基于LabVIEW的便捷式快遞取件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

侯向鋒+周兆豐++葉軍立

摘 要： 針對(duì)快遞分派點(diǎn)快件配送體系的瓶頸問(wèn)題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了便捷式快遞取件系統(tǒng)。該系統(tǒng)綜合運(yùn)用了LabVIEW虛擬儀器編程技術(shù)、近場(chǎng)通信技術(shù)和嵌入式編程等技術(shù)。存放快件時(shí)，該系統(tǒng)根據(jù)快件類(lèi)型自動(dòng)為快件分配存儲(chǔ)柜號(hào)碼，通過(guò)掃描快件條碼及時(shí)將快件信息錄入系統(tǒng)，并同步短信通知收件人領(lǐng)取快件。領(lǐng)取快件時(shí)，該系統(tǒng)通過(guò)取件人手機(jī)尾號(hào)或讀取帶有NFC標(biāo)簽的卡片實(shí)時(shí)調(diào)出快件信息以快速確定其位置，從而有效地提高快遞分派點(diǎn)的工作效率。經(jīng)測(cè)試，該快遞取件系統(tǒng)可降低快遞分派點(diǎn)的運(yùn)營(yíng)成本為現(xiàn)在的甚至。

關(guān)鍵詞： 快遞取件系統(tǒng)； ARM處理器； LabVIEW； 近場(chǎng)通信

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34； TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）12?0155?04

Abstract： In order to solve the bottleneck problem of the express delivery system of the express dispatch station， a convenient express delivery system was designed and implemented. The LabVIEW virtual instrument programming technology， near field communication （NFC） technology， embedded programming technology and other technologies are used in this system synthetically. When the express is deposited， the system will allocate the number of the locker for express automatically according to its type， the express information is input into the system timely by means of the scanning of the express code， and the system informs the recipient by synchronous SMS. When the express is received， the system will export the express information in real time by means of mobile phone tail number of the receiver or read of the card with NFC tags to locate its location quickly， so as to improve the working efficiency of the express dispatch station. The test result shows that the express delivery system can reduce a half or two third operation cost of the express dispatch station.

Keywords： express delivery system； ARM microprocessor； LabVIEW； near field communication

0 引 言

在改革紅利和網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物兩大動(dòng)力的推動(dòng)下，快遞業(yè)迅速發(fā)展，然而收件人無(wú)法及時(shí)收到取件通知、工作人員無(wú)法快速定位快件、無(wú)法防止冒領(lǐng)等問(wèn)題使快遞業(yè)遭遇了“最后100米”的困擾[1?3]。目前快遞業(yè)“最后100米”快件派送的方式主要有兩種[4?5]：

（1） 大部分的快遞分派點(diǎn)，首先由專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)通知的工作人員給收件人一一地發(fā)送短信通知其來(lái)領(lǐng)取快件，然后再按照快件的種類(lèi)（袋子、盒子、文件等）分配存放快件的位置以待取件人領(lǐng)取。取件時(shí)，工作人員通過(guò)取件人所說(shuō)的姓名、快件的種類(lèi)到相應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行尋找。

（2） 部分城市社區(qū)和大學(xué)校園內(nèi)裝有專(zhuān)門(mén)的快遞儲(chǔ)物柜。工作人員把快件存放到儲(chǔ)物柜里，然后通過(guò)短信給收件人發(fā)送一個(gè)對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)柜的動(dòng)態(tài)密碼。收件人可以在任何時(shí)候憑借動(dòng)態(tài)密碼到儲(chǔ)物柜領(lǐng)取快件。

第一種派送方式是目前快遞分派點(diǎn)最為普遍的一種方式，但是這種方式導(dǎo)致快遞分派點(diǎn)的工作效率低下，投入成本較高，并且常常出現(xiàn)收件人不能及時(shí)領(lǐng)取快件甚至冒領(lǐng)的現(xiàn)象。與前一種派送方式相比，第二種派送方式解決了冒領(lǐng)和收件人不能及時(shí)取件的問(wèn)題，在一定程度上提高了工作效率，降低了成本。但是這種派送方式仍然給工作人員帶來(lái)較大的工作量，一方面要把快件放到儲(chǔ)物柜里，另一方面還要獲取儲(chǔ)物柜的動(dòng)態(tài)密碼并且將其發(fā)送給收件人。在快遞量大的情況下，就難以確保工作人員在存放快件時(shí)的工作質(zhì)量。

