快遞自助收件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院，廣東 廣州 510800）

1 引言

電子商務(wù)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展帶來了物流快遞業(yè)的突飛猛進(jìn)，最后一百米作為快遞派送的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是與客戶接觸程度最高的環(huán)節(jié)，是整個(gè)物流快遞流程服務(wù)水平的最終體現(xiàn)，對(duì)整個(gè)快遞派送體系起著決定性的作用[1]。目前，國內(nèi)快遞的派發(fā)手段主要是依靠快遞員人工派送快件給客戶，主要存在快件太多難以尋找導(dǎo)致客戶取件不方便和快遞員派送時(shí)間與客戶收件時(shí)間不一致造成不必要的等待等問題，從而導(dǎo)致快遞送貨的高成本。因此，如何合理化地構(gòu)建快遞最后一百米系統(tǒng)直接影響到快遞服務(wù)良好的運(yùn)作，同時(shí)對(duì)控制配送運(yùn)輸成本，改善配送秩序，提升服務(wù)水平具有重大的影響[2]。

2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本文綜合運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以收件客戶為快遞節(jié)點(diǎn)，通過對(duì)快遞派送終端設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)來完善面向快遞業(yè)終端客戶的綜合服務(wù)方式，探求提高快遞行業(yè)快遞員與客戶之間快件派送效率的有效途徑，構(gòu)建快件暫存柜，不約束客戶收貨的具體時(shí)間，滿足客戶隨時(shí)都可以收取快件的期望，適用于人群密集、快遞數(shù)量比較多的高校校園等場(chǎng)所。

圖1 快遞自助收件系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

快遞自助收件系統(tǒng)由暫存柜、電控鎖、主控系統(tǒng)板和打印模塊組成，系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。暫存柜由多個(gè)獨(dú)立箱格組成。箱格尺寸根據(jù)一件快件的外形大小設(shè)置，可以同時(shí)存在不同的尺寸以適應(yīng)不同的快件；箱格數(shù)量根據(jù)快件數(shù)量來設(shè)置，一個(gè)暫存柜可以包含一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的箱格[3]。每個(gè)箱格配有獨(dú)立的箱格門，每個(gè)箱格內(nèi)側(cè)安裝有電控鎖，電控鎖可以控制箱格門打開或關(guān)閉的狀態(tài)，電控鎖的動(dòng)作由主控系統(tǒng)板控制。

快遞自助收件系統(tǒng)的主控系統(tǒng)板和打印模塊安裝在暫存柜的其中一個(gè)箱格的箱格門上，此箱格門安裝有機(jī)械鎖，由管理員負(fù)責(zé)管理。其它箱格所使用的電控鎖關(guān)門的時(shí)候不需要通電即可上鎖，開門的時(shí)候只需要通電瞬間觸發(fā)即可開鎖，并且電控鎖自帶觸發(fā)開關(guān)，也就是電控鎖控制的箱格門處于打開或關(guān)閉狀態(tài)，主控系統(tǒng)板可以實(shí)時(shí)檢測(cè)到，一旦快遞員或者客戶忘記關(guān)閉箱格門，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出聲音提醒。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 硬件總體方案設(shè)計(jì)

如圖2所示，主控系統(tǒng)板包括：GSM手機(jī)模塊，用于向客戶手機(jī)發(fā)送系統(tǒng)產(chǎn)生的隨機(jī)密碼，客戶可用此密碼一次性打開對(duì)應(yīng)的箱格門；微控制器MCU，用于對(duì)快遞員存入快件和客戶收取快件的所有操作進(jìn)行控制，并設(shè)置有二級(jí)管理密碼，使得系統(tǒng)管理員能配置和管理系統(tǒng)；顯示模塊，用于向快遞員和客戶提供友好的人機(jī)交互界面；實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，用于快遞員存入快件或客戶收取快件時(shí)提供當(dāng)前操作的年月日和時(shí)分秒等實(shí)時(shí)信息；觸摸鍵盤，用于輸入0-9數(shù)字密碼按鍵、存入按鍵、取出按鍵、查詢按鍵和取消按鍵等；電控鎖驅(qū)動(dòng)電路，用于控制安裝于箱格內(nèi)側(cè)的電控鎖的開啟與關(guān)閉；打印模塊，由打印接口電路驅(qū)動(dòng)，用于打印快遞員存入快件時(shí)的回執(zhí)單據(jù)。微控制器MCU采用IAP15F2K61S2單片機(jī)，一片芯片就是一臺(tái)仿真器，程序調(diào)試非常方便[4]。

