校园智能无人配送小车的设计与实现

周云龙，崔丽冰，陆武志，黄纪莹，黄炫荣，刘如军

（岭南师范学院 电子与电气工程学院，广东 湛江 524048）

0 引言

随着科技的进步和5G 时代的来临，无人驾驶、无人化智能配送等技术的应用提高了物流处理效率，利用物联网实现了万物间的互联互通[1-6]。无人化智能配送可以借助物联网中的全球定位系统，更顺畅地完成与客户接触的物流末端配送工作。同时，物联网丰富了无人化配送的商业模式和运营流程，无人化配送借助于智能定位与物联网时代的“万物互联”，在配送的过程中随时记录并存储相应的道路信息，实现无人化智能配送[7]。

目前大学校园内在快递与外卖上普遍存在“最后一公里”的问题，末端配送存在“杂、乱”等现象，由于传统末端配送高频、分散的配送作业模式，产生低效率、高成本的行业痛点，影响到校园交通的有效管理；传统的配送方式几乎无法避免人与人的直接接触，不利于目前的疫情防控。然而，校园无人智能配送小车可以避免人与人之间的直接接触，降低了病毒传播风险，同时也节省了人力资源，解决了运力紧张，缓解了部分配送压力。

1 系统设计

智能配送小车基于人工智能算法，通过环境感知认知、路径决策规划、定点寻迹、无人驾驶、智能操作系统、点单系统等技术，实现校园商品运送服务以及寄取件等业务。系统整体框架设计如图1所示，系统由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括电池模块、主控模块、WiFi 模块、雷达模块和定位模块，软件部分包括识别模块和小程序模块。

图1 系统框架

用户通过软件端选购商品、提交订单后，商家接受订单并处理，再通过网络将订单输入到后端数据库中[8]。待无人小车到达店铺，后台控制端将对应的柜门打开，待商家放置商品后便开始无人配送过程。到达目的地后，系统后端通过互联网通知用户取出商品，智能小车识别用户信息后将对应柜门打开，待用户取出商品后智能小车关闭柜门并返回。

硬件系统整体设计方案如图2所示，主控模块通过雷达信号实现避障，WiFi 模块实现无人配送小车与上位机之间的数据交换，GPS 模块实现准确定位功能。

图2 硬件框架

无人配送小车定位系统作用流程如图3所示。小车通过GPS 模块获取到当前的地理位置信息，并上传给微控制器；微控制器将当前地理位置信息和目的地的地理位置信息进行对比，判断是否已经送达目的地。若已到达目的地，小车停车，将商品给到客户并发送取件信息；否则，小车继续前行。

图3 定位系统作用流程

2 软件系统设计

软件系统整体设计方案如图4所示。若用户信息比对正确，则进入点餐主界面，用户可进行商品选购和提交订单。

图4 软件结构框架

2.1 客户取件流程

取件流程如图5所示。无人配送智能小车具备用户信息比对功能，当客户提交订单后，后台数据库根据订单信息随机生成六位数字取件码。小车送货到目的地后，客户输入取件码验证成功后，由主控模块控制对应柜门解锁开启，防止货物出现错拿、乱拿的现象。当柜门出现被人为破坏、意外损坏等情况，小车向后台发出警报信号。

图5 取件流程

2.2 点餐界面

2.2.1 用户界面

用户界面如图6所示，通过获取用户微信权限获取用户的信息，并显示订单、评价、反馈等页面。

图6 用户界面

2.2.2 商品模块

商品首页的设计主要是显示最近的商品推荐、各商家的最新消息等，如图7所示。用户进入菜单页后可以看到菜单的分类情况，如“经典套餐”“面食”“饮品”等。还可以看到相关菜品的图片、价格、销量等，点击某个菜品右下角的加号按钮，可以看到份数就会实现“+1”操作；点击减号按钮，相关份数就会实现“-1”操作。商家可以通过CMS 内容管理进入到Web 管理后台，对菜品进行添加、修改和下架等操作。图8所示为菜单页显示模块，代码1 为获取菜品信息的相关代码。

图7 商品界面

图8 菜单页面

2.2.3 订单模块

系统会将用户订单号、付款金额、商品名称、商品信息、商品数量、商品价格等内容展示在订单内以供用户查看与保存（如图9所示），同时将信息保存至数据库供后端进行逻辑处理等操作时使用[9]。在选择商品而未进行结算时会将商品放置于用户的购物车中，如图10所示。

图9 订单界面

图10 购物车界面

3 系统实现与分析

3.1 订单处理

用户扫码后小程序会自动跳转至菜单的页面，用户对菜品进行浏览、选择，将选中后的菜品加入购物车中。用户选好菜品后创建订单，订单确认的页面中需要用户去输入相应的用餐人数和用餐备注。订单确认完成后，用户点击提交订单会跳出订单支付的页面，待用户支付完成后订单创建成功。这时系统会将用户提交的订单发送到后台，后台的订单表会自动生成相应的记录，并且相关菜品的销量也会相应地增加。下单的流程如图11所示。相关代码如下：

图11 购买流程

商家处理订单流程如图12所示。商家登录小程序接收用户的订单需求，对订单进行处理后，将对应商品放置于校园智能配送小车对应柜门。校园智能配送小车开始配送，到达指定停车点位置后，系统后端进行逻辑处理，通过互联网通知用户收取商品。用户到达小车停车点位置进行验证，校园智能配送小车将通过后端返回的数据与用户进行验证，验证成功则将对应柜门打开，待用户获取商品，订单完成。

图12 订单处理流程

管理员可以登录系统后台进行查看、修改商品的信息，同时也能通过评价等功能接收用户的反馈并做出调整，完善系统功能并解决一些细节上的缺陷[10]，如图13所示。

图13 后台界面

3.2 软件系统测试

软件系统测试分别见图14、图15 和图16。图14 为系统获取数据概图，图15 为后台商品数据图，图16 为系统获取的用户信息。由图可知，点餐小程序可准确获取用户信息，系统后台的商品数据与菜品等匹配，配送程序正常运行。

图14 系统获取数据概图

图15 后台商品数据

图16 获取用户信息

4 结语

本文针对校园快递和外卖配送“最后一公里 ”的难题，提出了一种校园智能无人配送小车的设计方案。该校园智能无人配送小车具有无人驾驶、避障、实时监控等多种功能，同时具有配送时间灵活、配送地点准确、配送服务个性化等优点，有利于减少配送人员需求，解决快递员流动大、雇佣难等问题，也有利于交通环境治理，消除道路与社区安全隐患，提高配送效率。