基于多件同取模式的校園快遞取件控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用

牛勇 周玉熬 馬麟

摘? 要：如今的電子商務(wù)、物流服務(wù)已深入到我們生活的每一個(gè)角落。校園網(wǎng)購已然成為高校師生的主要購物方式，新冠疫情影響下網(wǎng)購量激增。全國各大高校物流末端的配送主要還是“地?cái)偂焙涂爝f柜模式，由于高校師生取件時(shí)間比較固定，經(jīng)常出現(xiàn)排長龍取快遞的現(xiàn)象，取件效率低下、秩序混亂。為此，文章基于電子傳感技術(shù)、語音識(shí)別技術(shù)設(shè)計(jì)一款可以實(shí)現(xiàn)多件同取的快遞取件系統(tǒng)，傳統(tǒng)取一件的時(shí)間可完成多件同取，縮短取件時(shí)間，避免扎堆現(xiàn)象的發(fā)生，語音功能可實(shí)現(xiàn)非接觸式取件，在疫情防控下有著很高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：末端配送;取件效率;語音識(shí)別技術(shù);多件同取

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2022）03-0001-05

Research and Application of Campus Express Pickup Control System Based on Multiple Pickup Mode

NIU Yong， ZHOU Yuao， MA Lin

（Xining Urban Vocational & Technical College， Xining? 810001， China）

Abstract： Today’s E-commerce and logistics services have penetrated into every corner of our lives. Campus online shopping has become the main shopping method for teachers and students in colleges and universities， especially during the COVID-19 epidemic， the number of online shopping has surged. The logistics terminal distribution of major universities across the country is mainly the “street stall” and express cabinet mode. Due to the relatively fixed time for college teachers and students to pick up parts， there are often long queues to pick up express， which leads to low efficiency and disorder. Therefore， based on electronic sensing technology and speech recognition technology， this paper designs an express pick-up system that can realize multiple pieces taken at the same time. The traditional time of taking one piece can complete multiple pieces taken at the same time， shorten the pick-up time， avoid the occurrence of pile up， and the speech function can realize non-contact pick-up， which has high application value in epidemic prevention and control.

Keywords： terminal distribution; pickup efficiency; voice recognition technology; multiple pieces taken at the same time

0? 引? 言

隨著電子商務(wù)的蓬勃發(fā)展，以90后、00后為代表的中學(xué)生及大學(xué)生成為網(wǎng)購中一支強(qiáng)大的生力軍。中國教育后勤協(xié)會(huì)、阿里巴巴研究院發(fā)布的《校園快遞行業(yè)發(fā)展報(bào)告（2020）》顯示，校園快遞近幾年持續(xù)穩(wěn)定增長。教育部披露的高等教育在校師生4 002萬人，共有各類普通高等學(xué)校2 688所，高校學(xué)生人均快遞達(dá)78件，是全國人均42件的1.8倍?？爝f已成為高校生活不可或缺的一部分，《報(bào)告》建議將快遞服務(wù)納入與食堂、宿舍同等重要的公共服務(wù)范疇。

當(dāng)前，新冠疫情依舊肆虐全球，高校作為人員密集之地，疫情防控工作尤為重要。校園快遞室不僅是校園“快遞最后一公里”最關(guān)鍵的一步，也是校園疫情防控中需要倍加警惕的一步。疫情期間，網(wǎng)上購物是師生消費(fèi)首選，這使得各大高校的快遞量暴漲。傳統(tǒng)的地?cái)偸胶驼军c(diǎn)式快遞點(diǎn)采用純?nèi)肆δＪ剑ぷ餍实?，尤其是疫情期間快遞量大幅度增長，致使快遞員的工作量呈幾何級(jí)增長，排長龍取快遞成為每天課間的常態(tài)。智能快遞柜的應(yīng)用也未能解決棘手問題，占地面積大、采購成本高成為制約快遞柜普及的最大障礙，快遞量暴增時(shí)快遞柜的固定存放量難以應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。制定校園快遞業(yè)務(wù)的管理辦法以及智能設(shè)備的升級(jí)迫在眉睫。

1? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于多件同取模式的校園快遞取件控制系統(tǒng)，是一款應(yīng)用于校園快遞室的取件系統(tǒng)。具有非接觸式取件、多件同取、大吞吐量運(yùn)作等優(yōu)勢(shì)，填補(bǔ)了全國校園快遞智能化取件的空白，為高校、小區(qū)，以及企業(yè)快遞室提供一種非接觸式快速取件服務(wù)，解決了傳統(tǒng)取件工作效率低、管理混亂、應(yīng)急能力差等問題。工作人員可通過語音或按鍵輸入，實(shí)現(xiàn)快遞自動(dòng)分揀并傳送至取件平臺(tái)，采用人機(jī)配合的模式可實(shí)現(xiàn)大吞吐量運(yùn)轉(zhuǎn)。整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)非接觸取件，降低了疫情期間交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)。

系統(tǒng)由語音編碼采集和智能分揀兩個(gè)模塊組成。采用手機(jī)語音識(shí)別APP來識(shí)別快遞編碼語音信號(hào)，進(jìn)行特征提取并與系統(tǒng)存儲(chǔ)模型進(jìn)行匹配，與模板庫模型進(jìn)行防誤識(shí)別，將識(shí)別結(jié)果通過手機(jī)藍(lán)牙無線發(fā)送，控制系統(tǒng)主服務(wù)器接收信號(hào)進(jìn)行信息處理，啟動(dòng)相應(yīng)快遞分揀電路進(jìn)行快遞選取，同時(shí)啟動(dòng)傳送帶，將選取的快遞傳送至工作人員工作平臺(tái)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示，采用APP inventer軟件設(shè)計(jì)專用智能快遞室語音分揀APP，采用單片機(jī)作為系統(tǒng)主控，其具有高速、可靠、低功耗、強(qiáng)抗干擾性能，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，可實(shí)現(xiàn)對(duì)分揀模塊繼電器的智能控制。

如圖2所示，學(xué)生排隊(duì)進(jìn)入快遞室向工作人員說出快遞編碼，工作人員可以通過語音或觸摸屏連續(xù)將多個(gè)編碼傳輸至主服務(wù)器，系統(tǒng)在自動(dòng)分揀貨物的同時(shí)啟動(dòng)傳送帶，將貨物送達(dá)取件平臺(tái)，這樣學(xué)生就可以在很短的時(shí)間內(nèi)拿到快遞。

1.1? 語音輸入——實(shí)現(xiàn)非接觸取件

工作人員利用手機(jī)APP語音或按鍵輸入快遞編碼，通過藍(lán)牙通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，主控制器單片機(jī)或PLC接收到無線信號(hào)后進(jìn)行信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)物品分揀及傳送到工作平臺(tái)。工作人員只需站在取件臺(tái)進(jìn)行語音和按鍵輸入，全程實(shí)現(xiàn)非接觸式取件，對(duì)高校疫情防控起到至關(guān)重要的作用。

1.2? 人機(jī)配合——實(shí)現(xiàn)大吞吐量運(yùn)轉(zhuǎn)

采用人機(jī)配合的方式，可輕松應(yīng)對(duì)雙十一、618等特殊時(shí)期快遞量暴增的情況，解決了傳統(tǒng)快遞柜格口數(shù)量不足的弊端，靈活處理突發(fā)事件，工作人員在學(xué)生上課期間補(bǔ)貨，課余時(shí)間派貨，科學(xué)合理利用時(shí)間。人機(jī)相互配合的方式，可以在傳統(tǒng)取一件快遞的時(shí)間內(nèi)完成10件快遞的派送，實(shí)現(xiàn)大吞吐量運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.3? 多任務(wù)工作——實(shí)現(xiàn)高效化工作

傳統(tǒng)取件模式只能一件一件找貨，工作效率低，在取件高峰期常常出現(xiàn)排長龍的情況。本產(chǎn)品扭轉(zhuǎn)了傳統(tǒng)取件模式的弊端，可實(shí)現(xiàn)多任務(wù)取件，工作人員可以同時(shí)語音輸入多個(gè)快遞編碼，一次完成對(duì)多個(gè)快遞的取件，大大提高了工作效率，有效解決了取件排長龍的問題。

2? 硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路由四個(gè)部分構(gòu)成：由IAP單片機(jī)構(gòu)成的主控單元電路、由Hc-05藍(lán)牙模塊構(gòu)成的無線接收電路、由I/O控制的矩陣分揀電路和履帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。藍(lán)牙發(fā)送模塊采用手機(jī)自帶藍(lán)牙，降低設(shè)備開發(fā)成本，總體設(shè)計(jì)如圖3所示。以低功耗IAP15F2K60S4微型處理器為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心連接各個(gè)模塊。設(shè)計(jì)滿足使用需求，可實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，提高取件效率。

