陳偉漢　吳可測(cè)　陳燦華　鄧堅(jiān)成　方銳凱　毋茂盛

摘 要：隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的人喜歡線上購(gòu)物和叫外賣，快遞和外賣量快速增長(zhǎng)，無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確接收快遞或外賣的問(wèn)題日益突出。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)一款基于手機(jī)的遠(yuǎn)程控制收納系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于安卓平臺(tái)開(kāi)發(fā)了具有圖像實(shí)時(shí)顯示及給收納箱發(fā)送指令的APP，基于阿里云服務(wù)器搭建了nginx-rtmp流媒體服務(wù)器，基于STM32開(kāi)發(fā)了一套硬件控制系統(tǒng)。文中先是介紹了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，然后，論述了相關(guān)的硬件設(shè)計(jì)以及云服務(wù)器開(kāi)發(fā)方法，最后，討論了手機(jī)APP的程序的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：外賣收納箱;遠(yuǎn)程監(jiān)控;STM32;遠(yuǎn)程接收;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);云服務(wù)器

中圖分類號(hào)：TP393.06文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2020）04-00-03

0 引 言

當(dāng)前手機(jī)已經(jīng)成為人們的第二伴侶，用手機(jī)進(jìn)行網(wǎng)購(gòu)和叫外賣已經(jīng)成為很多人的生活習(xí)慣，據(jù)新華網(wǎng)消息，2018年移動(dòng)寬帶用戶總數(shù)已達(dá)13.1億戶，其中，網(wǎng)購(gòu)用戶規(guī)模達(dá)

6.1億。我國(guó)的快遞業(yè)務(wù)量，2018年達(dá)到507億件，持續(xù)保持世界第一，外賣量也同樣驚人。因此，如何及時(shí)準(zhǔn)確接收快遞或外賣的問(wèn)題變得日益突出[1]。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一款用手機(jī)遠(yuǎn)程控制的收納系統(tǒng)。當(dāng)物主不在家或者不方便出門(mén)接收物品時(shí)，可以通過(guò)手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制收納箱，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程接收快遞或外賣物品。

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)主要由手機(jī)控制端、阿里云服務(wù)器、收納箱三大部分組成。手機(jī)控制端包括安卓手機(jī)及安卓APP;服務(wù)端包括服務(wù)端處理程序和數(shù)據(jù)庫(kù);收納箱包括雙控門(mén)箱子、控制電路以及相關(guān)控制程序。

1.2 工作原理

首先，手機(jī)APP進(jìn)入綁定功能模塊，通過(guò)掃描二維碼與收納箱中主控電路板上的WiFi模塊連接，配置收納箱連接的家中路由器的賬號(hào)密碼。同時(shí)主控芯片將賬號(hào)和密碼通過(guò)串口分享給圖像采集模塊完成設(shè)備的綁定配置。然后，收納箱通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接阿里云服務(wù)器開(kāi)始輪詢，不斷向服務(wù)器發(fā)送狀態(tài)信息，并查詢服務(wù)器的指令信息。

接著手機(jī)APP注冊(cè)登錄，開(kāi)始連接云服務(wù)器，服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)保存用戶的注冊(cè)信息。APP運(yùn)行過(guò)程中會(huì)輪詢檢查設(shè)備的狀態(tài)信息，并將狀態(tài)信息顯示在手機(jī)APP的設(shè)備控制界面上。當(dāng)用戶點(diǎn)擊控制按鈕后，APP會(huì)向服務(wù)器發(fā)送相關(guān)的指令，電子收納箱輪詢到指令后便立即執(zhí)行指令，實(shí)現(xiàn)開(kāi)、關(guān)攝像頭以及收納箱門(mén)操作;然后，將執(zhí)行結(jié)果返回給服務(wù)器;最終在APP設(shè)備控制界面上顯示操作結(jié)果。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 電子收納箱設(shè)計(jì)

電子收納箱控制電路主要包括：主控電路板、圖像采集模塊、門(mén)控制模塊等。硬件組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

