基于多件同取模式的校园快递取件控制系统研究与应用

牛勇 周玉熬 马麟

摘  要：如今的电子商务、物流服务已深入到我们生活的每一个角落。校园网购已然成为高校师生的主要购物方式，新冠疫情影响下网购量激增。全国各大高校物流末端的配送主要还是“地摊”和快递柜模式，由于高校师生取件时间比较固定，经常出现排长龙取快递的现象，取件效率低下、秩序混乱。为此，文章基于电子传感技术、语音识别技术设计一款可以实现多件同取的快递取件系统，传统取一件的时间可完成多件同取，缩短取件时间，避免扎堆现象的发生，语音功能可实现非接触式取件，在疫情防控下有着很高的应用价值。

关键词：末端配送;取件效率;语音识别技术;多件同取

中图分类号：TP311            文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）03-0001-05

Research and Application of Campus Express Pickup Control System Based on Multiple Pickup Mode

NIU Yong， ZHOU Yuao， MA Lin

（Xining Urban Vocational & Technical College， Xining  810001， China）

Abstract： Today’s E-commerce and logistics services have penetrated into every corner of our lives. Campus online shopping has become the main shopping method for teachers and students in colleges and universities， especially during the COVID-19 epidemic， the number of online shopping has surged. The logistics terminal distribution of major universities across the country is mainly the “street stall” and express cabinet mode. Due to the relatively fixed time for college teachers and students to pick up parts， there are often long queues to pick up express， which leads to low efficiency and disorder. Therefore， based on electronic sensing technology and speech recognition technology， this paper designs an express pick-up system that can realize multiple pieces taken at the same time. The traditional time of taking one piece can complete multiple pieces taken at the same time， shorten the pick-up time， avoid the occurrence of pile up， and the speech function can realize non-contact pick-up， which has high application value in epidemic prevention and control.

Keywords： terminal distribution; pickup efficiency; voice recognition technology; multiple pieces taken at the same time

0  引  言

隨着电子商务的蓬勃发展，以90后、00后为代表的中学生及大学生成为网购中一支强大的生力军。中国教育后勤协会、阿里巴巴研究院发布的《校园快递行业发展报告（2020）》显示，校园快递近几年持续稳定增长。教育部披露的高等教育在校师生4 002万人，共有各类普通高等学校2 688所，高校学生人均快递达78件，是全国人均42件的1.8倍。快递已成为高校生活不可或缺的一部分，《报告》建议将快递服务纳入与食堂、宿舍同等重要的公共服务范畴。

当前，新冠疫情依旧肆虐全球，高校作为人员密集之地，疫情防控工作尤为重要。校园快递室不仅是校园“快递最后一公里”最关键的一步，也是校园疫情防控中需要倍加警惕的一步。疫情期间，网上购物是师生消费首选，这使得各大高校的快递量暴涨。传统的地摊式和站点式快递点采用纯人力模式，工作效率低，尤其是疫情期间快递量大幅度增长，致使快递员的工作量呈几何级增长，排长龙取快递成为每天课间的常态。智能快递柜的应用也未能解决棘手问题，占地面积大、采购成本高成为制约快递柜普及的最大障碍，快递量暴增时快递柜的固定存放量难以应对突发情况。制定校园快递业务的管理办法以及智能设备的升级迫在眉睫。

1  系统总体设计

基于多件同取模式的校园快递取件控制系统，是一款应用于校园快递室的取件系统。具有非接触式取件、多件同取、大吞吐量运作等优势，填补了全国校园快递智能化取件的空白，为高校、小区，以及企业快递室提供一种非接触式快速取件服务，解决了传统取件工作效率低、管理混乱、应急能力差等问题。工作人员可通过语音或按键输入，实现快递自动分拣并传送至取件平台，采用人机配合的模式可实现大吞吐量运转。整个过程实现非接触取件，降低了疫情期间交叉感染的风险。

