多功能智能快递柜创新应用设计

王金智，何颖，韩浩男，李锦晖

（西安思源学院 电子信息工程学院，陕西西安，710038）

0 引言

单片机能够很好的增强其智能化与数据处理能力，“物联网”时代所要打造的是万事万物的联通，信息的共享，为人类打造更加方便、省心的生活方式。快递行业使得人们可以通过手机或者PC知晓快递物品是否在配送，或者是否到达了派送点，也可以获取到物品在寄存点的取货码，但这些远远不够，人们不仅需要购物的方便、省心，也希望接受一份快递也同样简单、省心。人们也希望在不能及时签收的同时能有一个不需要花费太多金钱就可以寄存的场所，更不会因为管理员的疏忽或者自己的粗心大意致使快递签收不及时，从而导致的快递的损坏、丢失等问题。

1 系统总体结构

系统以STM32系列单片机为主控，OLED显示屏显示快递柜的信息，包括设计信息的展示，按键输入显示等。HC-RS501模块主要利用热释电效应构成的红外传感器，检测到周围人体温度则输出高电平，可构成报警电路部分。GA6-B模块负责使用USART串口与单片机进行通信，并由单片机控制其发送信息。系统总体设计方框图如图1所示。

图1 系统总体设计方框图

2 系统硬件设计

■2.1 OLED显示电路设计

快递柜在OLED显示电路设计时，采用OLED IC接口显示屏，使用需要用到四根线，除了VCC和GND，此外需要一个数据线SDA，一根时钟线SCL，OLED显示屏电路设计如图2所示。

图2 OLED显示屏电路设计

■2.2 复位电路设计

STM32F103芯片内部的复位信号会在NRST引脚上输出，脉冲发生器保证每一个复位元都能有至少2个机器周期的脉冲演示；当NRST引脚被拉低产生外部复位时，会产生复位脉冲，单片机就实现复位。A0引脚唤醒MCU，如单片机在低功耗状态下，该引脚拉低可以使单片机进入正常工作状态。复位电路设计如图3所示。

图3 复位电路设计

■2.3 按键电路设计

快递柜因需要输入密码和手动关闭继电器等操作，同时为了方便验证和控制系统，设计了四个按键和一个LED灯电路。按键的设计可用按键进行输入验证码，也可以用作继电器的关闭。PC13接口使用一只LED灯显示系统状态，也可通过系统控制来调试串口操作的响应和其他验证操作。按键及LED电路设计如图4所示。

图4 按键及LED电路设计

■2.4 HC-SR501红外电路设计

HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，提供了直流负载接线和交流负载接线两种方式，该模式下默认为可重复触发。工作特点是全自动感应，人体进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动关闭高电平，输出低电平。该模块的使用是为提供报警功能，HC-SR501红外检测模块及接线方式如图5所示。

图5 HC—SR501红外检测模块及接线方式

■2.5 GA6-B短信通信电路设计

GA6-B短信模块具备高性能、低功耗和稳定性都可保证快递柜信息的发送中，避免短信丢失和漏发。短信模块GA6-B主要使用USART串口2，可使用5V（VCC）进行供电，GND需要与STM32进行共地界限，GA6-B通信模块引脚及接线方式图如图6所示。

图6 GA6—B通信模块引脚及接线方式图

3 系统软件设计

■3.1 主程序流程设计

快递柜系统的主要工作流程是检测快递包裹是否存入，若快递包裹未存入则结束操作，其中OLED显示会显示当前系统未存入快递；当快递存入后，可通过按键进行操作码输入，操作码为用户和快递员两部分，当操作码输入正确系统判断是否正确，然后进行存取件操作，若操作码不正确，OLED显示密码错误，然后结束操作。主程序流程框图如图7所示。

图7 主程序流程框图

■3.2 快递员模式与用户模式设计

快递员模式主要用于快递员存放物品,存放过程中，先对各模块参数进行初始化，再对项目名称及当前工作模式进行显示。快递员使用管理密钥打开柜门，随后系统收到物品存入的信息，将该系统中预设的验证码通过GA6-B模块发送，随后快递员可通过按键使系统上锁，快递员操作存件操作结束。快递员模式存件流程图如图8所示。

图8 快递员模式存件流程图

用户模式主要是用户从快递柜提取快递的过程。快递柜在待取件状态时，用户通过按键进行操作码或者取件码进行密码输入，如果密码正确则进入取件环节，否则无法取件。密码正确时，单片机先对各模块进行参数的确认，对各模块状态读取，用户通过验证将快递柜执行至取件状态，继电器正常打开，红外人体检测模块关闭报警，OLED显示正常的状态；若验证码出错，则需重新输入验证，当验证码输入符合正常开锁验证，快递柜可正常打开使用，当用户取件完成，可关闭系统，系统操作结束。用户模式取件如图9所示。

图9 用户模式取件

4 智能快递柜的综合调试

■4.1 GA6-B短信功能测试

GA6-B模块是快递柜的通信部分，通过该模块单片机可与外界产生远距离的通信，快递柜使用到该模块的USART串口，通过串口发送AT指令，其中需要配置模块进入文本模式，默认为PDU模式，其次便是设置收信卡号，将短信内容写入，以十六进制0x1A结束短信操作。GA6-B短信模块工作状态如图10所示。

图10 GA6—B短信模块工作状态

■4.2 OLED显示功能测试

OLED显示屏功能测试是使用单片机写OLED进行写字符操作，测试过程中先对快递柜进行汉字取模设计，系统选用模块为0.91存128×64点阵，汉字取模大小为16×16，ASCII码取模大小为8×16,屏幕被分为4行8列，测试字符分别是显示位置为0行0列点起始写“STM32快递柜设计”和测试位置为4行0列位置显示“OLED TEST OK!”。OLED屏幕测试如图11所示。

图11 OLED屏幕测试

■4.3 HC-SR501红外功能测试

HC-SR501红外测试功能测试模块由监测模块由触发方式有可持续触发和不可重复触发两种方式，测试时可设置为不可重复测试模式，避免干扰。模块被测有触发延时旋钮和感应距离调节，最远感应距离为7m，延时最大为300s，测试时距离很近，模块响应效果很好。

■4.4 按键模块的测试

按键模块测试使用的是LED小灯作为相应，每个按键按下单片机通过按键接线GPIO端口的电平变化，判断是按键按下顺序进行响应，测试中绑定按键为按下处于高电平，当按键按下时，连接LED端的GPIO端口，则输出低电平点亮LED小灯。

■4.5 继电器模块的测试

继电器模块主要分为单片机接线控制端和负载端，测试时将控制端接单片机VCC和GND端，并且将IN端接在有按键GPIO端口端口，根据继电器出发电平的选择合适的触发电平，使用按键2对继电器控制测试，当继电器处于低电平触发方式时，按下按键2，继电器会发出清脆的响声，默认为继电器已被触发。

5 结语

系统使用STM32F103C8T6单片机为核心控制器,控制方便、快捷，编程简单，硬件设计含有OLED显示屏、GA6-B通信模块、HC-SR501红外传感器，蜂鸣器电路、继电器开关、LED小灯和其他电路模块等组成。软件设计一般是利用程序代码对系统予以控制。系统被通电之后，可对程序进行初始化操作，程序对按键进行扫描，判断是否有按键按下，按下开始按钮，系统开始工作.通过OLED显示屏显示存取快递等一系列信息。检测到的验证码与设定值进行比较，是否符合要求，若不符合要求进行报警并且返回上一步操作。该系统稳定性高，操作简单，方便实用。