引言
近几年来，随着经济和电子商务的飞速发展，“网购”和“快递”已经走入了人们的日常生活中。目前，国内快递基本为人工投递，对于快递行业而言，这是严峻的考验，同时消费者也对快递行业提出了新的要求。人们关注快递的费用、运输速度和安全性等问题，并期望良好的客户服务态度，将快递行业真正定位为服务行业。而快递行业面临的主要问题有：快递员送货速度慢、快递签收难、快递管理费时费力。因此，造成快递公司运行效率低、安全问题堪忧、运营成本高。基于以上问题，本文研究一种基于上位机VC和下位机STM32相结合的新型智能快递柜管理系统，该系统能够实现自助派件、自助取件。该系统采用条形码识别技术，自动识别快递的相关信息，并为其提供合理的快递柜储存空间；通过短信和身份证读卡模块实现快递取件信息的提醒和用户身份验证；为了方便对快递进行管理，系统还采用了上位机以及其它传感器检测技术，实现对快递的签收信息统计和快递状态远程实时监测。从而达到快递的快速存取，提高安全性，提升服务质量。
1、智能快递柜总体结构及工作原理
1.1智能快递柜总体结构
该智能快递柜系统由柜体结构和控制两个部分组成。柜体结构部分主要由底座、安全保护装置和储物柜等组成，实现快件的存储和保护功能；该快递柜由大小各异的储物间组成，分布在核心控制箱的四周。控制部分由控制柜下位机控制系统和上位机控制系统组成，控制柜下位机控制系统用于实现快件的条形码的扫描录入、短信自动发送、取件密码验证和客户身份保存等控制功能，上位机控制系统用于接收和存储各快递柜的状态信息等。
1.2智能快递柜的工作原理
快递员通过特定的身份识别卡进入配送模式，通过快递柜上的扫码枪扫描快件上的条形码，获取快件的尺寸信息和收件人的手机号码，下位机控制系统通过录入的尺寸信息对快递柜进行扫描，并自动打开合适大小的空闲柜子，快递员将快件放入打开的柜子中，关闭柜门，柜门关闭的时候，系统经过加密算法之后生成验证码并自动和将包含有快递的信息发送至收件人手机，同时将信息发送至上位机上储存，完成配送任务。
收件人收到信息以后，在存储超时时间前来到相应的快递柜处取件，根据显示器的相应提示，先进行身份验证，通过验证后进入取件模式，输入收件人手机号码和对应的验证密码，由系统识别之后自动打开所对应的柜门，收件人取走快件之后关闭柜门，完成取件任务。
2、智能快递柜控制实现
2.1智能快递柜的控制原理结构
智能快递柜控制系统由上、下位机两部分组成。下位机控制系统就地安装于智能快递柜，包括控制核心、RFID射频卡模块、GPRS短信发送模块、扫码枪模块、网络通信模块、快递柜状态检测模块等。可以实时检测快递柜是处于配件、取件还是待机状态，同时可以获取当前快递柜的具体使用信息，包括柜门的开闭状态以及存储状态，并且将整个信息通过网络通信传送给上位机系统。上位机控制系统安装于快件配货中心，包括上位机监控模块、网络通信模块和数据库存储模块；通过网络通信模块获取由下位机传来的数据并分析和存储于数据库中。智能快递柜的控制原理结构如图1所示。
图1智能快递柜控制原理结构
2.2智能快递柜控制功能实现
系统控制核心选用基于ARMCortexM3内核的STM32F103ZET632位低功耗嵌入式微处理器，该处理器具有低功耗多外设的特点，开发和维护成本低；身份证读卡器以无线传输方式与第二代居民身份证内的专用芯片进行安全认证后，将芯片内的个人信息资料读出，下位机将此信息上传，并完成验证、存储、查询和自动录入等功能；保证用户信息不被泄漏从而保证了快递的安全性；GPRS短信发送模块利用GSM移动通信网络，将取件信息通过短信发送至收件人手机，该信息中包含快件邮递单号、快递柜所在地点、箱号和一次性验证码等信息；扫码枪模块使用扫码枪快速扫描快件的尺寸信息和收件人手机号码的条形码，并将其通过串口发送到STM32；网络通信模块采用ENC28J60芯片，实现以太网接入，实现以太网连接，完成上下位机之间的通信；液晶显示模块采用一块5寸液晶触摸显示屏，通过EmWin设计人性化的互动界面，用于显示用户取件和快递员派件时的操作界面，提高软件的易用性；快递柜状态检测模块独立安装在每个单独的快递柜内部，该模块包括行程开关，红外检测模块和电子锁。行程开关用于检测柜门的开闭状态；红外检测模块用于检测柜内有无物品；电子锁用于控制柜门的开闭。