系统由语音编码采集和智能分拣两个模块组成。采用手机语音识别APP来识别快递编码语音信号，进行特征提取并与系统存储模型进行匹配，与模板库模型进行防误识别，将识别结果通过手机蓝牙无线发送，控制系统主服务器接收信号进行信息处理，启动相应快递分拣电路进行快递选取，同时启动传送带，将选取的快递传送至工作人员工作平台。系统总体设计如图1所示，采用APP inventer软件设计专用智能快递室语音分拣APP，采用单片机作为系统主控，其具有高速、可靠、低功耗、强抗干扰性能，满足系统设计需求，可实现对分拣模块继电器的智能控制。

如图2所示，学生排队进入快递室向工作人员说出快递编码，工作人员可以通过语音或触摸屏连续将多个编码传输至主服务器，系统在自动分拣货物的同时启动传送带，将货物送达取件平台，这样学生就可以在很短的时间内拿到快递。

1.1  语音输入——实现非接触取件

工作人员利用手机APP语音或按键输入快递编码，通过蓝牙通信模块进行数据传输，主控制器单片机或PLC接收到无线信号后进行信号处理，实现物品分拣及传送到工作平台。工作人员只需站在取件台进行语音和按键输入，全程实现非接触式取件，对高校疫情防控起到至关重要的作用。

1.2  人机配合——实现大吞吐量运转

采用人机配合的方式，可轻松应对双十一、618等特殊时期快递量暴增的情况，解决了传统快递柜格口数量不足的弊端，灵活处理突发事件，工作人员在学生上课期间补货，课余时间派货，科学合理利用时间。人机相互配合的方式，可以在传统取一件快递的时间内完成10件快递的派送，实现大吞吐量运转。

1.3  多任务工作——实现高效化工作

传统取件模式只能一件一件找货，工作效率低，在取件高峰期常常出现排长龙的情况。本产品扭转了传统取件模式的弊端，可实现多任务取件，工作人员可以同时语音输入多个快递编码，一次完成对多个快递的取件，大大提高了工作效率，有效解决了取件排长龙的问题。

2  硬件电路设计

系统硬件电路由四个部分构成：由IAP单片机构成的主控单元电路、由Hc-05蓝牙模块构成的无线接收电路、由I/O控制的矩阵分拣电路和履带电机驱动电路。蓝牙发送模块采用手机自带蓝牙，降低设备开发成本，总体设计如图3所示。以低功耗IAP15F2K60S4微型处理器为整个系统的控制核心连接各个模块。设计满足使用需求，可实现快速响应，提高取件效率。

2.1  主控电路原理图设计

系统主控采用低功耗IAP15F2K60S4增强型8051内核单片机。此款单片机具有高速、低功耗、抗干扰能力强等优点，速度是传统单片机的8～12倍，适合快速处理快递语音编码信号，具有62个I/O口，4个全双工异步串行口（UART），满足产品设计需求。

2.2  无线传输电路设计

无线模块采用蓝牙无线通信，工作人员通过手机拾音器采集待取快递编码，语音快递分拣APP进行信号处理及无线发送。控制系统接收手机APP发送的蓝牙信号，相关分拣装置快速响应，分拣货物。采用语音分拣，可以通过APP集中说出几件快递的编码，实现多件同取，提高工作效率。本系统采用HC-05蓝牙模块，蓝牙模块的TXD接单片机的RXD，蓝牙模塊的RXD接单片机的TXD。此模块传输距离可达100 m，基本满足校园快递收发室设计要求。蓝牙模块硬件接线图如图4所示。

2.3  分拣电路设计

为了减少I/O口的占用，提高使用率，将输出口排列成矩阵形式输出。在矩阵式排列中，每条水平线和垂直线在交叉处连接推动板，控制继电器线圈，一组I/O口可以控制4×4=16个推动板，线数越多，区别越明显。主控总共有62个I/O口，最多可控制31×31=961个推动板，满足校园快递收发室需求。图5为输出口矩阵控制电路，I/O口P0.3输出高电平1，P0.7输出低电平0，推动板控制电路继电器线圈A1得电，控制推动板舵机将货物推送至传送履带，实现快递快速分拣。

