基于ARM9矩陣算法控制的快遞終端機設計

鄭耀青，劉志芳，韓亞鵬，毋乃卿，張賢坤

（天津科技大學 機械工程學院，天津300222）

基于ARM9矩陣算法控制的快遞終端機設計

鄭耀青，劉志芳，韓亞鵬，毋乃卿，張賢坤

（天津科技大學 機械工程學院，天津300222）

隨著電子商務的快速發展，當今快遞行業迅速崛起。然在“最后一公里”的終端配送問題上，耗時、耗力約束了快遞業務的快捷便利。本文針對快遞行業終端配送問題，基于矩陣法ARM9控制理念，研制了一款全自動存取一體終端機柜。本機柜主要利用ARM處理器、控制電機、紅外、嵌入式操作系統等，采用機電一體化的設計方式來實現。

快遞；ARM9；機電一體化；嵌入式系統；控制

隨著電子商務的發展,我國快遞業成為發展迅速和競爭激烈的行業之一［1］。但在“最后一公里”的配送問題上，絕大多數快遞公司依然采取人工配送的傳統方式，快遞員需攜帶大量包裹去派送，工作效率低［2］。也存在很多問題，尤其在一些特定節日和一些特定場合，快遞終端問題更加明顯。高教園區（大學城）快遞業務正逐漸成為各快遞公司的"雞肋":快遞企業派件終端服務質量越顯下降［3］。例如淘寶“雙十一”期間，大部分高校大學生會網上采購一些物品，快遞公司最后會把大量的物品堆積到學校的一個角落里，這時候，往往就會因為人手不夠，快遞員不能很好的看管快件，導致錯誤領取，丟失快件，而且學生在堆積如山的物件中尋找自己的快件也是非常不方便的［4］。

快遞終端問題，給用戶以及快遞公司帶來了經濟與形象損失，不利于快遞公司的持續發展。隨著人工成本的增加，這一問題亟待解決。中國專利公開號CN103236116A公開電子儲物柜存取箱格及投遞方法，允許一箱多物，但需要專人監管，避免出錯，實用性差。因此，我們推出全自動快遞存取一體終端機，幫助各大快遞公司最大限度的提高配送效率。

1　總體方案設計

該全自動快遞寄存取一體終端機主要由基于ARM9的上位機系統、基于Arduino的下位機系統以及機械系統三部分組成，系統總體方框圖如圖1所示。

圖1　系統總體方框圖

基于ARM9的人機交互系統主要完成快遞員、收件人以及終端的人機交互。其主要功能包括：邏輯運算、數據存儲、人機交互、通過串口與下位機通信，控制機械系統存取件以及信息數據庫管理。

基于Arduino的下位機系統控制機械系統存取快遞以及將終端信息實時反饋給上位機。

機械系統負責將快遞從入口自動的存入存裝屜內部，并根據快遞的大小通過下位機的控制將隔斷條伸出，隔斷快件，完成存件?；蛘呷〖r相應的隔斷條收回完成取件?？爝f終端機存裝柜整體結構如圖2所示。

終端機整體結構為存裝柜，整個存裝柜整體是單元化的。此種結構的優點是可以根據不同場合快遞量的不同而增減單元，達到最優化使用。整個箱體的立體結構為大箱在下，小箱在上。存裝硬盒類包裹時，大件位于箱體的近地部分，可以減少其存裝時的能量損耗。每一層存裝屜的尺寸相同，所有的存裝屜結構相同［5］。

存裝屜是整個裝置的重要單元結構。存裝屜結構如圖3所示。存裝屜側壁的4塊平行板，把單個存裝屜空間分為三部分，最左側空間是安放隔斷條存儲機構、運動單元、動力單元、以及固定結構；右側空間的作用是，當隔斷條伸出到右側箱壁時，其內部的倒鉤結構可保證隔斷狀態的安全可靠。中間部分用來存裝快件。底面為桿式傳送帶，其作用是，在存儲快件時，將快件輸送到存裝屜最前端，實現自動存儲功能。通過滑滾輥道，可以使存裝屜在存裝柜中前后滑動，便于存取快件。

圖2　存裝柜

圖3　存裝屜

2　工作流程圖設計

供電系統由12 V 3 A開關電源提供。工作流程圖如圖4所示。

圖4　工作流程圖

3　矩陣算法

利用矩陣算法控制空間，創立了一套算法。針對在已知快件大小情況下如何快速有效的合理分配快件在存裝屜中存儲空間的問題，創立了矩陣化的控制單元、控制體系以及與之配套的矩陣算法。本文主要以樣機為例給出具體算法。樣機如圖5所示。

圖5　樣機

各部分名稱如圖所示。根據控制隔斷條狀態的信號構造矩陣，該裝置可以看做4×12的矩陣，由于第一行的電機與隔斷條一一對應，每一列有一個電機控制，考慮到運算特性，構造2×2矩陣a。隔斷條初始狀態根據快件的大小由若干個a矩陣組成。

其中，α與β代表動力源位置。α1代表行動力源，α2代表列動力源；β1代表該行第一個動力源，β2代表該行第二個動力源；γ為隔斷條狀態字。γ1代表休止狀態，γ2代表工作狀態。

下位機檢測到快件的大小，將數據反饋給上位機。上位機查詢數據庫，分配相應的空間，即對應矩陣A，A由若干個a組成。根據下位機反饋的數據形成矩陣B，B由b1、b2、b3組成。上位機按照內部算法，得到矩陣C，C由c1、c2、c3組成。將數據傳輸給下位機，相應位置被隔斷，快件存儲完成。

