基于O2O行业配送的一种智能保温储物柜的研制

王梓良 季明皓 屈庆烨 李家伟

摘  要：智能储物柜与O2O配送相结合，所用系统基于单片机原理和温度控制元器件，其控制中心配置温度传感器，拥有人工/智能实现温度调控的功能;其柜体采用可拼装式构造，方便器件安装与运输。整体储物柜以结构创新为核心，内置的空气滤芯可保持储物柜内部无异味状态，其每一个小储物格可与通风管直接连接，兼顾送气、排气两种需求。

关键词：智能储物柜;温度控制;可拼装

中图分类号：TP311          文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）02-0075-03

Abstract： The intelligent locker is combined with O2O distribution. The system used is based on the principle of single-chip microcomputer and temperature control components. Its control center is equipped with temperature sensor and has the function of artificial/intelligent temperature regulation. The body adopts an assembled structure， which is convenient for device installation and transportation. The overall locker takes structural innovation as the core. The built-in air filter element can keep the interior of the locker free of peculiar smell. Each small storage compartment can be directly connected with the ventilation pipe， taking into account the needs of air supply and exhaust.

Keywords： intelligent locker; temperature control; assembled structure

0  引  言

隨着依托于互联网的外卖O2O（Online To Offline）行业在近些年得到的迅速发展和线上揽客与线下服务结合的逐步深入，外卖以更加频繁的姿态出现在大学生生活当中。基于外卖配送中或生活中的使用场景——外卖因琐事无法立刻取到导致外卖无法保持适宜食用的温度，或难以维持不同外卖所需的不同的温度（例如：冰制食品需要保持低温、饭菜等需要保持最适宜的40℃左右等），亟须一款适宜存放外卖并能保持其温度的装置。基于此，一种可拼装式智能保温储物柜应运而生[1]，其功能可以满足所有场景使用需求，不论是宿舍楼下、公司门口或是小区楼栋;其内部可以通过配套系统实现商家远程温控或由配送员实操储物柜来保证外卖的最适食用温度。同时，该装置的研发也从根本上防止了恶意盗窃外卖和拿错外卖的现象发生，为了完成这一研究目的，本文采取了如下结构：第一部分是保温储物柜结构的创新点，第二部分是温控及相关系统理论概述，第三部分是产品发展前景及改进方向。

1  储物柜结构的创新

1.1  储物柜外观及结构设计

保温储物柜整体外观为象牙白长方体结构，由众多小储物格组成，而每一个小储物格正面都装配有显示屏，具有显示储物柜内部的温度和调节温度的功能。柜体表层使用喷漆工艺可防止锈蚀且美观大方，连接处则采用寅卯结构与卡扣设计，方便安装且不易脱落。储物柜顶部留有可拆卸式不锈钢挡板，避免阳光暴晒及雨水冲刷。储物柜的循环风口位于背面，出风口处焊接有防护铁网，避免异物进入导致扇叶受损。

1.2  硬件选择

从成本和性能考虑，智能保温储物柜选择单片机作为其核心控制部件，其电路部分包括温度传感器、数码管显示屏、按键控制电路、闪烁指示灯、制热片、智能风扇等，且单片机最小系统为单片机、复位电路以及晶振电路[2]。

1.3  单一储物格的整体设计

储物柜内箱部分采用保温材料高密度玻璃纤维来制作，使物品可以在箱体内长时间保温，在每个储物格外侧会添加温度调节装置，使用者可以根据自己的需求设置合适的温度以保证外卖在一个合适的温度区间——这个功能将通过柜体处的两个独立按键实现调节。

储物柜整体组装方式设计为以拼装式作为组装方式，每一个小的柜格结构设计如图1所示。

标号1是显示温度的电子数字显示屏，尺寸为长50 mm宽30 mm。标号2是用于加热的加热板，里面放置有加热片，从下至上进行加热。标号3是用于放置通风风扇的通风口。整体尺寸为长300 mm、宽300 mm、高100 mm，以便适用于市面上大部分的外卖大小。其正面将安装独立锁芯，每一个单独柜体都加装单独的电子锁结构，将配合外卖APP提供的每一单专属取件码使用。

各储物格均放置在柜体内的类标准型抽屉式模具货架上，储物格与柜体之间所留缝隙选用可反复使用的纤维及弹塑性体材料，利用其强大的弹塑性变形对堵塞密封、防止泄漏具有较强的作用，针对因通线所产生缝隙采用密封胶条处理方案，由此将连接处进行内部封闭。另外，考虑到风化老化以及箱内物品腐蚀情况，可根据实际外部环境的不同，选择在胶条中加入电子感应芯片，即可随时感知箱体保温密封状态。为了保证储物柜整体送风、排风顺畅，避免内部空气浑浊，影响外卖品质，储物格利用小风扇仿造管道新风系统满足小温差无异味的送风要求，且一并实现风管空气自循环，和空气滤芯净化空气的功能。对于每个单独的储物格都具有单独拆卸的功能，在方便维修和保养的同时，也增加了其适用性、耐久性和安全性，进一步扩大了储物格的许用范围。其箱体为独立个体，采用电路整合，并使用风管连接通风口，几个或多个箱体拼接可以实现互通总控，适宜在公共区域安装使用。此外，为了进一步保证柜子的安全，可在储物柜柜体上方设置电子摄像头来负责实时监控外卖。