3  软件设计

软件设计主要包括语音信号处理、无线通信、智能分拣三个部分。语音信号处理采用App Inventor开发。如图6所示为程序流程图，工作人员在获取取件学生的快递编码之后，通过手机管理APP采集，实现语音信号采集，进行快递编码特征信号的提取，同时与系统存储模型进行匹配。如若采集到取件信息，通过手机蓝牙进行无线传输，主控接收到信号，控制相关I/O口输出低电平，响应继电器工作，将快递推送至传输履带完成快递智能分拣。

4  快递室货架结构设计

根据校园快递室快递分发需求，对传统货架进行改造，如图7所示，快递室货架由置物架3、传送履带4、传送轨道6及货物平台7组成。置物架由隔断1和货物推动板2组成。

工作人员提前将所有快递进行分类，按照快递类型放置于置物架上，比如S通的放置在A架上，Z通的放置在B架上。工作人员通过手机APP进行语音拣选时，进行货物语音输入，手机通过无线蓝牙将信息传输给主控单元5，主控单元对信息进行处理，控制相应货物推动板将所选货物推至传送履带，将货物传送至货物平台7上。

5  快递室APP设计

为节省快递室工作人员来回寻找快递的时间，提高其工作效率，校园快递管理系统APP采用App Inventor开发。App Inventor是一款基于Web的Android应用开发工具。用户能够通过该工具软件以及谷歌的Android系列软件自行研发适合手机使用的应用程序。借助arduino图形化语言并调用蓝牙通信函数实现了APP登录界面、控制界面、管理界面的设计。在前端界面进行页面设计和添加功能组建，再转到程序编写界面编写后台应用程序。APP登录界面和语音输入界面如图8（a）、8（b）所示。

在登录界面设置密码栏，密码仅供快递室管理员使用，输入密码进入控制界面后，可以通过语音输入控制和手动输入控制两种方式实现快速取件。同时，工作人员可以进入管理界面实时查看快递信息，如图8（c）所示，绿色框代表已取件，红色框代表未取件，工作人员可以凭此及时补充快递并督促用户取件。在双十一、618等销售旺季，此模式可以从容应对快递量的暴增。

6  结  论

设计基于语音识别、智能分拣及自动传送的校园快递取件系统，实现语音取件代替人工取件，大大提高了取件效率。工作人员利用用户终端APP或者基于MCGS触摸屏对取件人员的快递编码进行语音输入或按键输入，通过蓝牙通信模块进行数据传输，主控器处理信息驱动推送部模块进行快递分拣，同时启动传送部模块进行快件传输。快递柜智能控制系统采用矩阵输出，降低设备成本。使传统的地摊式和菜鸟驿站等接触式站点向智能化非接触式站点转换，利用语音识别、人脸识别等技术进行智能化改造，实现快递取件智能化非接触式模式创新。

工作人员通过专用APP对取件者提供的快递编码进行语音输入或按键输入。蓝牙HC-05接收无线信号进行处理，驱动相应分拣装置进行快递分拣以及将分拣出的快递传送至货物平台。整个系统不但节省工作人员找件的時间，而且可以多任务工作，同时取出多个快递件。整个取件过程从传统接触式到智能非接触式的转变，大大提高了工作人员的工作效率，有效减少人员聚集、扎堆，在新冠疫情下有着很大的实用价值。

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作者简介：牛勇（1989—），男，回族，甘肃定西人，讲师，硕士研究生，研究方向：电子信息技术、物联网应用技术;马麟（1997—），男，回族，青海西宁人，助教，本科，研究方向：物联网应用技术;周玉熬（1973—），男，汉族，青海大通人，副教授，本科，研究方向：创新创业教育。