針對(duì)這些問(wèn)題，本文提出一套提高快遞分派點(diǎn)工作效率、降低運(yùn)營(yíng)成本的方案，并且實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)整機(jī)調(diào)試。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的快遞取件系統(tǒng)主要分為兩部分：存放快件系統(tǒng)和領(lǐng)取快件系統(tǒng)。存放快件系統(tǒng)主要由條碼掃描模塊、上位機(jī)以及短信通知模塊組成。領(lǐng)取快件系統(tǒng)主要由鍵盤(pán)模塊、上位機(jī)和近場(chǎng)通信（Near Field Communication，NFC）標(biāo)簽讀取模塊組成。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 硬件平臺(tái)

便捷式快遞取件系統(tǒng)以32位ARM處理器為主控，計(jì)算機(jī)為控制終端，將激光條碼掃描器、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（Global System for Mobile communications，GSM）短信模塊、鍵盤(pán)以及NFC讀寫(xiě)器整合在一起。系統(tǒng)硬件平臺(tái)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

（1） 32位ARM處理器。下位機(jī)控制器部分采用的是基于32位處理器STM32F103RBT6的開(kāi)發(fā)板，其尺寸為8 cm×10 cm×2 cm（包括液晶，但不計(jì)算銅柱的高度），板上除晶振外所有的I/O口全部引出。STM32F103RBT6是ST公司基于ARM最新Cortex?M3架構(gòu)內(nèi)核的32位處理器，時(shí)鐘頻率最高可達(dá)72 MHz，具有128 KB FLASH，20 KB RAM、12位ADC、3路USART和4個(gè)16位定時(shí)器等多種資源。強(qiáng)大的內(nèi)核，豐富的片上外設(shè)，使得硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得較為簡(jiǎn)單，為嵌入式應(yīng)用提供靈活有效的解決方案。

（2） GSM短信模塊。GSM短信模塊主要由模塊ATK?SIM900A組成。ATK?SIM900A是 ALIENTEK 推出的一款高性能工業(yè)級(jí) GSM/GPRS 模塊（開(kāi)發(fā)板），可工作在900/1 800 MHz雙頻段，可低功耗實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、SMS（短信、彩信）、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸。模塊ATK?SIM900A支持RS 232串口和LVTTL串口（即支持3.3 V/5 V系統(tǒng)），并帶硬件流控制，支持5～24 V的超寬工作范圍，使得本模塊可以非常方便地與用戶產(chǎn)品進(jìn)行連接，從而給用戶產(chǎn)品提供包括語(yǔ)音、短信和GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

（3） NFC讀寫(xiě)器。NFC讀寫(xiě)器是具有讀取NFC標(biāo)簽功能的專(zhuān)用讀卡設(shè)備。NFC標(biāo)簽大致分為ISO14443?A，ISO14443?B，TOPAZ，MIFARE和Felica五種類(lèi)型。由飛利浦公司和索尼公司共同開(kāi)發(fā)的NFC為電子設(shè)備之間近距離通信提供了一種標(biāo)準(zhǔn)，該方式實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低廉，使用前景較為廣泛。

（4） 鍵盤(pán)。鍵盤(pán)模塊是由數(shù)字小鍵盤(pán)獨(dú)立構(gòu)成。在領(lǐng)取快件時(shí)，通過(guò)數(shù)字小鍵盤(pán)輸入收件人手機(jī)號(hào)碼后四位來(lái)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)以獲得快件信息，并同步獲取快件位置。該模塊是目前快遞分派點(diǎn)人工身份驗(yàn)證的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，也解決了沒(méi)有或忘記帶NFC標(biāo)簽的快遞用戶身份驗(yàn)證的問(wèn)題。

（5） 激光條碼掃描器。本系統(tǒng)采用鑫碼激光條碼掃描器M?3100，它掃描速度快、使用方便，內(nèi)置多個(gè)接口，只需換線設(shè)置即可使用。它采用光學(xué)原理，讀取條碼信息，解碼后通過(guò)有線或無(wú)線方式傳輸給PC機(jī)或別的設(shè)備。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 GSM短信模塊

