基于物联网的新型模块化共享快递盒

2018-11-21姚松伯黄婷婷

科技与创新 2018年21期

姚松伯，黄婷婷

基于物联网的新型模块化共享快递盒

姚松伯，黄婷婷

（兰州理工大学，甘肃兰州 730050）

本产品属于物联网及快递服务领域，针对快递行业设计研发的新型环保型包装材料，建立可循环、可回收的共享快递服务系统。物联网及电子面板的NFC标签的智能化使得快递服务系统更便捷、更安全，快递盒结构的模块化设计适用于多种产品的包装使用，经过对新型环保材料及设计结构的不断创新，确保材料的循环使用，实现产品的共享化，以此来填补快递行业在标准化建设方面的空白，同时保护环境，促进社会经济的良性发展。

物联网；共享快递盒；智能化；共享化

1 研究背景

国家邮政局发布的《中国快递领域绿色包装发展现状及趋势报告》显示，电商正在急速发展中，2017年全国快递业快递运单和快递电子运单总使用量超过300亿个，快递行业消耗的包装箱总量约86亿个。如此庞大的市场，对于伴生于电商产业的物流行业而言，带来的是机遇，也是挑战。

作为一个规模化、新型化的行业，快递业在标准化建设方面依然存在一定的空白地带。电商产业在时代前沿得以快速登顶的背后产业——物流，正面临着背负“污染环境”之罪的严峻现实。在我国，涉及包装的国家规范只有一个，即国家邮政局制定的《快递业务操作指导规范》，其中规定快件封装时应该使用符合国家标准和行业标准的快递封装用品，充分考虑安全因素等，但对于过度包装问题却没有具体规定。国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会发布的《快递封装用品国家标准》，对包装袋的种类规格、技术要求、包装、标志等方面提出了全面要求，但因为级别太低，仅仅作为推荐性行业标准，并不具备法律的强制性。

如今，市面流通的物流快递包装用料难以自然降解，在增加用料成本的同时，带来了巨大的环保成本。此外，部分商家的过度包装、资源浪费也为环境带来了更多负担。据悉，由快递包裹产生的百万吨包装废弃物，实际回收率不足10%，剩余部分的缺口，仍需要砍树伐木来解决。此外，生产过程中还会消耗煤、电等能源，对水、大气等环境也造成了新的污染。

因为现实的窘境以及资源无法循环利用的困境，所以针对物流行业提出了环保款共享快递盒的构想。

2 产品简介及技术创新点

该共享快递盒基于物联网的快递服务系统，其核心是利用共享的理念实现“集功能性与环保型于一体”快递盒的循环使用，使其富有人性化，又具有环保意义，改善生态环境，体现今后发展绿色环保的趋势。

采用新型模块化共享快递盒代替传统常用纸箱，每个共享快递盒成本不高，而且使用PET环保型材料，可循环使用1 000余次，具有低成本、高频次利用、充分使用、绿色环保等特点。采用物联网智能锁保证快递安全，同时通过快递盒识别二维码作为快递盒的唯一标识信息。盒身设有电子面单，电子面单内的NFC标签储存快递信息，有效地杜绝外人得到发件人、收件人的个人信息，保护发件人、收件人的个人隐私安全。

2.1 物联网智能锁

基于STM32F103C8T6的主控芯片，设计制作了智能锁的无线信号接收模块、控制模块、锁舌驱动器和电源模块。无线信号接收模块与控制模块相连，接收来自快递服务系统的开锁指令；控制模块用于解析无线信号接收模块的指令信息，并且控制锁舌驱动器；锁舌驱动器与控制模块相连，用于驱动锁舌驱动器锁舌的伸出或收回；电源模块为无线信号接收模块、控制模块和锁舌驱动器供电。同时，物联网智能锁为货物的安全提供保障，有效地解决了快递冒领、失窃等一系列问题。

