智能快递柜的设计与实现

李浩然 李朵然 王 蕾 李 治 周自朋

唐山学院信息工程系 河北唐山 063009

【文章摘要】

随着电商的逐渐兴起，物流行业的工作量迅速增加。本文应用ZigBee 技术和GSM 技术实现了智能快递柜的设计，系统分为下位机信号采集传输模块和上位机控制模块。下位机具有身份识别和温湿度监控功能。利用LabVIEW 设计用户界面，实现用户动态密码验证功能。该系统工作稳定，提高了物流工作效率，具有一定的推广性。

【关键词】

LabVIEW ；ZigBee ；GSM ；监控系统

随着电子商务的成熟，对物流配送企业也提出了更高的要求。纵观现在的快递业，大体上由两种形式组成，即人工快递投取和快递柜自动投取。其中人工送快递的方式工作效率不高，快递员十分辛苦。智能快递柜是面对物流产业发展应运而生的一种设备，它或许在未来智能物流中具备非常重要地位。目前，国内各大快递企业都在抢占有利地形。现有快递柜采集的数据从下位机到上位机主要通过有线传输，线路的布局受到时空的限制；另一方面大多系统设计只有采集数据部分，并没有相应的调节系统来改善柜的温、湿度参数，以满足保护快件的目的，是一种单向的人机交互系统。

本系统根据现有快递柜的功能特点， 提出相关的设计方案，设计了基于无线传输技术的远程监控系统。下位机通过按键验证身份后，进入温湿度采集界面，并通过Zigbee 将环境情况传给上位机，同时下位机要检测上位机是否发来指令并进行相对应的操作。上位机接收Zigbee 模块传送的数据并加以解析显示，通过与阈值的比较来进行相应指令的操作。业务员可通过射频卡进行身份识别，系统通过GSM 模块进行短信通知用户。系统通过Web 发布，可进行远程访问。本系统使得快递柜的物理环境通过Zigbee 模块进行无线传输，具有低功耗和稳定性高等优点，上位机界面十分简洁明了，使得设计更加人性化、智能化。

1 系统原理

快递柜的信息安全和货物安全是系统设计研究的主要对象，同时快递柜的温湿度控制，快递员工作效率也是系统设计的主要方向。

本设计主要由下位机数据采集系统、无线数据传输系统、上位机界面显示控制三部分组成。下位机数据采集系统由温湿度采集、显示和串口数据发送组成。无线传输系统是由Zigbee 模块进行无线收发。上位机部分由组态软件进行程序编写。设计实现功能：传感器采集数据后在12864 液晶屏上进行显示，数据由ZigBee 网络协调发送到ZigBee 终端节点，终端节点将数据送到上位机进行显示，信息提醒用户和LED 报警，同时利用组态软件进行WEB 发布，可通过网络进行实时监测。

本设计实现过程是开机后进入欢迎界面，欢迎界面后进入帐号及密码验证环节，待验证成功后12864 屏进行温湿度的显示，同时将温湿度数据通过Zigbee 模块进行无线传输。上位机通过协调器接收数据，并进行显示报警。当有业务员通过刷射频卡存入快件时，上位机会进入定时循环，通过GSM 模块调用数据库电话信息， 给用户发送短信，通知其尽快取走快件。同时上位机进行Web 发布，可以在控制室通过访问主机服务器进行查询控制。本设计原理结构如下图1 所示：

2 下位机系统设计

本设计中使用STC89LE52RC 单片机作为控制芯片[3]，下位机系统包括温湿度采集模块、LCD 显示模块、复位电路、ZigBee 无线网络电路，将各模块联系起来，共同完成数据采集、发送和调节的功能。系统的软件设计分为下位机C 语言程序和上位机G 语言程序。单片机C 语言编写的程序可由温湿度监测子程序，LCD 显示子程序，按键模块子程序，串口发送子程序组成。Zigbee 程序编写是基于Zigbee 自带传输程序的基础之上进行编写得以实现的。系统主流程图如图2 所示：