3.1.1 STM32F103RBT6串口通信

快遞取件系統(tǒng)的下位機(jī)部分充分利用STM32F103RBT6的串口1和串口2。其中串口1位于端口A的PA9（TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)串行輸出）和PA10（RXD：接收數(shù)據(jù)串行輸入），用于主控制器和上位機(jī)串口通信。串口2位于端口A的PA2（TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)串行輸出）和PA3（RXD：接收數(shù)據(jù)串行輸入），用于和模塊SIM900A?GSM進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)短信通知。

首先打開(kāi)串口1及相關(guān)端口的時(shí)鐘，然后設(shè)置I/O狀態(tài)及波特率（USART1?>BRR寄存器），配置為1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、無(wú)校驗(yàn)及1位停止位，使能接收緩沖區(qū)非空中斷，并設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)。對(duì)串口2的設(shè)置與串口1類(lèi)似。

3.1.2 短信通知模塊的程序設(shè)計(jì)

快遞取件系統(tǒng)的上位機(jī)下達(dá)發(fā)送指令后，下位機(jī)會(huì)給上位機(jī)反饋發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。此時(shí)，上位機(jī)會(huì)判斷反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)和發(fā)送的數(shù)據(jù)是否相等，相等則視為通信正常。如果上位機(jī)與下位機(jī)通信正常，就首先置位短信通知標(biāo)志位，然后模塊SIM900A?GSM開(kāi)始接收控制器STM32F103RBT6傳送過(guò)來(lái)的電話號(hào)碼和短信發(fā)送指令進(jìn)行短信通知，其軟件流程圖如圖3所示。

3.2 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

3.2.1 LabVIEW與STM32F103RBT6通信

設(shè)計(jì)的快遞取件系統(tǒng)采用LabVIEW中的VISA設(shè)計(jì)串口通信。VISA是一種標(biāo)準(zhǔn)接口，是一套標(biāo)準(zhǔn)的I/O底層函數(shù)庫(kù)，依據(jù)實(shí)際接口類(lèi)型（串口、GPIB等）自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)接口的驅(qū)動(dòng)程序，對(duì)于編程者來(lái)說(shuō)比較方便。

LabVIEW通過(guò)配置串口與芯片STM32F103RBT6進(jìn)行通信，其編程只需調(diào)用相關(guān)控件，配置對(duì)應(yīng)的參數(shù)即可。LabVIEW與芯片STM32F103RBT6通信的程序框圖如圖4所示。

3.2.2 LabVIEW訪問(wèn)Access數(shù)據(jù)庫(kù)

LabVIEW SQL Toolkit是集成了大多數(shù)常用數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)功能的模塊，支持高級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)功能，具有良好的可移植性；支持ODBC及OLE DB兼容的數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)；支持ADO支持的所有數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，與SQL兼容，可以用G語(yǔ)言（用戶無(wú)需學(xué)習(xí)SQL語(yǔ)法）的形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢、添加、修改及刪除等操作[6?8]。

用戶只需要建立自己的Access數(shù)據(jù)庫(kù)，然后創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的UDL文件，便可以通過(guò)LabVIEW Database Connectivity Toolset（訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的附加工具包）中的相關(guān)控件對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)及編輯[9]。

3.2.3 存放快件上位機(jī)界面

首先由獲取UDL文件的一個(gè)子VI關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)，接著通過(guò)打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)表的連接工具獲取數(shù)據(jù)表，經(jīng)過(guò)行列檢索提取整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表里的信息；然后運(yùn)用SQL語(yǔ)句進(jìn)行條件選擇；最后通過(guò)掃描快件的條碼來(lái)檢索其信息，并更新數(shù)據(jù)庫(kù)。存放快件上位機(jī)界面的程序框圖如圖5所示。

3.2.4 領(lǐng)取快件上位機(jī)界面

通過(guò)獲取UDL文件和數(shù)據(jù)庫(kù)表后，只需運(yùn)用SQL語(yǔ)句對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表的信息進(jìn)行查詢選擇，便可調(diào)取出查詢的信息。在本文設(shè)計(jì)的快遞取件系統(tǒng)中，通過(guò)手機(jī)尾號(hào)或者讀取帶NFC標(biāo)簽的卡片來(lái)檢索快件信息，從而獲取存儲(chǔ)柜編號(hào)來(lái)迅速定位快件。領(lǐng)取快件的程序框圖如圖6所示。