主控電路板采用STM32作為主控芯片控制雙路繼電器分別接通開(kāi)門(mén)驅(qū)動(dòng)和關(guān)門(mén)驅(qū)動(dòng)單元;攝像頭模塊主要由硬件電路及專用攝像頭組成，受主控芯片控制，負(fù)責(zé)攝像信息的采集、傳輸，控制采集圖像上傳至服務(wù)器;門(mén)控制模塊由步進(jìn)電機(jī)、傳統(tǒng)鎖、電鎖等組成，實(shí)現(xiàn)收納箱門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉。

2.1.1 主控電路板開(kāi)發(fā)

主控電路板采用STM32作為主控芯片，該芯片具有睡眠、停止、待機(jī)三種低功耗工作模式，使用方便，功能強(qiáng)

大[2]。主控電路板通過(guò)串口和WiFi模塊與圖像采集模塊相連。另外，擴(kuò)展了8個(gè)I/O口，5個(gè)用于輸出，3個(gè)用于輸入。輸出口分別用于控制步進(jìn)電機(jī)脈沖、旋轉(zhuǎn)方向、步進(jìn)電機(jī)電源、電鎖的開(kāi)關(guān)、WiFi指示燈;3個(gè)輸入口分別用于檢測(cè)門(mén)的狀態(tài)、攝像頭的狀態(tài)和重置按鍵的狀態(tài)。重置鍵用于WiFi賬戶和密碼的重置。主控電路板程序設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

2.1.2 圖像采集模塊

圖像采集模塊通過(guò)串行口與主控電路板連接，完成WiFi配置以及指令接收和返回狀態(tài)。同時(shí)，將采集的圖像信息上傳至服務(wù)器。

2.1.3 門(mén)控制模塊

門(mén)控制模塊由插梢、傳統(tǒng)鎖、電鎖、電機(jī)、牽引線、傳感器等組成。當(dāng)設(shè)備故障或者停電時(shí)，物主用傳統(tǒng)方式可以開(kāi)鎖。電鎖用于遠(yuǎn)程的開(kāi)、關(guān)收納箱。傳感器用于采集門(mén)的當(dāng)前狀態(tài)信息。

2.2 服務(wù)器開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

用阿里云服務(wù)器[3]配置tomcat，創(chuàng)建MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)[4]以及搭建nginx-rtmp環(huán)境[5]，進(jìn)行視頻推流。用Eclipse創(chuàng)建Web項(xiàng)目等。

2.2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)

創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)[6]，添加用戶信息表，存儲(chǔ)客戶信息，如賬號(hào)、密碼、密保、電話、地址等;添加指令表，存放控制收納箱及攝像頭的指令及狀態(tài)。

2.2.2 Web程序設(shè)計(jì)

采用Java語(yǔ)言編寫(xiě)連接數(shù)據(jù)庫(kù)及操作數(shù)據(jù)庫(kù)代碼[7]。注冊(cè)、登錄、修改密碼以及傳送指令等操作均通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的增刪查改實(shí)現(xiàn)。注冊(cè)程序部分代碼如下：

try{

con=DriverManager.getConnection（uri，"root"，"111"）;

String condition= "insert into member （logname，password，mibao，phone，mailbox） values （'"+logname+"'，'"+password+"'，'"+mibao+"' ，'"+phone+"' ，'"+mailbox+"' ）";

sql = con.prepareStatement（condition）;

int rSet = sql.executeUpdate（condition）;

if（rSet！=0） {

out.println（"registersuccessfully！"）;}

else {

out.println（"can not register！"）;}

con.close（）;

}

2.3 安卓APP設(shè)計(jì)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前安卓系統(tǒng)的市場(chǎng)占有率[8]達(dá)到76%。所以，在移動(dòng)端開(kāi)發(fā)軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程控制箱子更加方便操作。

本系統(tǒng)APP采用Java語(yǔ)言基于MVC模式[9]開(kāi)發(fā)，APP主要功能包括：登錄注冊(cè)，找回和修改密碼，掃描二維碼讀取設(shè)備信息并連接設(shè)備，設(shè)置設(shè)備連接家用WiFi賬號(hào)密碼，連接服務(wù)器獲取攝像頭視頻信息并顯示，獲取設(shè)備狀態(tài)信息并通過(guò)燈泡亮滅顯示，發(fā)送開(kāi)關(guān)門(mén)和攝像頭指令等。APP功能設(shè)計(jì)框圖如圖4所示。

