一種簡(jiǎn)易快遞終端主控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：文章提出了一種在低成本MCU平臺(tái)F28M35Hx上實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)易快遞終端主控系統(tǒng)，給出了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。該快遞終端主控系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，在較大規(guī)模的快遞終端系統(tǒng)多點(diǎn)部署中具有突出的成本優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：快遞終端；主控系統(tǒng)；F28M35Hx；多點(diǎn)部署

引言

電子商務(wù)的蓬勃發(fā)展為快遞行業(yè)帶來(lái)巨大的發(fā)展機(jī)遇，國(guó)家郵政局于2016年5月所發(fā)布的2015年郵政行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)中顯示，2015年全國(guó)快遞業(yè)務(wù)量為206.7億件，收入為2769.6億元，可以看出快遞已經(jīng)成為一個(gè)重要的產(chǎn)業(yè)，其有序健康發(fā)展對(duì)于進(jìn)一步推動(dòng)電子商務(wù)的健康發(fā)展具有重要意義。目前在快遞業(yè)的“最后1公里”的派送方式仍然主要基于快遞員的上門(mén)派送，在快遞員的派送量逐漸增大，物品的體積和重量也逐漸多樣化的情況下，這一派送方式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足快遞行業(yè)的需求，因此許多公司紛紛采用在人口密集的區(qū)域部署快遞終端（快遞柜）的方式來(lái)提高工作效率。但是目前的大多數(shù)快遞終端的主控系統(tǒng)采用工控機(jī)+單片機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)[1]，具有成本較高，性?xún)r(jià)比低的缺點(diǎn)。雖然目前有部分研究也提出了一些簡(jiǎn)易的快遞終端系統(tǒng)[2]，但是只具有簡(jiǎn)單的功能，并且只能實(shí)現(xiàn)單體運(yùn)營(yíng)，實(shí)用性低。另外一方面，目前的快遞終端系統(tǒng)，只集中部署在城市中人口密集的區(qū)域，對(duì)于郊區(qū)或者農(nóng)村地區(qū)，由于建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本的問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大范圍的覆蓋，然而目前農(nóng)村電商服務(wù)是電商的重要發(fā)展方向[3]，也是政府部門(mén)改善廣大農(nóng)村生活便利性的一個(gè)重要內(nèi)容。

基于以上問(wèn)題，為降低快遞終端系統(tǒng)的成本，盡快盡早實(shí)現(xiàn)對(duì)更多地區(qū)的覆蓋，提高快遞行業(yè)配送的效率，推動(dòng)農(nóng)村電商服務(wù)的發(fā)展，文章設(shè)計(jì)出了一種新型的簡(jiǎn)易快遞終端的主控系統(tǒng)，結(jié)合相應(yīng)的箱體及機(jī)械結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)各種規(guī)格的快遞終端系統(tǒng)。下面分別從總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行闡述。

1快遞終端主控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

文章所設(shè)計(jì)的快遞終端主控系統(tǒng)所適用的快遞終端系統(tǒng)的采用圖1所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行部署，其中每個(gè)快遞終端本地只保存少量數(shù)據(jù)，大部分?jǐn)?shù)據(jù)都通過(guò)通信接口實(shí)時(shí)提交到遠(yuǎn)端的服務(wù)器中，遠(yuǎn)端的服務(wù)器維護(hù)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，保存了下屬的各個(gè)快遞終端中投遞和取走的快遞的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并且根據(jù)整體策略向下屬的各個(gè)快遞終端發(fā)送各種命令。這種結(jié)構(gòu)使得快遞終端都是輕量級(jí)的，在建造和運(yùn)營(yíng)成本上具有很大的優(yōu)勢(shì)，能快速在農(nóng)村或者城市郊區(qū)進(jìn)行推廣。

2 快遞終端主控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的處理器采用德州儀器公司（Texas Instruments，TI）的DSP+ARM雙核處理器F28M35H52C，該處理器具有非常豐富的片上資源，包括浮點(diǎn)運(yùn)算單元、136KB內(nèi)部靜態(tài)RAM、1024KB內(nèi)部Flash、以太網(wǎng)控制器、PWM、ADC、CAN、USB、SPI、IIC等。并且由于該處理器的單片價(jià)格為10美元左右，而對(duì)于很多常規(guī)的應(yīng)用，幾乎不需要添加額外的片外外設(shè)即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的需求，具有很高的性?xún)r(jià)比[4]。