整套算法簡單可靠，精準的計算空間，達到空間最優利用。而且本算法適合所有型號的快遞柜，適用性強。

4　控制系統設計

4.1派件自動分類系統

該裝置利用控制技術增加了對快件進行自動分類的功能?？爝f員根據快件的大小將快件裝入合適的存裝屜中，快遞員錄入快遞單號及收件人信息，信息被系統記錄下來。系統會通過控制電機的轉動帶動存裝屜底部的桿式傳送帶轉動，快件慢慢進入存裝屜內部。存裝屜一側的底部每個隔斷條的左右兩側裝有紅外線掃描裝置，快件放入時，抽屜前段的起指示作用的紅外線裝置是開啟的，當第一個快件在被運送過程中碰到前段的紅外線時，接通著的紅外線被阻斷，系統接到信號，發出指令使傳送帶停止傳送，此時，其余紅外線會按照從前段到后端的順序依次開啟，當紅外線接通時，在此紅外線下方的一列隔斷條伸出，隔出空間，同時抽屜最頂部的一排隔斷條也會伸出，封閉整個空間。

4.2取件控制系統

收件人在取件時，需要在終端機上輸入之前系統發給收件人的密碼，通過觸摸屏簽下電子姓名，系統確認無誤后根據收件人輸入的信息匹配對應的快件，對應的存裝屜在電機的帶動下伸出，對應位置的隔斷條收回，快件占據的封閉空間被打開，用戶取走快件。存裝屜在電機的驅動下回到原來的位置，快遞門自動閉合，取件完成。

4.3通信系統

上位機與下位機之間通過串口通信［6］。上位機完成邏輯運算、數據存儲、信息檢索、與下位機用戶實現人機交互等功能。下位機采集到的快遞與終端狀態信息實時反饋給上位機，上位機進行數據庫更新，并存儲。

快遞員在存件時，首先進行身份驗證。登陸成功后，錄入快遞單號以及收件人的手機號碼，當完成所有快件的存放時，系統將信息通過網絡發送給服務器，服務器中存放著所有快件的單號以及對應收件人的手機號碼，當系統接收到單號時，確認單號以及收件人信息是否對應，確認無誤后，系統將單號以及對應手機號碼提取出來，生成隨機密碼，服務器向收件人發送短信及密碼?？爝f員存件界面如圖6所示。

收件人接收到信息后在規定時間內完成取件。收件人點擊取件，進入取件界面，取件界面如圖7所示。進入界面后，輸入系統發送的密碼，完成電子簽名后存裝屜伸出，相應位置隔斷條伸回，取件人取件，存裝屜伸回，快遞門關閉，完成取件。

圖6　存件界面

圖7　取件界面

當有快件取走時，下位機控制該裝置調整快件位置，并實時將信息傳輸給上位機，上位機更新數據庫，重新確定快件位置，并反饋給下位機。

5　結論

經過實際測試，該自動快遞終端機存取件操作簡單、結構可靠，快遞存儲安全性高，工作穩定，方便快捷，同時一屜可裝多件，充分利用了空間，比傳統的快遞存儲柜空間利用率提高了2倍以上，大大節省了快遞員等候的時間，提高工作效率，為快遞公司降低了運行成本。

該裝置目前僅僅針對硬盒類物件進行快遞，局限性較大。軟包類的物件處理將在后期工作中進一步開發研究。

［1］柯晶琳,姜維軍.電商環境下我國快遞業發展對策分析［J］.黃岡師范學院商學院，2014（3）:38.

［2］紀宇,付志勇.基于智能移動終端的快遞服務流程創新設計［A］.清華-DMI國際設計管理大會論文集（中文部分）［C］//北京：清華大學，2013：164-169．

［3］朱明超，李夢琦.高教園區快遞終端運營模式創新初探［D］.浙江經貿職業技術學院，2012.

［4］郭智忠.中國大學校園快遞發展趨勢探討［J］.江蘇：商業流通，2012（10）：17-18.

［5］陳金艦.開關柜結構設計與制造的分析與實踐探討［J］.現代制造技術與裝備，2014（4）:33-34.

［6］許先斌,熊慧君.基于ARM9的嵌入式Linux開發流程的研究［D］.武漢：武漢大學，2006.

Design of express terminal based on ARM9 controlled by matrix algorithm

ZHENG Yao-qing，LIU Zhi-fang，HAN Ya-peng，WU Nai-qing，ZHANG Xian-kun
（College of mechanical engineering，Tianjin University of Science&Technology，Tianjin 300222，China）

Nowadays,with the rapid developing of electronic commerce,express delivery industry rises rapidly.But on the problem of"The last kilometer"distribution,the time consuming and the power-consuming are still not conducive to the sustainable development of the express industry.In view of the express industry terminal distribution problem,this paper expounds the design scheme of automatic integration access terminal which controlled by matrix technique ARM9.This cabinet adopts the designs of electromechanical integration being put into practice mainly by using of ARM processor,embedded operating system,control motor and infrared,et al.

ARM9；mechanical and electrical integration；embedded system；control；express delivery

TN913.3

A

1674－6236（2016）13-0077-03

2015-07-01稿件編號：201507015

國家級大學生創新創業計劃項目（201410057014）

鄭耀青（1993—），女，河北邢臺人。研究方向：嵌入式系統，機械電子工程。