2.1? 主控電路原理圖設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主控采用低功耗IAP15F2K60S4增強(qiáng)型8051內(nèi)核單片機(jī)。此款單片機(jī)具有高速、低功耗、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，速度是傳統(tǒng)單片機(jī)的8～12倍，適合快速處理快遞語音編碼信號(hào)，具有62個(gè)I/O口，4個(gè)全雙工異步串行口（UART），滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求。

2.2? 無線傳輸電路設(shè)計(jì)

無線模塊采用藍(lán)牙無線通信，工作人員通過手機(jī)拾音器采集待取快遞編碼，語音快遞分揀APP進(jìn)行信號(hào)處理及無線發(fā)送?？刂葡到y(tǒng)接收手機(jī)APP發(fā)送的藍(lán)牙信號(hào)，相關(guān)分揀裝置快速響應(yīng)，分揀貨物。采用語音分揀，可以通過APP集中說出幾件快遞的編碼，實(shí)現(xiàn)多件同取，提高工作效率。本系統(tǒng)采用HC-05藍(lán)牙模塊，藍(lán)牙模塊的TXD接單片機(jī)的RXD，藍(lán)牙模塊的RXD接單片機(jī)的TXD。此模塊傳輸距離可達(dá)100 m，基本滿足校園快遞收發(fā)室設(shè)計(jì)要求。藍(lán)牙模塊硬件接線圖如圖4所示。

2.3? 分揀電路設(shè)計(jì)

為了減少I/O口的占用，提高使用率，將輸出口排列成矩陣形式輸出。在矩陣式排列中，每條水平線和垂直線在交叉處連接推動(dòng)板，控制繼電器線圈，一組I/O口可以控制4×4=16個(gè)推動(dòng)板，線數(shù)越多，區(qū)別越明顯。主控總共有62個(gè)I/O口，最多可控制31×31=961個(gè)推動(dòng)板，滿足校園快遞收發(fā)室需求。圖5為輸出口矩陣控制電路，I/O口P0.3輸出高電平1，P0.7輸出低電平0，推動(dòng)板控制電路繼電器線圈A1得電，控制推動(dòng)板舵機(jī)將貨物推送至傳送履帶，實(shí)現(xiàn)快遞快速分揀。

3? 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要包括語音信號(hào)處理、無線通信、智能分揀三個(gè)部分。語音信號(hào)處理采用App Inventor開發(fā)。如圖6所示為程序流程圖，工作人員在獲取取件學(xué)生的快遞編碼之后，通過手機(jī)管理APP采集，實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)采集，進(jìn)行快遞編碼特征信號(hào)的提取，同時(shí)與系統(tǒng)存儲(chǔ)模型進(jìn)行匹配。如若采集到取件信息，通過手機(jī)藍(lán)牙進(jìn)行無線傳輸，主控接收到信號(hào)，控制相關(guān)I/O口輸出低電平，響應(yīng)繼電器工作，將快遞推送至傳輸履帶完成快遞智能分揀。

4? 快遞室貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)校園快遞室快遞分發(fā)需求，對(duì)傳統(tǒng)貨架進(jìn)行改造，如圖7所示，快遞室貨架由置物架3、傳送履帶4、傳送軌道6及貨物平臺(tái)7組成。置物架由隔斷1和貨物推動(dòng)板2組成。

工作人員提前將所有快遞進(jìn)行分類，按照快遞類型放置于置物架上，比如S通的放置在A架上，Z通的放置在B架上。工作人員通過手機(jī)APP進(jìn)行語音揀選時(shí)，進(jìn)行貨物語音輸入，手機(jī)通過無線藍(lán)牙將信息傳輸給主控單元5，主控單元對(duì)信息進(jìn)行處理，控制相應(yīng)貨物推動(dòng)板將所選貨物推至傳送履帶，將貨物傳送至貨物平臺(tái)7上。

5? 快遞室APP設(shè)計(jì)

為節(jié)省快遞室工作人員來回尋找快遞的時(shí)間，提高其工作效率，校園快遞管理系統(tǒng)APP采用App Inventor開發(fā)。App Inventor是一款基于Web的Android應(yīng)用開發(fā)工具。用戶能夠通過該工具軟件以及谷歌的Android系列軟件自行研發(fā)適合手機(jī)使用的應(yīng)用程序。借助arduino圖形化語言并調(diào)用藍(lán)牙通信函數(shù)實(shí)現(xiàn)了APP登錄界面、控制界面、管理界面的設(shè)計(jì)。在前端界面進(jìn)行頁面設(shè)計(jì)和添加功能組建，再轉(zhuǎn)到程序編寫界面編寫后臺(tái)應(yīng)用程序。APP登錄界面和語音輸入界面如圖8（a）、8（b）所示。