快遞終端主控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中通信接口包括兩類(lèi)，一種是以太網(wǎng)口，適用于能就近接入有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)合，由于F28M35H52C片內(nèi)具有以太網(wǎng)控制器，只需要外接一片SMSC公司的物理層芯片LAN8710a即可滿(mǎn)足聯(lián)網(wǎng)的需求，而4G網(wǎng)絡(luò)則適用于各類(lèi)偏遠(yuǎn)的地區(qū)，目前市場(chǎng)上有各類(lèi)串口轉(zhuǎn)4G的模塊，F(xiàn)28M35H52C通過(guò)一個(gè)串口即可實(shí)現(xiàn)連接4G網(wǎng)絡(luò)。此外，為了能對(duì)投遞人和取件人進(jìn)行拍照存證，系統(tǒng)中還添加了攝像頭，選擇了OV7670攝像頭，利用F28M35H52C的GPIO口來(lái)模擬SCCB總線(xiàn)來(lái)對(duì)攝像頭進(jìn)行控制。鍵盤(pán)、液晶模塊（LCM12832）和條碼讀卡器是用戶(hù)接口，而機(jī)械部分的電機(jī)控制由F28M35H52C片上的PWM來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 快遞終端主控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

快遞終端主控系統(tǒng)的軟件是多任務(wù)的，基于TI-RTOS來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體開(kāi)發(fā)時(shí)通過(guò)TI公司的Code Composer Studio（CCS）集成開(kāi)發(fā)工具在相應(yīng)工程中對(duì)*.cfg文件，可對(duì)各外設(shè)的驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、任務(wù)、任務(wù)間通信和同步機(jī)制等模塊進(jìn)行靜態(tài)配置和裁剪。TI-RTOS是由德州儀器公司研發(fā)的一款功能完善的，面向MCU平臺(tái)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)[5]。TI-RTOS 提供了功能完善的一整套系統(tǒng)軟件組件，包括內(nèi)核、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、文件系統(tǒng)以及各類(lèi)外設(shè)的驅(qū)動(dòng)等，這使得開(kāi)發(fā)人員能夠?qū)Ｗ⒂谠O(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)，從而大大縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期?？爝f終端主控系統(tǒng)的軟件整體結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要分為四個(gè)任務(wù)，任務(wù)間通過(guò)信號(hào)量（semaphore）來(lái)實(shí)現(xiàn)同步，而數(shù)據(jù)的傳輸則采用共用的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，這樣能節(jié)省系統(tǒng)所需內(nèi)存，并且也具有較高的效率。

從流程上，當(dāng)用戶(hù)接口部分接收到外部事件時(shí)，會(huì)根據(jù)外部事件的類(lèi)型分別啟動(dòng)通信、存證及電機(jī)驅(qū)動(dòng)等模塊的相關(guān)操作，圖4是一個(gè)快遞終端主控系統(tǒng)軟件的流程圖。當(dāng)快遞員或者取快件人按下相應(yīng)的按鍵時(shí)，用戶(hù)接口任務(wù)會(huì)根據(jù)按鍵的內(nèi)容在LCD屏幕上顯示相應(yīng)的提升內(nèi)容，如果操作者是快遞員，并且其輸入了正確的存件密碼，則根據(jù)其選擇的箱體規(guī)格驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)啟其中一個(gè)箱子的箱門(mén)，并將相應(yīng)信息上傳到服務(wù)器。如果是取件人，經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)和服務(wù)器的通信后對(duì)取件碼進(jìn)行驗(yàn)證后，啟動(dòng)存證任務(wù)，拍攝取件人的正面圖像，由于本主控系統(tǒng)的處理能力有限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的圖像處理、特征提取等工作，所以存證模塊的主要工作是拍攝圖像，將圖像存儲(chǔ)到本地，并且在合適的時(shí)機(jī)將這些數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)及控制服務(wù)器。

4 結(jié)束語(yǔ)

智能快遞終端的出現(xiàn)提高了快遞派送的效率，具有可靠性高，維護(hù)方便等特點(diǎn)。而文章針對(duì)目前的快遞終端存在的建造及運(yùn)營(yíng)成本高，不利于在偏遠(yuǎn)地區(qū)部署的問(wèn)題，提出了一種輕量級(jí)的快遞終端主控系統(tǒng)，基于該主控系統(tǒng)構(gòu)建的快遞終端具有性?xún)r(jià)比高，易于部署等特點(diǎn)，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值，對(duì)于進(jìn)一步提高快遞行業(yè)配送的效率，推動(dòng)農(nóng)村電商服務(wù)的發(fā)展具有一定的意義。

參考文獻(xiàn)

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[5]TI-RTOS.[EB/OL]；2016[updated 2016； cited]； Available from： http：//processors.wiki.ti.com/index.php/TI-RTOS.

作者簡(jiǎn)介：楊震倫（1978-），男，漢族，廣東省大埔縣人，廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院副教授，碩士學(xué)位，研究方向：進(jìn)化算法、圖像處理、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

石坤泉（1967-），男，漢族，廣東省興寧縣人，廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院副教授，學(xué)士學(xué)位，研究方向：數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用、操作系統(tǒng)實(shí)務(wù)及高職教育研究。

鄧單（1981-），男，漢族，湖北省京山縣人，廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院高級(jí)工程師，博士學(xué)位，研究方向：MIMO，物理層安全。