基于STM32單片機的智能外賣柜設(shè)計

摘要：近年來，外賣行業(yè)迅速發(fā)展壯大，越來越多的人為了節(jié)省時間選擇點外賣解決飲食問題。當前，傳統(tǒng)的外賣配送方式存在諸多問題，如外賣放置混亂、被錯拿丟失、外賣變冷口感變差等?；赟TM32單片機的智能外賣柜有人臉識別和輸入密碼雙重解鎖方式，具有加熱恒溫和報警防偷功能，不僅可以解決外賣放置混亂問題，還可以解決外賣易變冷和易丟失的問題，進而減少外賣員與顧客間可能存在的矛盾。該系統(tǒng)能夠打破傳統(tǒng)外賣柜的限制，降低配送成本，同時提高外賣柜的普及度和便利性，節(jié)約外賣員的時間，進一步推動外賣行業(yè)配送環(huán)節(jié)規(guī)范化，填補外賣配送的最后一百米空缺。

關(guān)鍵詞：人臉識別；加熱恒溫；報警防偷；語音提示；外賣配送

引言

自外賣行業(yè)誕生以來，我國的外賣市場規(guī)模不斷擴大。第53次《中國互聯(lián)網(wǎng)絡發(fā)展狀況統(tǒng)計報告》[1]顯示，截至2023年12月，我國網(wǎng)民規(guī)模達10.92億人，較2022年12月增長2480萬人，其中網(wǎng)上外賣用戶規(guī)模達5.45億人，較2022年12月增長2338萬人，占網(wǎng)民整體的49.9%。

目前的外賣市場面臨的最大問題是配送的時效性，傳統(tǒng)的配送方式不僅耗時費力且收益較低?，F(xiàn)階段的外賣配送方式幾乎都是由外賣員配送，難以避免外賣員與消費者之間出現(xiàn)溝通問題。例如，消費者無法及時取餐，要求外賣員在原地等待，或者外賣員無法將外賣送達消費者指定地點等。這些問題的出現(xiàn)不僅降低了消費者的外賣體驗度，也會打擊外賣員從事外賣行業(yè)的熱情，不利于外賣行業(yè)的進一步發(fā)展。

1. 設(shè)計背景

在日常生活中，經(jīng)常能見到傳統(tǒng)的木制外賣架或外賣柜存在外賣放置混亂問題，甚至出現(xiàn)外賣錯拿以及外賣變冷口感變差等問題。當前信息化技術(shù)高速發(fā)展，市面上投放的智能外賣柜卻少之又少，外賣行業(yè)對智能外賣柜的使用并未普及，公眾對智能外賣柜缺少一定的認知[2]。目前，雖然市面上已經(jīng)存在部分智能外賣柜，但由于造價高昂、耗電量大，未得到有效推廣。而且，市面上已有的外賣柜主要放置在居民區(qū)和辦公區(qū)，主要針對居民和上班族群體，很少有專門針對大學生群體的外賣柜。本文將針對大學生群體進行系統(tǒng)和模式上的優(yōu)化升級[3]。

本文所設(shè)計的基于STM32單片機的智能外賣柜具有智能化、無接觸的性能，不僅能為外賣員提供快速存儲外賣的方法，減輕外賣配送壓力，且取餐時間自由，安全系數(shù)高，能夠大幅降低外賣錯拿的風險。在高校外賣管理方面，更是解決了外賣亂放、疊放等問題，為消費者提供了一個安全有序的校園外賣環(huán)境，完善了高校外賣配送體系，提升了消費者的體驗度和滿意度。此外，該設(shè)計可以打破傳統(tǒng)外賣柜的限制，降低外賣配送成本，節(jié)約外賣配送時間，提高智能外賣柜的普及度，從而推動外賣柜市場的進一步發(fā)展。

2. 外賣柜系統(tǒng)設(shè)計

在外賣員將外賣放入外賣柜后，可利用短信通信模塊向取餐人員發(fā)送取餐短信，短信內(nèi)容包括取餐提醒及取餐碼。在等待取餐的過程中，測溫模塊每隔750ms便會采集一次外賣柜內(nèi)的溫度，并根據(jù)設(shè)定的溫度閾值自動判斷是否需要啟用加熱片打開加熱恒溫功能，以防止外賣變冷。取餐人員在取餐時可采用按鍵輸入密碼或人臉識別兩種解鎖方式取餐，降低了外賣丟失的風險。若在取餐過程中攝像頭模塊多次識別到錯誤人臉，則單片機會控制語音模塊發(fā)出“請勿錯拿他人外賣”的語音提示，提高外賣的安全系數(shù)，防止外賣錯拿。本系統(tǒng)設(shè)計框架圖如圖1所示。

3. 硬件設(shè)計

3.1 攝像頭模塊的設(shè)計

攝像頭首先利用函數(shù)Feature_lbp對圖像庫內(nèi)的人臉信息進行特征提取，并計算每張圖像的lbp值，之后利用Min函數(shù)和Match_descriptor函數(shù)對lbp值進行計算和比較，得到人臉特征差異度的平均值A(chǔ)verage和人臉匹配程度Facial_Degree，并輸出人臉匹配程度最高的人臉序號，單片機得到人臉序號后，即可根據(jù)序號判斷是否要打開外賣柜門，人臉部分變量及函數(shù)使用表如表1所示。

攝像頭模塊每隔10ms會進行一次人臉數(shù)據(jù)采集及比對，若與人臉庫內(nèi)的人臉圖像比對成功，則會打開外賣柜，若是比對失敗，則會重新采集人臉數(shù)據(jù)，并再次進行人臉比對。

