基于TC89C52RC的智能外卖箱设计

金银锁 朱道钥 康俊奇 夏百花

摘要：随着外卖行业的兴起，偷外卖这一不法行为出现，降低了平台可信度，令骑手蒙受经济损失，而外卖平台未能重视外卖箱的设计。文章设计了一款外卖箱，采用磁吸式箱盖，外部指纹解锁可快速开锁。外卖箱内部有GPS模块及微型摄像头，采用半导体散热片将外卖箱分隔出冷热区以更好地保温，同时内置感应灯，方便骑手取餐。仿真表明，与传统的外卖箱相比，此外卖箱使送餐流程更便捷、智能，大大节省了用户等餐的时间。

关键词：智能外卖箱；单片机；TC89C52RC

中图分类号：TP311  文献标志码：A

0 引言

随着我国居民生活水平的不断提高，互联网技术飞速发展，支付宝、微信等快捷支付普及，人们的生活节奏越来越快，外卖成为人们日常生活的一部分。外卖在给人们的生活带来便利的同时，送餐过程中也出现了各种问题，比如外卖丢失。传统外卖箱只有靠骑手手动上锁才能确保外卖的安全。然而，在配送过程中，骑手由于配送任务重、时间紧，根本没时间操作，导致外卖平台和骑手无法在配送其他外卖的间隙确保外卖的安全。外卖丢失后，平台和消费者也无法厘清责任，从而损害骑手的合法权益。同时，热食和冷饮混放会影响外卖口感；冬天和夏天传统外卖箱不保温；深夜配送时，骑手取拿外卖也不方便核对外卖单号。对于这些问题，本研究设计一款与外卖平台信息互联的智能外卖箱，确保骑手在配送过程中的外卖安全，实现配送过程的便捷化和智能化。

1 系统设计

1.1 系统整体设计

本产品一共由5个系统模块组成，分别实现外卖箱开关、报警、温度控制、照明功能，还有一个锂电池供电。低压逆变模块将锂电池的直流电源转化为交流电为线圈供电，保证其正常工作。磁吸式指纹锁模块通过指纹验证判断控制线圈的通断电，线圈配合锁舌实现外卖箱的开关动作。如果外卖箱被恶意破坏，箱体中的报警电路将立即向GPS人像报警系统发送报警信号，记录人像和位置信息，发送报文给外卖平台，实现外卖箱的自动报警。以制冷片为主体的半导体保温模块可控制外卖箱的温度［1］。以CD4011芯片为主体的智能感应模块控制LED灯亮灭，实现外卖箱的照明。系统整体设计如图1所示。

1.2 低压逆变模块的设计

根据需要对类似于电磁继电器的机械结构进行供电。在骑手送餐过程中，若采用身边的可用电源作为外卖箱的内置锂电池，直接输出直流电，线圈则无法产生磁力，所以需要将直流电转换为交流电。本研究利用4个三级极管组成桥式交替导通进行换流，形成低压逆变的电路。

根据变压器匝数比，此电路可以将12 V电压的直流电源逆变换为所需交流电压。电路中有熔断器设计，防止电流过载，保护电路。电路由BG2和BG3两个三极管组成的多谐振荡器推进，再经过BG1和BG4两个三极管驱动，控制BG6和BG7兩个三极管工作。其中，振荡电路由BG5三极管与DW稳压二极管组成的稳压电源供电，能使输出频率比拟稳定。

1.3 磁吸式指纹锁模块的设计

以TC89C52RC芯片作为该模块的主控芯片，连接以DSP处理器和光学指纹的传感器为主体，键盘输入、液晶显示为辅助的指纹模块。其中，指纹模块起到提取指纹特征图像的作用；STC89C52RC芯片用来储存指纹并比较指纹信息，控制电磁装置线圈的通断电，从而控制外卖箱开关；外卖箱的开关动作通过限位开关传达给电路，控制线圈的得电，从而控制线圈的产生磁力，控制锁舌的开关。模块流程如图2所示。

由于本产品使用的是12864液晶显示屏，只可显示4行文字，每行最多显示8个汉字，一般只要获取液晶的XY轴，就可以保证显示正确。对于按键的设计程序，本产品使用了5个按键，按键没有按下时对应单片机I/O口是高电平；当按键按下时，对应的输入为低电平。单片机检测也有消抖操作程序，本研究在设计中使用一个时间延时来处理。延时时间需要测试实验，如果太长会导致按键不灵敏、反应迟钝等问题。