圖2 系統(tǒng)硬件總體方案框圖

3.2 觸摸按鍵電路設(shè)計(jì)

為了提高用戶存入和取出快件的操控性，按鍵采用觸摸電路設(shè)計(jì)。TTP229是一款使用電容感應(yīng)式原理設(shè)計(jì)的觸摸芯片。該芯片內(nèi)建穩(wěn)壓電路供觸摸傳感器使用，穩(wěn)定的觸摸效果可以應(yīng)用在各種不同應(yīng)用上，人體觸摸面板可以通過非導(dǎo)電性絕緣材料連接[5]。16個(gè)觸摸按鍵應(yīng)用電路原理圖如圖3所示，完全能夠滿足系統(tǒng)中數(shù)字0-9以及存入、取出等按鍵操作，圖中可變電容可根據(jù)實(shí)際印制電路板布局以及觸摸面板等因素調(diào)整觸摸按鍵的靈敏度。

圖3 觸摸按鍵電路原理圖

3.3 GSM手機(jī)模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用SIM900A模塊作為GSM無線通信模塊，并將短信息格式設(shè)為PDU模式，負(fù)責(zé)將快遞員存入快件時(shí)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)字密碼通過短信發(fā)送給客戶。SIM900A模塊的通信端口為USART方式，微控制器MCU通過串行口通信對(duì)其發(fā)送AT指令即可控制SIM900A模塊，發(fā)送短信的步驟及涉及到的關(guān)鍵AT指令見表1。

表1 手機(jī)模塊發(fā)送短信的步驟

3.4 打印模塊設(shè)計(jì)

打印模塊采用嵌入式微型打印機(jī)RD-DH32，其具有易裝紙的全封閉結(jié)構(gòu)，出紙?zhí)幾詭屑埖兜臋C(jī)芯，減少因手動(dòng)撕紙方式不當(dāng)而造成的機(jī)芯損壞[6]。采用熱敏式點(diǎn)陣打印，自帶24×24點(diǎn)陣的國際一、二級(jí)漢字庫，采用串行接口與微控制器MCU通信，支持TTL和RS-232通訊接口，具有硬件接口簡單，電平容易匹配等優(yōu)點(diǎn)。

打印模塊RD-DH32兼容ESC/POS指令集，該指令集是EPSON公司自己制定的針式打印機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化指令集，單片機(jī)先進(jìn)行串口初始化，然后通過ESC/POS指令，控制打印模塊的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)存入快件回執(zhí)打印漢字的流程，見表2。

表2 打印模塊打印漢字的流程

4 系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì)

4.1 軟件總體工作流程

為了解決快遞派送時(shí)間與客戶收件時(shí)間的不一致造成不必要的等待，對(duì)快件的安全存儲(chǔ)與保管是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題，通過構(gòu)建快件的存儲(chǔ)空間和位置等具體措施，對(duì)快件進(jìn)行安全保管[3]。由于快遞員每天都要派送很多的快件，每一個(gè)快件需要的存入操作復(fù)雜程度和所用時(shí)間的多少，是直接影響快遞員會(huì)否長期使用本系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。通過對(duì)每一個(gè)快件的收件手機(jī)號(hào)碼作為關(guān)鍵標(biāo)識(shí)，構(gòu)建僅憑一個(gè)手機(jī)號(hào)碼作為身份識(shí)別（ID）對(duì)快件進(jìn)行存入操作。而對(duì)客戶而言不約束收件的具體時(shí)間，滿足客戶只要有時(shí)間隨時(shí)都可以對(duì)快件進(jìn)行收取，這是該系統(tǒng)能否推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題，當(dāng)客戶手機(jī)收到系統(tǒng)發(fā)出的短信，憑短信密碼即可隨時(shí)對(duì)快件進(jìn)行輕松簽收，從而緩解了收件時(shí)間點(diǎn)的問題，有效提高快遞派送的效率。

