智能快遞柜的設計與實現

【文章摘要】
隨著電商的逐漸興起，物流行業的工作量迅速增加。本文應用ZigBee 技術和GSM 技術實現了智能快遞柜的設計，系統分為下位機信號采集傳輸模塊和上位機控制模塊。下位機具有身份識別和溫濕度監控功能。利用LabVIEW 設計用戶界面，實現用戶動態密碼驗證功能。該系統工作穩定，提高了物流工作效率，具有一定的推廣性。
【關鍵詞】
LabVIEW ；ZigBee ；GSM ；監控系統
隨著電子商務的成熟，對物流配送企業也提出了更高的要求。縱觀現在的快遞業，大體上由兩種形式組成，即人工快遞投取和快遞柜自動投取。其中人工送快遞的方式工作效率不高，快遞員十分辛苦。智能快遞柜是面對物流產業發展應運而生的一種設備，它或許在未來智能物流中具備非常重要地位。目前，國內各大快遞企業都在搶占有利地形。現有快遞柜采集的數據從下位機到上位機主要通過有線傳輸，線路的布局受到時空的限制；另一方面大多系統設計只有采集數據部分，并沒有相應的調節系統來改善柜的溫、濕度參數，以滿足保護快件的目的，是一種單向的人機交互系統。
本系統根據現有快遞柜的功能特點， 提出相關的設計方案，設計了基于無線傳輸技術的遠程監控系統。下位機通過按鍵驗證身份后，進入溫濕度采集界面，并通過Zigbee 將環境情況傳給上位機，同時下位機要檢測上位機是否發來指令并進行相對應的操作。上位機接收Zigbee 模塊傳送的數據并加以解析顯示，通過與閾值的比較來進行相應指令的操作。業務員可通過射頻卡進行身份識別，系統通過GSM 模塊進行短信通知用戶。系統通過Web 發布，可進行遠程訪問。本系統使得快遞柜的物理環境通過Zigbee 模塊進行無線傳輸，具有低功耗和穩定性高等優點，上位機界面十分簡潔明了，使得設計更加人性化、智能化。
1 系統原理
快遞柜的信息安全和貨物安全是系統設計研究的主要對象，同時快遞柜的溫濕度控制，快遞員工作效率也是系統設計的主要方向。
本設計主要由下位機數據采集系統、無線數據傳輸系統、上位機界面顯示控制三部分組成。下位機數據采集系統由溫濕度采集、顯示和串口數據發送組成。無線傳輸系統是由Zigbee 模塊進行無線收發。上位機部分由組態軟件進行程序編寫。設計實現功能：傳感器采集數據后在12864 液晶屏上進行顯示，數據由ZigBee 網絡協調發送到ZigBee 終端節點，終端節點將數據送到上位機進行顯示，信息提醒用戶和LED 報警，同時利用組態軟件進行WEB 發布，可通過網絡進行實時監測。
本設計實現過程是開機后進入歡迎界面，歡迎界面后進入帳號及密碼驗證環節，待驗證成功后12864 屏進行溫濕度的顯示，同時將溫濕度數據通過Zigbee 模塊進行無線傳輸。上位機通過協調器接收數據，并進行顯示報警。當有業務員通過刷射頻卡存入快件時，上位機會進入定時循環，通過GSM 模塊調用數據庫電話信息， 給用戶發送短信，通知其盡快取走快件。同時上位機進行Web 發布，可以在控制室通過訪問主機服務器進行查詢控制。本設計原理結構如下圖1 所示：
2 下位機系統設計
本設計中使用STC89LE52RC 單片機作為控制芯片[3]，下位機系統包括溫濕度采集模塊、LCD 顯示模塊、復位電路、ZigBee 無線網絡電路，將各模塊聯系起來， 共同完成數據采集、發送和調節的功能。系統的軟件設計分為下位機C 語言程序和上位機G 語言程序。單片機C 語言編寫的程序可由溫濕度監測子程序，LCD 顯示子程序，按鍵模塊子程序，串口發送子程序組成。Zigbee 程序編寫是基于Zigbee 自帶傳輸程序的基礎之上進行編寫得以實現的。系統主流程圖如圖2 所示：