2  温度控制系统描述

电路核心控制使用AT89C52单片机，温度传感器则采用DS18B20，通过软件编程的方法（本文重点对实现功能和结构进行创新，故编程略），利用显示屏实时显示温度[3]。其中温度控制按键与显示屏相连，使用户悉知储物柜温度状况，并依此调节。温度控制处设置K1按键功能为设置温度上下限，K2设置为增加温度键，K3设置为减少温度键，可实现不同用户对不同物品储存温度的散热需求，适应能力强[4]。智能风扇驱动电路将由三极管驱动，将信号放大，再给风扇供应能源。而数字显示部分，由于柜体只需显示简单的温度数字，所以采用数码管元件就可以满足用户的使用需要，并且这样的组合方式更加符合本结构设计原则，具有低成本、高性能的优良表现。电路设计如图2所示。

外卖种类繁多，不同外卖所需最佳温度也有所不同，保温储物柜的固有系统通过对外卖温度的实时监测，让其储物格内部温度保持一个合理的范围内，并在温度不适宜时进行智能调节。

其调节方式分为两种：

其一由商家在系统后台进行预温度调控，或由配送员通过储物柜外侧温控按钮进行调控——按键部分可以自由设置所选择的温度上下限;

其二若柜子在正常使用状态下未接收到任何温度调节信号则会自动进行温度监测，并维持所测温度。整体运作原理如图3所示。

当外卖被放入储物柜后，温度传感器会将温度信号转化为电子信号然后传达给控制元器件，并通过定时检测、实时反馈的方式来达到外卖保温的目的，其输出的结果会通过外面的电子数字显示屏直观地展现出来[5]。若控制元器件未接收到温度调节指令（按键、后台），则会让该储物格保持一个合理的温度区间。其具体智能调温方式如下：当温度过高则启动风扇进行散热，当温度过低则降低风扇频率，再启动制热片进行加热。每一个储物柜后部都设置了风扇，有通风排气净化异味的作用。

在取得维持外卖温度的基础功能后，为避免市场环境下不同外卖产生的各种偶然事件，如：低劣包装散发异味、高温食品与包装发生化学反应、运输过程中卫生情况难以控制等情况，基于此，温度控制系统将根据不同的极端状况决定风扇的开关，及时止损防止情况进一步恶化影响到其他储物格。当风扇停止工作时，风扇口连接的风管会由自然的空气流通依次将已污染的空气送入空气滤芯进行净化过滤，减少净化速度保证净化质量，进一步保证其他储物格及整体储物柜无污染无异味。

3  发展前景及改进方向

3.1  解锁及远程端操控

目前，大部分外卖O2O平台处于亏损状态，配送成本居高不下，再加上平台运营过程中的出现各种附加支付项等[6]。综合考虑各方面成本问题后，智能保温储物柜使用了较简单的电子解锁方案，但在未来成本可控的情况下，还可以将其升级成遥控电子锁，并增加更先进的人脸识别探头或采用指纹屏触摸解锁功能方便管理员管理。针对主屏幕可以设置主机管理（即在自己的手机APP查看储物柜的存储状态以及使用情况），在手机APP上实现整体机器的管理与使用，当然每个单独的个体也可以通过使用者的手机APP操控温度以及开关锁。主机管理设计如图4所示。

在日常使用时后台管理者可以查看有多少箱体正在被使用，然后只需要在手机APP上选择还未使用的储物柜，并设置好密码或温度，再反馈给配送员，就能够在第一时间将外卖存放。此外，每个储物格上也可以增设红绿指示灯，以此方便个人查看储物柜是否已经存贮物品。若全部箱体都正处在使用状态，管理者可以在手机APP上预约使用储物格，在其预约的储物格使用完毕后，系统将第一时间通知相关配送员加紧外卖配送。

3.2  制冷及通风

智能储物柜目前只能实现恒温功能，并在一定范圍内控制温度变化，还不支持恒温储存低温食品。未来可在风扇处加装小型制冷机，并通过风管与总控制器相连接，实现低温储存的效果。小型制冷机可选用范围较广，但制冷效率较低，基于此商家可以提前通过后台将格内温度设定好，经配送后再将低温的食品放入其中进行储存。对于通风，目前通风管道采用的是小风口的内循环系统，未来可在风扇口处设置气流集体通过的内循环过滤网，这样可以减少过滤次数选用更好的过滤材料或装置，达到更好清洁的能效。

4  总  论

我国外卖市场已经形成了较为成熟的发展方式与较为稳定的竞争格局。虽然近几年增长的速度逐渐趋缓，但是线下配送及外卖储存为服务业提供了新的发展窗口，针对一些常态化的问题，智能储物箱针从一个侧面提供了解决方案。

参考文献：

[1] 贾秉峰.箱式变电站在电动分体式绞吸挖泥船上的应用 [J].中国水运（下半月），2016，16（11）：154-155.

[2] 罗涛，王晓娜，宋世德.光敏传感器智能寻光小车的设计与制作 [J].实验科学与技术，2019，17（4）：25-29.

[3] 轩春青，聂丽颖，高静.基于单片机的大棚多点温控系统 [J].福建电脑，2014，30（3）：169-170.

[4] 刘雪梅，章海亮.物联网技术下的单片机教学——评《单片机应用技术实例》 [J].中国教育学刊，2017（8）：118.

[5] 张娅妮，赵亮，孙立萌，等.一种低温加热电路及其性能测试 [J].电子机械工程，2012，28（5）：11-14.

[6] 王倩影.外卖O2O行业配送模式选择研究 [D].北京：北京交通大学，2017.

作者简介：王梓良（2000—），男，汉族，江苏扬州人，本科在读，研究方向：土木工程;通讯作者：李家伟（1975—），男，汉族，四川宜宾人，研究员，高级工程师，硕士，研究方向：土木工程。