图2 下位机主流程图

本系统的温湿度传感器型号为DHT11。程序中单片机先发送开始信号，延时后确保DHT11 接收信号，然后DHT11 发送低电平响应，大约为80μs ，延时后读取DHT11 信号，按照一个字节为一组接收。如果没有开始信号，DHT11 不会主动采集温湿度；液晶显示屏为LCD12864，进行液晶显示编程时首先进行初始化，检测是否忙碌，如果忙碌则等待，等空闲时进行写控制，可以在指定的位置显示数据。智能快递柜液晶显示界面有欢迎界面，密码验证界面，温湿度显示界面组成；系统

图1 系统总体原理结构

图3 上位机主界面060

软件开发

Software Development

061

电子制作

采用串口发送数据实现上下位机的通讯。下位机传感器正常工作后，待发送标志位置1 时，向上位机传送10 个字节数值，下位机收上位机控制字符后进行相应的控制操作。串口每次发送一帧即10 个字节，前3 个字节为枕头，判断第4 个字节的数值，来进行后续数据的读取，包括温湿度值、账户和密码等。进行发送时要先设定串口参数，波特率，奇偶校验位等，选择SCON 的工作方式，采用中断方式，SMOD 缺省位置0，打开总中断位EA 和串口中断允许位；快递柜的传输采用Zigbee 技术进行无线传输，系统中采用两个Zigbee 模块，分别为协调器和终端。协调器就相当于网关，是整个ZigBee 网络的核心，所有数据最终都返回到所说的协调点去；节点分为路由节点和终端节点，路由节点可以当终端节点来使用，还可以连接到其他的路由节点和终端节点，而终端节点就是整个网络的最后一个点，不能连接到其他节点，只能直接返回数据给协调器。

3 上位机用户界面设计

智能快递柜上位机采用LabVIEW 编程，使用G 语言代码，便于操作。系统前界面主要实现实时显示柜内温湿度等环境参数并且对参数进行数值比较，判断是否在安全阈值之内，对于快件可通过数据库进行跟踪，并通过短信功能进行提醒用户。按照要求设计，上位机界面如下图3 所示：

4 串口配置

系统上位机采用串口通信，利用串口调试助手进行检测，在进行串口配置后可进行正常数据收发，再进行LabVIEW 编程。串口的设置包括串口号、波特率、奇偶校验位、参数。配置节点为VISA Configure Serial Port 如图4 所示。

接收数据时应进行Instr 属性来配置VISA READ 的数据读取，只要有数据发送到上位机就被读取到数据缓冲区，通过数据缓冲区在进行数据匹配显示。串口数据收发程序由串口配置、VISA Read 、VISA Write 组成。串口收发数据如图5 所示：

图5 串口配置

5 结束语

采用上下位机同时控制的智能快递柜系统，主要实现了对快递柜温湿度等参数的显示及控制同时对快件状态进行显示。该系统具有实时监测柜内温湿度参数；无线数据传输采用Zigbee 模块进行传输，符合柜环境的需要，节省更过的资源； 上位机实现了通信、显示、控制等功能，界面更加美观，便于操作，能够实时显示监测柜内参数的情况，短信功能更加人性化；密码验证模块采用矩阵键盘，方便快捷对柜内快件信息进行保护；利用GSM 模块，使得系统提醒用户功能，更加方便快捷；生成exe 文件，使得智能柜具有良好的移植性；在LabVIEW 中进行数据传输可以使用通信协议和DataSocket 技术实现远程访问，扩大其使用范围。智能快递柜设计具备良好的发展前景。

【参考文献】

[1] 饶逸君等. 智能快递收取系统的设计与实现[J]. 信息技术与信息化,2014.8:110-111

[2] 邓杨. 自动化无人机快递系统的研究与设计[J]. 计算机光盘软件与应用,2014.12:24-30

[3] 王小强等.ZigBee 无线传感器网络设计与实现[M]. 北京: 化学工业出版社,2012:5-15

[4] 张兰勇等.LabVIEW 程序设计基础与提高[M]. 北京: 机械工业出版社,2013:151-154

[5] 霍岐生. 无线传感器网络在电力安全工具柜中的应用[J]. 电子技术设计与应用,2008:30-50

[6] 彭伟. 单片机C 语言程序设计实训100 例[M]. 北京: 电子工业出版社,2009:126-183