒng)上電后，會首先從寄存器讀取地址信息和復(fù)位命令。最后，圖5.4展示了STC15W408S單片機(jī)的引腳配置和串口通信連接端子的電路。處理器芯片采用SOP28封裝形式，主要引腳配置及用途如表5.1所示。圖5.3部分移位寄存器級聯(lián)電路圖圖5.4單片機(jī)引腳配置和串口通信端子電路圖表5.1單片機(jī)引腳配置表引腳定義說明P1.0LEDLED指示燈控制引腳P1.2ACLK主頁面P1.3CLK74HC595移位時鐘輸出P1.4RCK74HC595鎖存器輸出控制脈沖P1.5SI595向74HC595首片輸出串行數(shù)據(jù)P1.6QH165接收74HC165末片串行數(shù)據(jù)P1.7ADDQH接收撥碼開關(guān)設(shè)置的地址數(shù)據(jù)P5.4R/D485發(fā)送/接收控制位P3.6RXD串口數(shù)據(jù)發(fā)送P3.7TXD串口數(shù)據(jù)接收5.2.RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)人機(jī)交互界面系統(tǒng)的底板硬件只有RS-232串口設(shè)備，要與儲物柜控制系統(tǒng)通信，需要實現(xiàn)接口轉(zhuǎn)換電路。本文設(shè)計實現(xiàn)了一種有源光電隔離RS232/RS-485轉(zhuǎn)換器，通過光耦合器隔離單片機(jī)引腳電平與MAX485芯片發(fā)送與接收引腳的電平，并使用B0503LS-1WR2電源模塊為MAX485芯片供電，將輸入電源隔離，保證供電無干擾。由于RS-232接口是全雙工通信，RS-485接口是半雙工通信，所以將MAX485芯片的RE、DE引腳相連，由單片機(jī)的一路輸出控制接收、發(fā)送狀態(tài)的切換。轉(zhuǎn)換電路如圖5.5所示。圖5.5有源光電隔離RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路圖智能快遞柜軟件設(shè)計本方案使用的軟件環(huán)境如圖6.1所示：圖6.1軟件開發(fā)環(huán)境介紹6.1人機(jī)交互界面系統(tǒng)人機(jī)界面軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計秉持“高內(nèi)聚，低耦合”的思想，參照MVC架構(gòu)，將數(shù)據(jù)操作、業(yè)務(wù)流程控制和界面顯示代碼完全分離，將數(shù)據(jù)的解析工作與數(shù)據(jù)庫操作、網(wǎng)絡(luò)訪問操作和串口操作的代碼分離。這種設(shè)計能提高代碼的可讀性、復(fù)用性和可維護(hù)性。人機(jī)界面軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖6.2所示。界面布局文件可視為MVC中的視圖層，業(yè)務(wù)流程控制類可視為控制層，數(shù)據(jù)封裝類、網(wǎng)絡(luò)請求類、數(shù)據(jù)庫操作類和串口操作類可視為模型層。圖6.2人機(jī)界面軟件結(jié)構(gòu)6.1.1人機(jī)交互界面系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程根據(jù)用例分析設(shè)計人機(jī)界面軟件的業(yè)務(wù)流程，主要包括快遞柜初始化、快遞員投件和用戶取件三部分。1.快遞柜初始化快遞柜初始化的業(yè)務(wù)需要管理員在遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)添加新設(shè)備，填寫設(shè)備SIM卡手機(jī)號碼、位置信息并生成設(shè)備識別碼。人機(jī)界面軟件首次運行時會聯(lián)網(wǎng)驗證手機(jī)號碼，并獲取設(shè)備識別碼和位置信息。初始化流程完全按照用例分析實現(xiàn)。圖6.3展示了快遞柜初始化流程的活動圖。圖6.3快遞柜初始化活動圖快遞員投件快遞員投件的軟件流程圖如圖6.4所示。圖6.4（a）快遞員登陸的流程圖圖6.4（b）系統(tǒng)申請預(yù)消費和查詢箱格狀態(tài)的流程圖圖6.4（c）快遞員輸入信息投放快件的流程圖圖6.4（d）投件成功后系統(tǒng)通知收件人并聯(lián)網(wǎng)上報信息的流程圖快遞員投件收件人取件的流程按照前述的用例和活動圖實現(xiàn)，收件人只需輸入手機(jī)號碼后四位和六位的取件驗證碼即可取出快件。系統(tǒng)在發(fā)送取件短信時，會將快遞柜所在位置一并發(fā)送。6.1.2人機(jī)交互界面系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫參數(shù)人機(jī)交互界面系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)參數(shù)表如表6.1所示，該表用于存儲4類鍵值對信息：初始化標(biāo)志當(dāng)系統(tǒng)首次運行時，如果聯(lián)網(wǎng)注冊成功，在系統(tǒng)參數(shù)表中增加記錄“key:FirstTime，value:1，time:時間”，表示系統(tǒng)已經(jīng)完成初始化。設(shè)備密碼設(shè)備密碼（passwd）是系統(tǒng)初始化