圖2 下位機主流程圖
本系統的溫濕度傳感器型號為DHT11。程序中單片機先發送開始信號，延時后確保DHT11 接收信號，然后DHT11 發送低電平響應，大約為80μs ，延時后讀取DHT11 信號，按照一個字節為一組接收。如果沒有開始信號，DHT11 不會主動采集溫濕度；液晶顯示屏為LCD12864，進行液晶顯示編程時首先進行初始化，檢測是否忙碌，如果忙碌則等待，等空閑時進行寫控制，可以在指定的位置顯示數據。智能快遞柜液晶顯示界面有歡迎界面，密碼驗證界面，溫濕度顯示界面組成；系統
圖1 系統總體原理結構
圖3 上位機主界面060
采用串口發送數據實現上下位機的通訊。下位機傳感器正常工作后，待發送標志位置1 時，向上位機傳送10 個字節數值，下位機收上位機控制字符后進行相應的控制操作。串口每次發送一幀即10 個字節， 前3 個字節為枕頭，判斷第4 個字節的數值，來進行后續數據的讀取，包括溫濕度值、賬戶和密碼等。進行發送時要先設定串口參數，波特率，奇偶校驗位等，選擇SCON 的工作方式，采用中斷方式，SMOD 缺省位置0，打開總中斷位EA 和串口中斷允許位；快遞柜的傳輸采用Zigbee 技術進行無線傳輸，系統中采用兩個Zigbee 模塊，分別為協調器和終端。協調器就相當于網關，是整個ZigBee 網絡的核心，所有數據最終都返回到所說的協調點去；節點分為路由節點和終端節點，路由節點可以當終端節點來使用，還可以連接到其他的路由節點和終端節點，而終端節點就是整個網絡的最后一個點，不能連接到其他節點，只能直接返回數據給協調器。
3 上位機用戶界面設計
智能快遞柜上位機采用LabVIEW 編程，使用G 語言代碼，便于操作。系統前界面主要實現實時顯示柜內溫濕度等環境參數并且對參數進行數值比較，判斷是否在安全閾值之內，對于快件可通過數據庫進行跟蹤，并通過短信功能進行提醒用戶。按照要求設計，上位機界面如下圖3 所示：
4 串口配置
系統上位機采用串口通信，利用串口調試助手進行檢測，在進行串口配置后可進行正常數據收發，再進行LabVIEW 編程。串口的設置包括串口號、波特率、奇偶校驗位、參數。配置節點為VISA Configure Serial Port 如圖4 所示。
接收數據時應進行Instr 屬性來配置VISA READ 的數據讀取，只要有數據發送到上位機就被讀取到數據緩沖區，通過數據緩沖區在進行數據匹配顯示。串口數據收發程序由串口配置、VISA Read 、VISA Write 組成。串口收發數據如圖5 所示：
圖5 串口配置
5 結束語
采用上下位機同時控制的智能快遞柜系統，主要實現了對快遞柜溫濕度等參數的顯示及控制同時對快件狀態進行顯示。該系統具有實時監測柜內溫濕度參數；無線數據傳輸采用Zigbee 模塊進行傳輸，符合柜環境的需要，節省更過的資源； 上位機實現了通信、顯示、控制等功能，界面更加美觀，便于操作，能夠實時顯示監測柜內參數的情況，短信功能更加人性化；密碼驗證模塊采用矩陣鍵盤，方便快捷對柜內快件信息進行保護；利用GSM 模塊，使得系統提醒用戶功能，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 中進行數據傳輸可以使用通信協議和DataSocket 技術實現遠程訪問，擴大其使用范圍。智能快遞柜設計具備良好的發展前景。
【參考文獻】
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