4.2 存入快件流程及算法設(shè)計(jì)

快遞員到達(dá)快遞自助收件系統(tǒng)，按存入按鍵，液晶顯示模塊提示輸入客戶手機(jī)號(hào)碼，如果輸入錯(cuò)誤，則需要按取消按鍵，再按存入按鍵重新輸入手機(jī)號(hào)碼，如果正確連續(xù)輸入11位手機(jī)號(hào)碼，系統(tǒng)就自動(dòng)分配一個(gè)空箱格并自動(dòng)開啟箱格門，同時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)字密碼保存并通過GSM手機(jī)模塊發(fā)送到客戶手機(jī)，快遞員向開啟箱格門的箱格放入快件并隨手關(guān)閉箱格門，系統(tǒng)就打印客戶手機(jī)號(hào)碼、箱格編號(hào)和當(dāng)前操作年月日時(shí)分秒等信息作為回執(zhí)，快遞員取得回執(zhí)表示此次成功存入快件結(jié)束。存入快件流程圖如圖4所示。

圖4 存入快件流程圖

4.3 取出快件流程及算法設(shè)計(jì)

客戶收到收件短信后，在規(guī)定時(shí)限內(nèi)到達(dá)快遞自助收件系統(tǒng)，按取出按鍵，液晶顯示模塊提示輸入密碼，如果輸入錯(cuò)誤，則需要按取消按鍵，再按取出按鍵重新輸入密碼，如果正確連續(xù)輸入隨機(jī)數(shù)字密碼，系統(tǒng)會(huì)將輸入的密碼與保存在系統(tǒng)的密碼進(jìn)行比較判斷是否一致，如果密碼不正確，則直接結(jié)束取出操作并報(bào)警；如果密碼正確，則自動(dòng)開啟箱格門，客戶取出快件并隨手關(guān)閉箱格門，則此次取出快件結(jié)束。取出快件流程圖如圖5所示。

圖5 取出快件流程圖

4.4 快遞員與客戶相互約束協(xié)議機(jī)制

在快遞行業(yè)中快件的安全是非常重要的，特別是快遞員和客戶之間快件的簽收環(huán)節(jié)尤其重要，在本系統(tǒng)方案中，快遞員與客戶建立嚴(yán)密的相互約束的協(xié)議機(jī)制，一旦快遞員輸入手機(jī)號(hào)碼存入快件后將會(huì)得到回執(zhí)，表示快遞員完成快件的存入，此后快遞員將無法再次接觸到該件快件，這是對(duì)快遞員存入快件后的約束；唯一能打開箱格門的是客戶手機(jī)收到的短信中的數(shù)字密碼，并且該密碼只能使用一次將自動(dòng)失效作廢，這是對(duì)客戶取出快件后的約束[3]。本系統(tǒng)方案算法協(xié)議對(duì)快遞員與客戶相互約束以保證快件的安全機(jī)制，因此找到一種既能安全加密、解密速度又快的算法很重要[7]?？蛻舫晒炇湛旒箨P(guān)閉箱格門，至此當(dāng)次快件派送簽收過程結(jié)束。同時(shí)，該系統(tǒng)使用的區(qū)域安裝有24小時(shí)視頻監(jiān)控，如收件人發(fā)現(xiàn)快件有問題，可以通過監(jiān)控?cái)z像拍攝留證[8]。通過第三方約束的客觀手段提高快遞派送的安全性，有效保障了系統(tǒng)的連續(xù)使用。