在登錄界面設(shè)置密碼欄，密碼僅供快遞室管理員使用，輸入密碼進(jìn)入控制界面后，可以通過語音輸入控制和手動(dòng)輸入控制兩種方式實(shí)現(xiàn)快速取件。同時(shí)，工作人員可以進(jìn)入管理界面實(shí)時(shí)查看快遞信息，如圖8（c）所示，綠色框代表已取件，紅色框代表未取件，工作人員可以憑此及時(shí)補(bǔ)充快遞并督促用戶取件。在雙十一、618等銷售旺季，此模式可以從容應(yīng)對(duì)快遞量的暴增。

6? 結(jié)? 論

設(shè)計(jì)基于語音識(shí)別、智能分揀及自動(dòng)傳送的校園快遞取件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)語音取件代替人工取件，大大提高了取件效率。工作人員利用用戶終端APP或者基于MCGS觸摸屏對(duì)取件人員的快遞編碼進(jìn)行語音輸入或按鍵輸入，通過藍(lán)牙通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，主控器處理信息驅(qū)動(dòng)推送部模塊進(jìn)行快遞分揀，同時(shí)啟動(dòng)傳送部模塊進(jìn)行快件傳輸?？爝f柜智能控制系統(tǒng)采用矩陣輸出，降低設(shè)備成本。使傳統(tǒng)的地?cái)偸胶筒锁B驛站等接觸式站點(diǎn)向智能化非接觸式站點(diǎn)轉(zhuǎn)換，利用語音識(shí)別、人臉識(shí)別等技術(shù)進(jìn)行智能化改造，實(shí)現(xiàn)快遞取件智能化非接觸式模式創(chuàng)新。

工作人員通過專用APP對(duì)取件者提供的快遞編碼進(jìn)行語音輸入或按鍵輸入。藍(lán)牙HC-05接收無線信號(hào)進(jìn)行處理，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)分揀裝置進(jìn)行快遞分揀以及將分揀出的快遞傳送至貨物平臺(tái)。整個(gè)系統(tǒng)不但節(jié)省工作人員找件的時(shí)間，而且可以多任務(wù)工作，同時(shí)取出多個(gè)快遞件。整個(gè)取件過程從傳統(tǒng)接觸式到智能非接觸式的轉(zhuǎn)變，大大提高了工作人員的工作效率，有效減少人員聚集、扎堆，在新冠疫情下有著很大的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 方安琪，周祚山.基于新型快遞物流站點(diǎn)取件模式研究 [J].物流工程與管理，2021，43（7）：20-22+9.

[2] 馬家喜.A大學(xué)校園包裹取件困境及其應(yīng)對(duì)策略研究 [D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2020.

[3] 王虎強(qiáng)，謝寶玲.高校校園快遞的現(xiàn)狀及優(yōu)化調(diào)整——以沈陽工業(yè)大學(xué)遼陽校區(qū)為例 [J].中國市場(chǎng)，2020（8）：168+177.

[4] 程銳涵，王莎莎，孫林.基于物聯(lián)網(wǎng)概念下的自助快遞取件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2017，40（17）：171-174+178.

[5] 劉露萍.基于LD3320語音識(shí)別技術(shù)在智能垃圾分類系統(tǒng)中的應(yīng)用研究 [J].中國設(shè)備工程，2021（23）：37-39.

[6] 謝振宇，劉偉.基于單片機(jī)的智能家居語音控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2021（31）：83-85.

[7] 葛建新，胡燕清.基于IAP15W4K58S4單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].電子測(cè)試，2021（12）：31-33.

[8] 張開宇，高國偉.基于IAP15F2K61S2的門禁控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].傳感器世界，2019，25（9）：19-23.

作者簡(jiǎn)介：牛勇（1989—），男，回族，甘肅定西人，講師，碩士研究生，研究方向：電子信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù);馬麟（1997—），男，回族，青海西寧人，助教，本科，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù);周玉熬（1973—），男，漢族，青海大通人，副教授，本科，研究方向：創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育。