錢 潤(rùn)，馬成林，李王欣，楊若怡，陳怡冰，鄭宇佳，王婧婷

（東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 引言

近年來(lái)，隨著時(shí)代的創(chuàng)新與發(fā)展，外賣行業(yè)異軍突起，成為在移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)帶動(dòng)下的又一經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。外賣常見(jiàn)于居民區(qū)與大學(xué)校園里，得益于如今科技的發(fā)展，幾乎是人人都擁有著一臺(tái)智能手機(jī)，而人們只需將手機(jī)聯(lián)網(wǎng)后進(jìn)入相關(guān)網(wǎng)站便可以自選商品，在線支付，完成訂餐，之后等待送貨即可[1]。據(jù)有關(guān)大學(xué)生網(wǎng)絡(luò)外賣的消費(fèi)調(diào)查結(jié)果顯示，88.6%的同學(xué)有網(wǎng)絡(luò)外賣的消費(fèi)經(jīng)歷。在具有網(wǎng)絡(luò)外賣經(jīng)歷的同學(xué)中，有10.9%的同學(xué)選擇網(wǎng)頁(yè)訂購(gòu)?fù)赓u，有70.2%的同學(xué)選擇手機(jī)客戶端，有18.9%的同學(xué)兩者都用[2-3]。由于高校宿舍樓、高檔居民樓以及寫(xiě)字樓禁止無(wú)卡人員進(jìn)入，諸多配送問(wèn)題也漸漸浮出水面，這些問(wèn)題往往牽扯到消費(fèi)者的自身利益，降低配送服務(wù)質(zhì)量，影響配送效率，增加商家的配送成本，不利于配送服務(wù)行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

本文通過(guò)設(shè)計(jì)一款無(wú)人外賣終端設(shè)備解決配送過(guò)程中的外賣員配送等待過(guò)程中效率低下、等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、外賣易被盜取、與非法外賣員接觸存在安全隱患等問(wèn)題。

2 總體設(shè)計(jì)方案

該設(shè)備的設(shè)計(jì)要求具體如下：

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

無(wú)人外賣終端設(shè)備總高為172.5cm，最寬處直徑80cm，占地面積小，任何身高的人都可以方便地存取外賣，外賣掛在設(shè)備上可以防止傾灑，避免污染環(huán)境，減小配送員或買家不必要的損失。無(wú)人外賣終端設(shè)備包括底盤(pán)和桿體兩大部分，底盤(pán)內(nèi)部設(shè)有電線盤(pán)、繼電器、控制器、滑蓋、電池以及電池倉(cāng)，桿體外部設(shè)有用于懸掛外賣的承重下鎖環(huán)、用于上鎖的上鎖環(huán)以及二維碼，內(nèi)部設(shè)有電控鎖、連接座以及攝像頭，透視結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 無(wú)人外賣終端設(shè)備透視圖

由圖1可知，底盤(pán)直徑80cm，高7.5cm，起承重穩(wěn)定作用；電線盤(pán)用于收納電線，內(nèi)置的渦卷彈簧使電線在不需要時(shí)可自動(dòng)卷曲收回，節(jié)約空間；滑蓋可滑動(dòng)露出或覆蓋電池倉(cāng)，方便電池安裝及維修，滑蓋合上后用螺絲固定；電池采用UPS電源，是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，使用UPS 電源能夠在停電的狀況下為終端提供可靠的供電電能[4]。

桿體通過(guò)底部螺紋旋轉(zhuǎn)嵌入底盤(pán)，并以螺釘固定于底盤(pán)正中央，桿體總長(zhǎng)165cm，直徑15cm；桿體上3列5行均勻分布著15個(gè)鎖具結(jié)構(gòu)，鎖具結(jié)構(gòu)間距離為30cm；頂部以半圓形頂蓋封頂，半圓頂蓋直徑15cm，高7.5cm；桿體頂端內(nèi)嵌著3個(gè)攝像頭。

2.2 無(wú)線存取設(shè)計(jì)

為了滿足配送員即送即走、買家即到即取，無(wú)人外賣終端設(shè)備配備了一款手持設(shè)備APP，配送員使用時(shí)，用手持設(shè)備APP 掃描設(shè)備上未存放外賣的下鎖環(huán)下方的二維碼，電控鎖彈開(kāi)，配送員將上鎖環(huán)撥出，將外賣懸掛于下鎖環(huán)上，將上鎖環(huán)扣入電控鎖后，控制器生成隨機(jī)驗(yàn)證碼，并發(fā)送至手持設(shè)備APP，配送員以短信或電話告知買家二維碼的編號(hào)以及驗(yàn)證碼后即可離開(kāi)。

買家下樓取餐時(shí)，用手持設(shè)備APP 掃描相應(yīng)編號(hào)上的二維碼，在手持設(shè)備APP 上訪問(wèn)云服務(wù)器輸入驗(yàn)證碼，若驗(yàn)證碼正確，彈開(kāi)電控鎖，買家撥動(dòng)上鎖環(huán)后即可取走懸掛在下鎖環(huán)上的外賣，輸入驗(yàn)證碼取餐可以防盜取，以及避免拿錯(cuò)外賣情況的發(fā)生。

2.3 安全存放設(shè)計(jì)