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及測(cè)試

經(jīng)過硬件電路設(shè)計(jì)與焊接調(diào)試，系統(tǒng)主控板實(shí)物圖如圖6所示。圖中采用萬能板作為硬件焊接的載體，對(duì)照電路原理圖全面檢查各芯片，各單元電路以及各模塊電路是否均正確連接，是否都能夠正常工作。

圖6 系統(tǒng)主控板實(shí)物圖

在硬件電路平臺(tái)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過軟件程序的編寫和調(diào)試，系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定地工作。主控系統(tǒng)板上的LCD12864液晶顯示模塊系統(tǒng)界面如圖7所示。圖中實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前年月日和時(shí)分秒，實(shí)心方形表示對(duì)應(yīng)的箱格已經(jīng)存入快件，空心方形符號(hào)表示對(duì)應(yīng)的箱格當(dāng)前處于空閑狀態(tài)，還可以繼續(xù)存入快件。

圖7 顯示模塊LCD12864系統(tǒng)界面

系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，快遞員能夠快捷地存入快件，客戶可以方便地取出快件，系統(tǒng)能夠比較好地緩解快遞員派送快件的時(shí)間和客戶空閑時(shí)間的不一致造成不必要的等待，減少了快遞員對(duì)同一快件的多次派送造成的重復(fù)無用工作量，極大地提高了快遞業(yè)務(wù)派送的效率，但對(duì)于快遞高峰期，仍存在數(shù)量不夠、空間利用率不高等缺點(diǎn)[9]，可通過采用倉儲(chǔ)技術(shù)的自動(dòng)化立體庫與自助收件系統(tǒng)相結(jié)合的方案來緩解。

6 結(jié)論

針對(duì)快遞派送過程中自助收件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，提出快遞自助收件系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分別對(duì)快遞員存入快件和客戶取出快件展開研究，并對(duì)系統(tǒng)硬件架構(gòu)及軟件流程和算法協(xié)議進(jìn)行論述，特別是進(jìn)行了實(shí)際硬件和程序的調(diào)試以及試用。實(shí)驗(yàn)證明快遞自助收件系統(tǒng)在高校校園實(shí)際快件派送中，可以有效地減小快遞員派送時(shí)間與客戶收件時(shí)間的時(shí)間差，提高快遞員派送快件的效率，給予客戶任意時(shí)間收取快件的可能性，完善了快遞行業(yè)派送環(huán)節(jié)的客戶體驗(yàn)，推動(dòng)了物流快遞行業(yè)的健康發(fā)展，促進(jìn)電子商務(wù)的推廣應(yīng)用。

[1]王珂.快遞業(yè)自動(dòng)化物流終端設(shè)備技術(shù)研究[D].昆明:云南財(cái)經(jīng)大學(xué),2012．

[2]鈕亮.張寶友.MapReduce求解物流配送單源最短路徑研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2014,(3):123-125,129．

[3]陳崇輝,鄧筠,陳崇光.一種快遞派送終端自助收件系統(tǒng)[P].中國:20375976.8,2014-08-06．

[4]丁向榮,陳崇輝.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2015．

[5]臺(tái)灣通泰積體電路股份有限公司.TTP229電容感應(yīng)式觸摸芯片技術(shù)手冊(cè)[Z].2009．

[6]歐聰翀.為稱重儀表設(shè)計(jì)熱敏打印模塊[J].衡器,2008,(S1):15-17．

[7]韋茜,王晨,李星毅.基于RSA算法的快遞信息隱私保護(hù)應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2014,(7):58-60．

[8]馮小飛.郭紅玉.蔡康.等.一種自動(dòng)存取快遞機(jī)的設(shè)計(jì)與研究[J].起重運(yùn)輸機(jī)械,2013,(8):56-59．

[9]長青,丁宇辰.一種基于現(xiàn)有快遞自提終端的改進(jìn)方案[J].物流技術(shù),2015,(1):281-284,320．