（华南理工大学广州学院，广东 广州 510800）

1 引言

电子商务产业快速发展带来了物流快递业的突飞猛进，最后一百米作为快递派送的最后一个环节，也是与客户接触程度最高的环节，是整个物流快递流程服务水平的最终体现，对整个快递派送体系起着决定性的作用[1]。目前，国内快递的派发手段主要是依靠快递员人工派送快件给客户，主要存在快件太多难以寻找导致客户取件不方便和快递员派送时间与客户收件时间不一致造成不必要的等待等问题，从而导致快递送货的高成本。因此，如何合理化地构建快递最后一百米系统直接影响到快递服务良好的运作，同时对控制配送运输成本，改善配送秩序，提升服务水平具有重大的影响[2]。

2 系统总体方案设计

本文综合运用单片机技术、通信技术和物联网技术，以收件客户为快递节点，通过对快递派送终端设备的设计与实现来完善面向快递业终端客户的综合服务方式，探求提高快递行业快递员与客户之间快件派送效率的有效途径，构建快件暂存柜，不约束客户收货的具体时间，满足客户随时都可以收取快件的期望，适用于人群密集、快递数量比较多的高校校园等场所。

图1 快递自助收件系统组成结构图

快递自助收件系统由暂存柜、电控锁、主控系统板和打印模块组成，系统组成结构图如图1所示。暂存柜由多个独立箱格组成。箱格尺寸根据一件快件的外形大小设置，可以同时存在不同的尺寸以适应不同的快件；箱格数量根据快件数量来设置，一个暂存柜可以包含一个或多个独立的箱格[3]。每个箱格配有独立的箱格门，每个箱格内侧安装有电控锁，电控锁可以控制箱格门打开或关闭的状态，电控锁的动作由主控系统板控制。

快递自助收件系统的主控系统板和打印模块安装在暂存柜的其中一个箱格的箱格门上，此箱格门安装有机械锁，由管理员负责管理。其它箱格所使用的电控锁关门的时候不需要通电即可上锁，开门的时候只需要通电瞬间触发即可开锁，并且电控锁自带触发开关，也就是电控锁控制的箱格门处于打开或关闭状态，主控系统板可以实时检测到，一旦快递员或者客户忘记关闭箱格门，系统会自动发出声音提醒。

3 系统硬件电路设计

3.1 硬件总体方案设计

如图2所示，主控系统板包括：GSM手机模块，用于向客户手机发送系统产生的随机密码，客户可用此密码一次性打开对应的箱格门；微控制器MCU，用于对快递员存入快件和客户收取快件的所有操作进行控制，并设置有二级管理密码，使得系统管理员能配置和管理系统；显示模块，用于向快递员和客户提供友好的人机交互界面；实时时钟电路，用于快递员存入快件或客户收取快件时提供当前操作的年月日和时分秒等实时信息；触摸键盘，用于输入0-9数字密码按键、存入按键、取出按键、查询按键和取消按键等；电控锁驱动电路，用于控制安装于箱格内侧的电控锁的开启与关闭；打印模块，由打印接口电路驱动，用于打印快递员存入快件时的回执单据。微控制器MCU采用IAP15F2K61S2单片机，一片芯片就是一台仿真器，程序调试非常方便[4]。

图2 系统硬件总体方案框图

3.2 触摸按键电路设计

为了提高用户存入和取出快件的操控性，按键采用触摸电路设计。TTP229是一款使用电容感应式原理设计的触摸芯片。该芯片内建稳压电路供触摸传感器使用，稳定的触摸效果可以应用在各种不同应用上，人体触摸面板可以通过非导电性绝缘材料连接[5]。16个触摸按键应用电路原理图如图3所示，完全能够满足系统中数字0-9以及存入、取出等按键操作，图中可变电容可根据实际印制电路板布局以及触摸面板等因素调整触摸按键的灵敏度。

图3 触摸按键电路原理图

3.3 GSM手机模块设计

系统采用SIM900A模块作为GSM无线通信模块，并将短信息格式设为PDU模式，负责将快递员存入快件时产生的随机数字密码通过短信发送给客户。SIM900A模块的通信端口为USART方式，微控制器MCU通过串行口通信对其发送AT指令即可控制SIM900A模块，发送短信的步骤及涉及到的关键AT指令见表1。

表1 手机模块发送短信的步骤

3.4 打印模块设计

打印模块采用嵌入式微型打印机RD-DH32，其具有易装纸的全封闭结构，出纸处自带切纸刀的机芯，减少因手动撕纸方式不当而造成的机芯损坏[6]。采用热敏式点阵打印，自带24×24点阵的国际一、二级汉字库，采用串行接口与微控制器MCU通信，支持TTL和RS-232通讯接口，具有硬件接口简单，电平容易匹配等优点。

打印模块RD-DH32兼容ESC/POS指令集，该指令集是EPSON公司自己制定的针式打印机的标准化指令集，单片机先进行串口初始化，然后通过ESC/POS指令，控制打印模块的动作，实现存入快件回执打印汉字的流程，见表2。