2.3.1 用戶信息模塊

用戶信息模塊包括：登錄、注冊(cè)、密碼修改以及指令的處理。用戶通過(guò)文本輸入框錄入信息，APP通過(guò)TCP/IP協(xié)議[10]將信息上傳至云服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶信息的處理和指令的中轉(zhuǎn)。與服務(wù)器通信部分代碼如下：

URL url = new URL（path）;

HttpURLConnection connection = （HttpURLConnection） url.openConnection（）;

connection.setRequestMethod（"GET"）;//獲取服務(wù)器數(shù)據(jù)

connection.setReadTimeout（8000）;//設(shè)置讀取超時(shí)的毫秒數(shù)

connection.setConnectTimeout（8000）;//設(shè)置連接超時(shí)的毫秒數(shù)

InputStream in = connection.getInputStream（）;

BufferedReader reader = new BufferedReader（new InputStreamReader（in））;

result = reader.readLine（）;

//讀取服務(wù)器進(jìn)行邏輯處理后頁(yè)面顯示的數(shù)據(jù)

connection.disconnect（）;

2.3.2 綁定設(shè)備程序設(shè)計(jì)

通過(guò)掃描二維碼連接設(shè)備后，可配置設(shè)備連接路由器的賬戶密碼，并進(jìn)行設(shè)備的綁定。

手機(jī)與箱子的通信采用WiFi熱點(diǎn)連接，用Socket封裝信息。部分代碼如下：

socket = new Socket（HOST，8080）;

PrintStream ps = new

PrintStream （socket.getOutputStream（））;

ps.println（content）;

2.3.3 控制設(shè)備程序設(shè)計(jì)

控制界面包含顯示區(qū)域和控制區(qū)域。頂部是攝像頭和門(mén)狀態(tài)的指示燈，中間是視頻顯示區(qū)域，下方是控制按鈕。

通過(guò)輪詢服務(wù)器，手機(jī)APP可以不斷獲取收納箱的狀態(tài)信息。每個(gè)按鈕對(duì)應(yīng)一種控制指令，按下時(shí)會(huì)發(fā)送指令給服務(wù)器，服務(wù)器修改數(shù)據(jù)庫(kù)指令表，箱子查詢到指令后便執(zhí)行。指令的上傳與用戶信息上傳類似，這里不再累贅，部分APP輪詢代碼如下：

new? Thread（（） -> {

while （true） {

try {Thread.sleep（100）;

} catch （InterruptedException e） {

e.printStackTrace（）;}

try {Trans alwaystrans = new Trans（urlpath）; String url_result = alwaystrans.get（）;

if （url_result.equals（"0 btn_chat_check"）||url_result.equals（"btn_chat_check btn_chat_check"）||url_result.equals（"2 btn_chat_check"））

{ivState.setImageResource（R.drawable.sxtclose）;}if （url_result.equals（"0 2"）||url_result.equals（"btn_chat_check 2"）||url_result.equals（"0 2"）） {ivState.setImageResource（R.mipmap.sxtopen）;}} catch （Exception e） {

e.printStackTrace（）;}

}

}）.start（）;

程序運(yùn)行界面如圖5所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一套用手機(jī)遠(yuǎn)程控制收納箱接收外界物品的系統(tǒng)，箱子具有傳統(tǒng)開(kāi)鎖功能，視頻信息可上傳至服務(wù)器，并由服務(wù)器推流，經(jīng)過(guò)不斷的進(jìn)行代碼優(yōu)化，將視頻延時(shí)控制在3 s內(nèi)。

注：本文通訊作者為毋茂盛。

參考文獻(xiàn)

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[8]郭金尚.Android經(jīng)典項(xiàng)目案例開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)寶典[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

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作者簡(jiǎn)介：陳偉漢（1997—），男，廣東人，本科。

吳可測(cè)（1999—），男，廣東人，本科。

陳燦華（1999—），男，廣東人，本科。

鄧堅(jiān)成（1999—），男，廣東人，本科。

方銳凱（1998—），男，廣東人，本科。

毋茂盛（1963—），男，河南人，博士，教授，主要研究方向?yàn)榍度胧郊夹g(shù)。