設(shè)備頂端內(nèi)嵌著3個(gè)攝像頭，攝像頭之間夾角呈120°，可以進(jìn)行360°無(wú)死角拍攝，用于監(jiān)督盜竊行為的發(fā)生。若是出現(xiàn)外賣被盜取或者誤拿的情況，用戶可以在手持設(shè)備APP 調(diào)取相應(yīng)設(shè)備的監(jiān)控錄像。

2.4 信息安全設(shè)計(jì)

配送員送達(dá)外賣后，前往設(shè)備存儲(chǔ)外賣后即可離開(kāi)。買家可選擇空閑時(shí)間，前往設(shè)備拿取外賣。配送員和買家的接觸過(guò)程用無(wú)人外賣終端設(shè)備代替。隨著無(wú)人外賣終端設(shè)備的普及，買家甚至不需要在訂單上寫(xiě)明門牌號(hào)等詳細(xì)地址，只需要寫(xiě)明無(wú)人外賣終端設(shè)備的編號(hào)及位置即可，避免了與配送員接觸可能存在的安全隱患以及私人信息泄露等問(wèn)題的發(fā)生。

3 主要部件設(shè)計(jì)

3.1 鎖具結(jié)構(gòu)部分

鎖具結(jié)構(gòu)部由上鎖環(huán)、下鎖環(huán)、連接座以及電控鎖構(gòu)成，具體如圖2所示。鎖具結(jié)構(gòu)是本設(shè)備最重要的部分，它實(shí)現(xiàn)了外賣的存放與拿取。下鎖環(huán)為用于懸掛外賣的承重環(huán)，與上鎖環(huán)以鉸鏈連接，上鎖環(huán)可繞鉸鏈銷旋轉(zhuǎn)嵌入桿體內(nèi)部電控鎖上鎖。

3.2 控制系統(tǒng)部分

設(shè)備控制系統(tǒng)主要由三部分組成：手持設(shè)備APP 客戶端、云服務(wù)器、設(shè)備嵌入式控制器，三者通過(guò)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)形式進(jìn)行通信，軟硬件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)從手機(jī)終端進(jìn)行對(duì)鎖的打開(kāi)閉合控制。底盤(pán)內(nèi)嵌繼電器15個(gè)，由設(shè)備嵌入式控制器控制，每個(gè)繼電器連接一個(gè)電控鎖，由于繼電器以及電控鎖不能直接由控制器的工作電壓5V驅(qū)動(dòng)，因此采用了5V/15V繼電器的方式，把控制器輸出的5V 高低電壓轉(zhuǎn)化為15V 左右的高低電平以驅(qū)動(dòng)電控鎖。控制系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)控制流程圖

4 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與組配

4.1 電源方案設(shè)計(jì)

由于控制系統(tǒng)及電控鎖部分均為弱電系統(tǒng)，而設(shè)備采用的電控鎖的驅(qū)動(dòng)電壓為15V 左右，故電源供電需采用220V/15V 的穩(wěn)壓源給系統(tǒng)供電，而控制器部分的工作電壓為5V，故采用LM2576芯片將系統(tǒng)供電轉(zhuǎn)壓至工作電壓5V，變壓流程如圖4所示。

4.2 主控制器硬件設(shè)計(jì)

考慮到本設(shè)備的使用要求，需要支持網(wǎng)絡(luò)接口和基礎(chǔ)編程，因此控制器采用ESP8266EX，ESP6288EX 芯片內(nèi)置 Tensilica L106 超低功耗 32 位微型MCU, 集成Wi-Fi MAC，適應(yīng)各種無(wú)線Wi-Fi環(huán)境，使其可以作為一個(gè)單獨(dú)的應(yīng)用，也可以作為主控的從機(jī)[5]。其內(nèi)置超低功耗Tensilica L106 32位精簡(jiǎn)指令集（RISC）處理器，CPU 時(shí)鐘速度最高可達(dá)160MHz，支持Wi-Fi及TCP/IP協(xié)議棧，可將高達(dá)80%的處理能力留給應(yīng)用編程和開(kāi)發(fā)，其性能足夠本設(shè)備的開(kāi)發(fā)要求，控制器硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖4 電源方案設(shè)計(jì)圖

基于目前流行的物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)方式，即ESP8266接入WIFI，用一個(gè)中心服務(wù)器作為用戶端和設(shè)備端的代理，由于直接自己設(shè)計(jì)搭建一個(gè)中心服務(wù)器效率較低，因此直接采用阿里云提供的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)方案（IoT hub）。兩者均通過(guò)基于TCP 的MQTT 方式通信協(xié)議進(jìn)行通訊。由于阿里云通過(guò)JSON 格式傳輸數(shù)據(jù)，因此控制器還需將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)cJSON解析器解析得到數(shù)據(jù)。ESP8266 控制器硬件主電路如圖6所示。

5 結(jié)語(yǔ)

這種新型無(wú)人外賣終端設(shè)備通過(guò)電控鎖存儲(chǔ)、保管外賣，防止外賣被盜或誤??；同時(shí)監(jiān)控?cái)z像可以監(jiān)督盜竊行為的發(fā)生；配送員即送即走，縮短配送時(shí)間，提高配送效率；買家可選擇空閑時(shí)間到無(wú)人外賣終端設(shè)備處取餐，無(wú)需與配送員直接接觸，減少以往配送過(guò)程中可能出現(xiàn)的安全隱患。

圖6 控制器硬件電路圖