表2 打印模块打印汉字的流程

4 系统软件流程设计

4.1 软件总体工作流程

为了解决快递派送时间与客户收件时间的不一致造成不必要的等待，对快件的安全存储与保管是系统设计的关键问题，通过构建快件的存储空间和位置等具体措施，对快件进行安全保管[3]。由于快递员每天都要派送很多的快件，每一个快件需要的存入操作复杂程度和所用时间的多少，是直接影响快递员会否长期使用本系统的关键因素。通过对每一个快件的收件手机号码作为关键标识，构建仅凭一个手机号码作为身份识别（ID）对快件进行存入操作。而对客户而言不约束收件的具体时间，满足客户只要有时间随时都可以对快件进行收取，这是该系统能否推广应用的关键问题，当客户手机收到系统发出的短信，凭短信密码即可随时对快件进行轻松签收，从而缓解了收件时间点的问题，有效提高快递派送的效率。

4.2 存入快件流程及算法设计

快递员到达快递自助收件系统，按存入按键，液晶显示模块提示输入客户手机号码，如果输入错误，则需要按取消按键，再按存入按键重新输入手机号码，如果正确连续输入11位手机号码，系统就自动分配一个空箱格并自动开启箱格门，同时系统产生一个随机数字密码保存并通过GSM手机模块发送到客户手机，快递员向开启箱格门的箱格放入快件并随手关闭箱格门，系统就打印客户手机号码、箱格编号和当前操作年月日时分秒等信息作为回执，快递员取得回执表示此次成功存入快件结束。存入快件流程图如图4所示。

图4 存入快件流程图

4.3 取出快件流程及算法设计

客户收到收件短信后，在规定时限内到达快递自助收件系统，按取出按键，液晶显示模块提示输入密码，如果输入错误，则需要按取消按键，再按取出按键重新输入密码，如果正确连续输入随机数字密码，系统会将输入的密码与保存在系统的密码进行比较判断是否一致，如果密码不正确，则直接结束取出操作并报警；如果密码正确，则自动开启箱格门，客户取出快件并随手关闭箱格门，则此次取出快件结束。取出快件流程图如图5所示。

图5 取出快件流程图

4.4 快递员与客户相互约束协议机制

在快递行业中快件的安全是非常重要的，特别是快递员和客户之间快件的签收环节尤其重要，在本系统方案中，快递员与客户建立严密的相互约束的协议机制，一旦快递员输入手机号码存入快件后将会得到回执，表示快递员完成快件的存入，此后快递员将无法再次接触到该件快件，这是对快递员存入快件后的约束；唯一能打开箱格门的是客户手机收到的短信中的数字密码，并且该密码只能使用一次将自动失效作废，这是对客户取出快件后的约束[3]。本系统方案算法协议对快递员与客户相互约束以保证快件的安全机制，因此找到一种既能安全加密、解密速度又快的算法很重要[7]。客户成功签收快件之后关闭箱格门，至此当次快件派送签收过程结束。同时，该系统使用的区域安装有24小时视频监控，如收件人发现快件有问题，可以通过监控摄像拍摄留证[8]。通过第三方约束的客观手段提高快递派送的安全性，有效保障了系统的连续使用。

5 系统实现及测试

经过硬件电路设计与焊接调试，系统主控板实物图如图6所示。图中采用万能板作为硬件焊接的载体，对照电路原理图全面检查各芯片，各单元电路以及各模块电路是否均正确连接，是否都能够正常工作。

图6 系统主控板实物图

在硬件电路平台的基础上，经过软件程序的编写和调试，系统能够正常稳定地工作。主控系统板上的LCD12864液晶显示模块系统界面如图7所示。图中实时显示当前年月日和时分秒，实心方形表示对应的箱格已经存入快件，空心方形符号表示对应的箱格当前处于空闲状态，还可以继续存入快件。

图7 显示模块LCD12864系统界面

系统经过实际测试，快递员能够快捷地存入快件，客户可以方便地取出快件，系统能够比较好地缓解快递员派送快件的时间和客户空闲时间的不一致造成不必要的等待，减少了快递员对同一快件的多次派送造成的重复无用工作量，极大地提高了快递业务派送的效率，但对于快递高峰期，仍存在数量不够、空间利用率不高等缺点[9]，可通过采用仓储技术的自动化立体库与自助收件系统相结合的方案来缓解。

6 结论

针对快递派送过程中自助收件系统进行了设计，提出快递自助收件系统的系统结构，分别对快递员存入快件和客户取出快件展开研究，并对系统硬件架构及软件流程和算法协议进行论述，特别是进行了实际硬件和程序的调试以及试用。实验证明快递自助收件系统在高校校园实际快件派送中，可以有效地减小快递员派送时间与客户收件时间的时间差，提高快递员派送快件的效率，给予客户任意时间收取快件的可能性，完善了快递行业派送环节的客户体验，推动了物流快递行业的健康发展，促进电子商务的推广应用。

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[2]钮亮.张宝友.MapReduce求解物流配送单源最短路径研究[J].电子技术应用,2014,(3):123-125,129．

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[4]丁向荣,陈崇辉.单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2015．

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[7]韦茜,王晨,李星毅.基于RSA算法的快递信息隐私保护应用[J].电子技术应用,2014,(7):58-60．

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