基于单片机的高校快递柜控制系统设计

2017-12-15郭芸俊

实验室研究与探索 2017年11期

关键词：取件收件人单片机

郭芸俊

(太原工业学院计算机工程系，太原 030008)

基于单片机的高校快递柜控制系统设计

郭芸俊

(太原工业学院计算机工程系，太原 030008)

采用STC89C51芯片作为控制核心，3×4矩阵键盘和LCD12864液晶显示器等作为扩展器件，设计高校快递柜控制系统，用以解决校园快递“最后100 m”的问题。该系统主要实现了派件和取件两种操作，并提供24 h全天服务。派件时，快递员选择空柜放件，输入收件人的手机号，系统通过GSM模块自动发送短信；取件时，收件人输入验证码就可方便地提取快件。该系统的设计及实现对校园快递的发展有一定的推动作用。

快递柜；控制系统； GSM模块

0 引言

互联网的迅速发展，使网上购物走入千家万户，成为人们购物的主要方式之一[1-2]。而各高校大学生早已成为网购群体的中坚力量[3-5]。在节假日尤其是淘宝“双十一”、“双十二”活动中掀起的网购大风，使快递包裹铺天盖地，导致众多物流公司频发“爆仓”现象，这也使得校园快递业务呈爆发式增长[6-7]。校园快递一般以短信形式通知学生领件，但快递员上班时间一般和学生上课时间相冲突，且很多高校通过手机袋等形式限制学生上课玩手机，导致学生错过领件信息[8]。此外，高校一般实行封闭管理，严格控制外来人员及车辆进出，所以在高校内未设代理点的公司一般在学校附近“摆摊”分发快递，快递员对学生身份的核实或没有或较为简单，导致各种冒领、丢件现象时有发生。即使在校内设有代理点的快递公司，也因取件在相同的时间内，导致需排长队进行，所有这些都对校园环境及交通秩序造成了一定影响[9]。

综上所述，制约快递之快最主要原因是快递堵在了“最后100 m”，这成为现阶段急需解决的问题之一[10]。本文结合实际应用，研究并设计了快递柜控制系统，将快递件暂存在快递柜中，并将相关信息发送给收件人，为收件人提供24 h全天候取件服务，不受时间限制，使其可在自己合适的时间内取件，极大地方便了消费者，并对消费者的隐私也有了一定的保障[11-12]。

1 控制系统总体设计

本系统控制核心为STC89C51单片机，采用3×4矩阵键盘实现6位密码及11位手机号输入及执行存取件操作，采用LCD12864液晶显示器以显示相关信息[13]，采用电控锁和LED来控制快递柜的开关和提示，当系统检测到有非法操作时，由扬声器报警，并锁定操作，在快递员输入收件人11位电话号码后，由GSM模块自动向取件人发送随机产生的6位验证码，系统配置外部存储卡，对相关必要信息进行存储及核对。系统总体结构图如图1所示。

图1 系统总体结构图

2 控制系统硬件设计

本系统的硬件设计主要包括单片机、显示电路、GSM模块接口电路、存储卡接口电路、按键接口电路及电控锁接口电路等[14]。

2.1 按键接口电路设计

本系统采用3×4矩阵行扫描键盘，使用单片机P1.0～P1.6实现按键连接，提供了0～9十个数字键，以及“存”和“取”两个功能键，共12个键来完成必要信息的输入。

2.2 电控锁模块设计

系统采用电控锁控制快递柜门的开关，只有在确认相关信息匹配正确时，柜门才会弹开[15]。由于单片机使用的是5 V电压，而电控锁工作电压为12 V DC，开锁瞬时电流为1～3 A，故需驱动电路。本设计选用NE555集成芯片以驱动电控锁中的电磁继电器，从而控制电控锁的开和闭，电路连接图如图2所示。

3 控制系统软件设计

系统运行时，主程序先对液晶显示器LCD12864及系统中各种全局变量进行初始化，然后开始不断扫描键盘是否有信号输入，并根据不同的信号输入执行不同的程序模块及显示不同的界面。本系统显示界面有主欢迎界面、存物界面、手机号码输入界面、短信发送界面、取物界面、验证码输入界面、密码错误及报警界面等，系统总体流程图如图3所示。

图2 电控锁接口电路图

图3 系统总体流程图

系统主要功能有快递员存件和收件人取件两个过程。当快递员按下“存”键时，系统显示存物界面，单片机在接收到命令后，扫描系统是否有空柜，如有则按序打开其中一个空柜，快递员将快件存入后手动关闭柜门，然后输入取件人的11位手机号码，系统设有返回键和确定键，方便用户重输密码和输入完成时的操作，号码输入完成且确认无误后按“存”键确定，然后系统将随机生成的6位验证码通过GSM模块短信通知收件人[16]，单片机收到短信发送成功的信号后，将相关信息存储至外部存储卡中，稍后，返回到主界面。

当收件人按下“取”键时，系统进入取物界面，提示用户输入6位验证码，系统设有返回键和确定键，方便用户重输密码和输入完成时的操作，系统接收到验证码后，进行核对，若正确则打开相应箱柜，取件完成后关上储物柜门，稍后，系统将返回主界面；若验证码输入错误，则给出错误提示，并返回输入界面重新操作，如连续3次输入错误，系统将识别为非法操作，发出报警，并于短期内键盘不得输入。成功取件后系统将在存储卡中写入对应物件已被取走的信息，并对快递柜进行置空操作。

4 系统调试及仿真

采用Keil和Proteus对系统进行测试及仿真。首先启动系统，LCD上显示欢迎主界面，储物柜门为全闭状态，此时只有按键盘上“存”键和“取”键系统才会响应，系统存物过程仿真效果如图4～7所示。

图4 存界面仿真图

图5 箱柜打开提示仿真图

图6 手机号码输入仿真界面

图7 短信发送仿真图

5 结语

本文设计的基于单片机的快递柜控制系统，解决了校园快递“最后100 m”问题，一定程度上改善了人工投递效率低下等问题。该系统使用方便快捷、维护简单，在现实生活中有一定的实用价值，便于大范围普及推广，为快递柜控制系统的发展提供了有益的探索。

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DesignofCampusExpressCabinetControlSystemBasedonSingleChipMicrocomputer

GUOYunjun

(Deparment of Computer Engineering, Taiyuan Institute of Technology， Taiyuan 030008， China)

In the paper, a campus express cabinet control system is designed to solve the problem of “the last 100 meters” of campus express. It adopts STC89C51 as the control core, 3×4 matrix keyboard and LCD12864 as expended devices. The system contains two operational processes of dispatching and sending, and provides 24 hours service. In dispatching, the courier first puts packages into empty cabinets, then inputs telephone number of the customer, and finally the system sends messages to the customers through GSM module; In delivering, customers can conveniently pick up their packages from the cabinet by simply inputting the verification code they

. Design and implementation of the system plays a certain role in promoting the development of campus express.

express cabinet; control system; GSM module