3.2 恒溫加熱模塊的設(shè)計

溫度檢測模塊采用DS18B20芯片，DS18B20模塊是一款由美國DALLAS半導體公司設(shè)計的數(shù)字溫度傳感器，具有成本低廉、傳輸高效以及電路簡單的特點[4]。DS18B20供電環(huán)境信息及功耗如表2所示。

溫度檢測模塊每隔750ms對外賣柜內(nèi)溫度數(shù)據(jù)進行采集，并將溫度數(shù)據(jù)顯示在LCD顯示屏上。一旦溫度檢測模塊檢測到外賣柜內(nèi)的溫度低于所設(shè)定的溫度閾值，單片機就會啟動加熱片對外賣柜進行加熱，保證外賣不會變冷，從而保持外賣的口感。

3.3 短信模塊的設(shè)計

GPRS模塊采用的芯片為SIM800C。SIM800C是一款四頻的GSM/GPRS模塊，可以實現(xiàn)嵌入式環(huán)境下語音、信息等數(shù)據(jù)的傳輸，插入SIM卡后，可以進行短信發(fā)送等操作[5]。外賣員可通過短信發(fā)送頁面的按鍵輸入取餐人員的電話，按下發(fā)送鍵后，短信模塊會向輸入的號碼發(fā)送取餐提醒及取餐碼。

3.4 按鍵模塊的設(shè)計

本設(shè)計中的按鍵輸入功能通過使用按鍵模塊來實現(xiàn)。為減少單片機端口的占用，將按鍵排列成矩陣，通過編碼的方式使每個按鍵對應唯一的編碼，實現(xiàn)按鍵功能[6]。除人臉識別解鎖外，取餐人員也可選擇傳統(tǒng)的密碼解鎖方式。取餐人員可在按鍵模塊上輸入短信中收到的取餐碼，輸入完成后按下*鍵即可完成確認，若取餐碼正確，則柜門打開，若取餐碼錯誤，則須重新輸入取餐碼。

3.5 語音播報模塊的設(shè)計

當攝像頭模塊采集到的人臉數(shù)據(jù)被多次判斷為錯誤人臉時，語音播報模塊會發(fā)出“請不要錯拿他人外賣”的語音提示，提示不要錯拿他人外賣，降低外賣錯拿風險，提高外賣點餐的安全性。

4. 整體測試結(jié)果

經(jīng)過測試，該設(shè)計能夠向指定的號碼發(fā)送取餐短信，很好地實現(xiàn)了人臉識別和按鍵輸入密碼兩種解鎖方式，并且在識別到錯誤人臉時能夠發(fā)出“請不要錯拿他人外賣”的語音提示，同時，也可以實時監(jiān)測外賣柜內(nèi)溫度，可以在溫度過低時啟動加熱片，起到加熱恒溫作用。作品實物圖如圖2所示。

結(jié)語

本文主要針對高校外賣放置混亂、外賣易變冷和易被錯拿丟失這三個問題進行研究，在研究過程中，對目前我國的外賣市場規(guī)模增長趨勢、未來的發(fā)展態(tài)勢和現(xiàn)有的外賣配送體系進行了深入研究和探索，最終設(shè)計出本產(chǎn)品，以期解決目前外賣配送環(huán)節(jié)所存在的問題。相比傳統(tǒng)拿取外賣的方式，這種新型的外賣柜能大幅提高騎手的工作效率，讓外賣員減少不必要的溝通成本，投放方式簡單快捷，能夠有效解決高校外賣管理難題。對教師、學生來說，能讓取餐時間變得更加充裕，提升教師與學生的時間彈性。同時，能夠有效保證外賣食品安全及地址隱私[7]。該設(shè)計填補了目前外賣行業(yè)的漏洞，減少了外賣員與消費者之間的矛盾，推動了外賣行業(yè)配送環(huán)節(jié)的進一步規(guī)范，具有重要的現(xiàn)實意義和應用價值。

參考文獻：

[1]中國互聯(lián)網(wǎng)絡信息中心（CNNIC）.第53次中國互聯(lián)網(wǎng)絡發(fā)展狀況統(tǒng)計報告[R/OL].（2024-03-22）[2024-05-23].https：//www.cnnic.cn/n4/2024/0322/c88-10964.html.

[2]蔡夢玲，趙楊.智能外賣柜高校市場營銷策略研究[J].價值工程，2022， 41（28）：44-46.

[3]吳越，萬媛，陸雪陽，等.關(guān)于“外賣?！弊蕴峁襁\營模式的創(chuàng)新研究[J].山西農(nóng)經(jīng)，2021（6）：172-173.

[4]王青楊，谷鈞桐，丁佩豪，等.基于DS18B20的溫度測量報警系統(tǒng)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2023（7）：24-27.

[5]車鵬飛.基于AT80C51單片機的物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學，2024，63（1）：177-184.

[6]熊英鵬，陳姝穎，熊偉.基于STM32單片機的智能儲物電梯的設(shè)計[J].自動化應用，2024，65（4）：93-95.

[7]李元暢，王志強，溫藝康，等.高校無人交接外賣柜運營模式探析[J].公關(guān)世界，2023（8）：52-54.

作者簡介：曹京龍，本科在讀，研究方向：通信工程；通信作者：周艷霞，碩士研究生，實驗師，研究方向：圖像識別、科技史。

基金項目：西藏大學自治區(qū)級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目——“外賣管家”——藏漢雙語人臉識別智能外賣柜（編號：S202410694049）。