2.2 智能电子面单

智能电子面单内设有NFC标签，NFC标签内储存包括发件人、收件人以及共享快递盒的信息，具体包括NFC芯片以及芯片连接的天线，其中NFC芯片由射频前端、模拟前端、数字基带单元及储存单元组成。射频前端将天线中接收到的信号转换为直流信号为芯片提供电源，并提取工作信号；模拟前端为芯片提供稳定的电压及对射频前端的包络信号进行操作处理；数字基带单元将从模拟前端收到的信息进行处理后输出对射频前端、模拟前端以及自身的控制信号。智能电子面单在实现替代纸质快递单以及快递单回收的基础上，有效地杜绝外人得到发件人、收件人的个人信息，保护发件人、收件人的个人隐私安全。

2.3 新型模块化可拼装型

2.3.1 包装盒面板设计

本快递盒采用固定规格大小的PET板相拼接的形式，PET板材上内外有一层薄层泡沫板。内层泡沫板较厚，用于保护快递盒中的物品，减少其受冲击时的损害。外层泡沫板用于保护板材不被磨损，同时减少快递分拣时对快递盒造成的冲击伤害。泡沫板分为蓝、红两种颜色，用于包装员直观地判断出快递盒拼板的数量，以达到快速组装快递盒的目的。

2.3.2 包装盒接缝设计

每两个快递盒的长边都通过卡扣相互衔接，并由一根金属轴贯穿其中。由于转轴内置，因此拼接板只能向外凸出，而不能向内凸出，从而避免了包装运输过程中，因外力冲击造成拼接板向内凹而导致内部快递物品受损。

在拼接板外一侧设计了一个锁扣结构，当两拼接板并靠在同一平面时，用拇指下按右侧板的按钮，并往前推，按钮另一端便会插入另一块板内，松手后，按钮另一端的凸起便会在弹力的作用下扣住另一块板。当两块拼接板按上述方式锁扣住后，拼接板便失去了向外凸出的条件，两块拼接板也变成了一块更大的拼接板。当快递盒的所有拼接板按上述方式锁住后，快递盒的任何一个面都不会因为快递的自身质量而产生向外的变形。

2.3.3 侧面板设计

侧面板截面呈“C”字形，由PET树脂制成，其上下两端有呈斜向的凸出，它是设计用来卡住拼接板沿短边的卡槽，使快递盒失去侧移条件，同时用于封住快递盒的侧面。整个侧面板由若干个“C”形板用薄层橡胶连接而成，使侧面板具有由“C”形板提供侧向抗弯、薄层橡胶提供纵向伸缩的特性。

2.3.4 “V”形卡扣设计

当侧面板拉伸至覆盖侧面后，快递盒仍会在侧面板端，两个面的交界处留下一道缝。显然这并不满足快递盒在使用过程中的保密及安全要求。同时，由于缝隙的存在，快递盒极易因为外力的冲击而遭受损害。因此，本项目特意设计了一种“V”形的卡扣，用于包住直角处的缝隙。使用时只需要沿着拼接板和侧面板的卡槽插入，即可牢牢锁住整个快递盒。

2.4 集功能型与环保型一体材料

本快递盒采用PET树脂。PET是乳白色或浅黄色高度结晶性的聚合物，表面平滑而有光泽。抗疲劳性、耐摩擦性好，磨耗小而硬度高，具有热塑性塑料中最大的韧性；电绝缘性能好，受温度影响小，但耐电晕性较差；无毒、耐气候性、抗化学药品稳定性好；吸湿性高，成型前的干燥是必须的；耐弱酸和有机溶剂，但不耐热水浸泡，不耐碱。

通过成核剂以及结晶剂和玻璃纤维增强的改进，PET除了具有PBT的性质外，还有以下的特点：①热变形温度和长期使用温度是热塑性通用工程塑料中最高的；②因为耐热高，增强PET在250 ℃的焊锡浴中浸渍10 s，几乎不变形也不变色；③弯曲强度200 MPa，弹性模量达4 000 MPa，耐蠕变及疲劳性也很好，表面硬度高，机械性能与热固性塑料相近；④由于生产PET所用乙二醇比生产PBT所用丁二醇的价格几乎低一半，所以PET树脂和增强PET是工程塑料中价格最低的，具有很高的性价比。