1.4 GPS人像报警系统

外卖箱箱体装有易断金属丝，当箱体遭暴力破坏时，金属丝断裂，报警电路通过电路的通断判断，将一个高电平信号传送给GPS人像报警系统。外卖箱还装有移动通信模块GPS及外设模块MSG，无论身处城市何处，都能精确定位外卖箱的位置［2］。外卖箱还在箱体隐秘处出加装了云台相机模块，能在各种复杂情况下精确抓拍偷外卖者的人像信息。整个系统在接收到报警电路的高电平信号时，将立即启用GPS模块和云台相机模块［3］，GPS精确定位外卖箱的位置，同时云台相机及时抓拍偷外卖者的人像信息，再将这些信息传送给移动通信模块，由其上传至外卖平台，外卖平台及时存储重要人像图片证据并将报警信息发送到骑手的手机上，提醒骑手，从而确保外卖的安全。系统实现如图3所示。

1.5 半导体保温模块

外卖箱的箱体中间放有一块保温绝热材料，用于分隔冷热区域，材料可通过滑轨来回移动，骑手可随意调整冷热区域的大小，保证外卖箱的空间利用率。同时，材料中间放置一块半导体制冷片，其优点是体积小、成本低、无需制冷液、安全高效，同时便于控制、节能，比较适用于小功率的制冷。在半导体制冷片两边各装一个散热片，确保制冷、制热的效果。由于半导体制冷片处于外卖箱的中间部位，将外卖箱分为两个区域，确保骑手在送餐过程中外卖的口感没有发生改变，提高了外卖的品质。

1.6 智能感应灯模块的设计

本模块利用四与非门CD4011芯片、限位开关、光敏电阻、单向可控硅SCR、三极管9014等元器件组合而成，通过限位开关和光敏电阻控制CD4011脚位的高低电位，进而控制单向可控硅SCR门极的高低电位［4］，实现通断电路。光敏电阻设计在外卖箱外，夜间光敏电阻由于没有阳光的照射，阻值较高，1脚为高电平，同时骑手开关外卖箱的时候触发限位开关芯片2脚转化为高电平，通过四与非门CD4011的处理输出高电平控制单向可控硅SCR的通断，从而控制电灯的开关。如此设计方便骑手夜晚取餐、看清单号。智能感应灯模块程序如图4所示。

2 结语

通过分析与论证，本研究所述智能外卖箱不仅具有普通外卖箱的外卖盛放功能，而且通过细节让外卖箱更安全，同时改善了消费者的消费体验和骑手的送   餐体验。当然，外卖箱的设计仍有不足之处，例如太过依赖自身携带的电池，而骑手在外工作时间较长，系统的供电成了很大的问题。另外，模块过于分散，导致其占用的空间体积较大，因此能放外卖的空间大大减小，同时由于电池续航时间短等问题，会考虑太阳能充电或者采用可拆卸式电池，让外卖骑手在送餐过程中，只需轻轻一卸一按，就能使外卖箱恢复满电状态，还可以通过专业的制作将各部件集成化、模块化。本研究认为这款智能外卖箱在专业的制作介入后，必能得到广泛应用，进一步完善外卖行业体系，保护越来越多外卖骑手的合法权益，真正做到让科技服务生活。

参考文献

［1］楚亮，刘嘉辉，毛巍威，等.基于半导体制冷片设计集制冷制热平台［J］.大学物理实验，2020（6）：72-76.

［2］姜西瑞.基于GPS和GSM/GPRS的定位系统的设计与实现［D］.北京：中国科学院研究生院（计算技术研究所），2006.

［3］周小龙，刘倩倩，产思贤，等.基于事件相机的视觉跟踪算法综述［J］.小型微型计算机系统，2020（11）：2325-2332.

［4］姚春鵬，齐胜男，许望远.一种基于单片机的夜用人体感应灯设计［J］.中国科技信息，2020（17）：37-39，41.

（编辑 王永超）

Design of intelligent takeaway box based on TC89C52RC

Jin  Yinsuo， Zhu  Daoyao， Kang  Junqi， Xia  Baihua

（Anhui Sanlian University， Hefei 230601， China）

Abstract：  With the rise of the food delivery industry， the illegal behavior of stealing food delivery emerged， which reduced the credibility of the platform and caused the rider to suffer economic losses. Meanwhile， the food delivery platform did not pay attention to the design of the food takeaway box. In this study， a takeaway box was designed. With a magnetic suction box cover， the external fingerprint unlock can quickly unlock. There were GPS module and micro cameras inside the takeaway box， and the semiconductor radiator was used to separate the takeaway box into hot and cold areas to achieve better insulation. At the same time， built-in sensor lights were convenient for riders to take up meals. Simulation showed that compared with the traditional takeout box， the takeaway box makes the delivery process more convenient and intelligent， and greatly saves users time waiting for meals.

Key words： intelligent takeaway box; one-chip compu; TC89C52RC