3、智能控制柜的软件流程及管理
智能快递柜使用由有资质权限的快递员进入启用列表完成扫描，将快件装至合适的储物间，下位机扫描读取相关信息后，由STM32核心控制各功能模块实现信息发至取件者，同时配送快件的中心上位机PC机实现对快递柜终端的监控，保证快件存储的安全性。
3.1下位机控制系统的软件流程及管理
本文智能快递柜是用于解决快件配送的“最后一公里”问题，实现配件的快速性、准确性和安全性。其具体工作流程图2所示。
图2控制系统程序流程图
下位机系统的控制分为配送任务和取件任务。控制系统通过触摸屏幕唤醒待机状态下的系统进入工作模式，选择配送任务，系统进入配送模式，通过读取识别卡信息判断是否为快递员，通过验证之后等待扫码枪扫描快件信息，接收到快件信息之后，根据尺寸信息选择合适大小的快递柜，通过自上而下的扫描就近打开空闲的柜子，等待快件放入和柜门关闭信号，接收到信号之后将快件信息发送至收件人处。选择取件模式，先进行身份证验证，验证通过后系统进入取件模式，等待收件人输入手机号和验证码，通过验证后打开对应的柜子，等待快件取出和柜门关闭信号，完成取件，等待其他任务。若持续一段时间无任务进行，进行与上位机间的通信，完成通信后进入待机模式。
3.2智能快递柜下位机管理界面
该系统使用Emwin图形界面设计了操作界面，快递员选择配送模式并获得身份验证后进入如图3所示界面，用于监测快递柜的使用状态，其中钥匙的有无表示快递柜的开闭，方框内物品的有无表示柜内是否有快件红色的标志表示柜内物品已经超时，快递员需要取回。快递员点击对应柜子的图标，液晶屏就会显示如图4所示的状态信息，包括收件人的信息，快件存放时间，收件人的手机号码以及超时时间等信息。
图3快递柜相关使用状态信息显示界面
图4快件信息显示界面
3.3智能快递柜上位机控制系统软件设计
在本控制系统中以智能快递柜上位机监控管理，与快递柜之间采用以太网通信，接收快递柜发送的状态信息，并通过上位机管理界面监视。
上位机控制系统作为同一个地区多台快递柜下位机的数据处理中心，在同一时刻可与多个下位机终端建立连接并接收来自终端的状态信息、快件信息、快递柜使用状态信息等。其软件设计在Windows平台下进行，数据库采用SQLite3以存放快件信息，可定期通过网络与快递公司服务器同步数据。
本系统采用VC进行上位机的开发，在VC环境下上位机利用以太网实现与下位机间的通讯，获取下位机信息。上位机实现两点：一是实时数据显示界面，即对快递柜运行状态实时显示，起到监控作用；二是可以进行数据保存和历史查询，保证快递的安全性和可追溯性。
在上位机与下位机通信过程中，上位机实时显示快递柜的存储状态，包括快递柜当前存储数量，各快递存储时间，超时提醒以及取件客户的信息等。
界面设计中快递柜存储状态以红绿色彩分辨有无，并且，方框上具有时间显示功能，用于计录快递的存储时间，方便超时提醒。其显示界面如图5所示。
图5快递柜存储状态显示
为了保证快递的安全性，采用实名制。当有快递员凭特定的身份识别卡存件或用户通过身份证取件时，下位机便会记录信息并传至上位机，上位机界面便会自动记录柜号、存入时间、取出时间、取件人的姓名，同时开启超时提醒功能，信息均会保存在界面的数据库中，用于历史记录查询和数据分析。其界面如图6所示。
图6上位机软件界面
4、总结
本文提出了一种快递派送环节存取智能化的解决方案。采用上下位机模式，为快递点提供定制化服务的同时，实现了数据的联网交互。在运行状态下，可对多个快递点进行实时监测与管理，节省了大量的人力资源。上位机的应用提高了快递的智能化管理水平，下位机的应用保障了快递存取的快速性与安全性，使得新型智能快递柜系统具有空间利用率高、运营成本低、智能化程度高、存取快递方便快捷的优点。经过实验测试，从理论上验证了该新型智能快递柜管理系统的可行性。降低快递公司的运营成本。
参考文献：
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