4 測(cè)試結(jié)果

由于快遞分派點(diǎn)的快件數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)法獲取，設(shè)計(jì)的快遞取件系統(tǒng)的性能測(cè)試是基于自己建立的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行的。測(cè)試分為兩部分，一部分是存放快件，另一部分是領(lǐng)取快件。

4.1 存放快件測(cè)試

當(dāng)有快件派送到快遞分派點(diǎn)時(shí)，根據(jù)快件的類(lèi)型（袋子、盒子、文件等），系統(tǒng)自動(dòng)給快件生成存儲(chǔ)柜號(hào)碼。工作人員通過(guò)掃描快件的條碼來(lái)更新數(shù)據(jù)庫(kù)并提取收件人手機(jī)號(hào)碼，然后點(diǎn)擊發(fā)送指令通知下位機(jī)發(fā)送短信，最后將快件放入系統(tǒng)為其分配的存儲(chǔ)柜。整個(gè)存放快件的過(guò)程一般需要3～5 s。存放快件的測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

4.2 領(lǐng)取快件測(cè)試

當(dāng)取件人來(lái)領(lǐng)取快件時(shí)，在取件上位機(jī)界面中鍵入取件人4位手機(jī)尾號(hào)或者讀取取件人的帶NFC標(biāo)簽的卡片，來(lái)獲取快件信息并進(jìn)行身份驗(yàn)證。若驗(yàn)證通過(guò)，則根據(jù)存儲(chǔ)柜編號(hào)快速定位快件。如果驗(yàn)證沒(méi)有通過(guò)，則報(bào)警提醒。整個(gè)取件過(guò)程一般需要2～4 s。領(lǐng)取快件的測(cè)試結(jié)果如圖8所示。

5 結(jié) 論

本文首先對(duì)目前快遞分派點(diǎn)的運(yùn)營(yíng)模式進(jìn)行了調(diào)查和分析，然后針對(duì)快遞分派點(diǎn)工作效率低下、運(yùn)營(yíng)成本較高的問(wèn)題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了便捷式快遞取件系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于32位ARM處理器STM32F103RBT6的，并在LabVIEW虛擬儀器的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了條碼掃描、STM32F103RBT6串口通信、SIM900A GSM通信、LabVIEW串口通信、LabVIEW訪問(wèn)Access數(shù)據(jù)庫(kù)、NFC標(biāo)簽的讀取的功能。

本文設(shè)計(jì)的快遞取件系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)在于：實(shí)現(xiàn)了快件掃描入庫(kù)和短信通知的同步性。這使得收件人能在第一時(shí)間獲得取件通知，也使得快遞分派點(diǎn)不再需要專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)發(fā)短信通知的工作人員，在很大程度上減少了分派點(diǎn)的運(yùn)營(yíng)成本，提高了存放快件的效率。在取件時(shí)通過(guò)手機(jī)尾號(hào)或帶NFC標(biāo)簽的卡片或來(lái)驗(yàn)證收件人的身份，同時(shí)從調(diào)取的快件信息里獲取快件的存儲(chǔ)柜編號(hào)，快速定位快件。這在一定程度上避免了冒領(lǐng)的風(fēng)險(xiǎn)，并且優(yōu)化了快件存放位置的管理，提高了領(lǐng)取快件的效率。經(jīng)過(guò)整機(jī)測(cè)試，表明該方案有效可行。采用了該系統(tǒng)的快遞分派點(diǎn)，可以省去專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)發(fā)短信的員工，減少負(fù)責(zé)取件查找的員工。對(duì)于一般的快遞分派點(diǎn)來(lái)說(shuō)，所需工作人員可由現(xiàn)在的3～6人減少為2～3人。本文設(shè)計(jì)的快遞取件系統(tǒng)在一定程度上提高了快遞分派點(diǎn)的工作效率，降低了其運(yùn)營(yíng)成本，優(yōu)化了其管理模式。但是該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在一些問(wèn)題，比如快遞公司數(shù)據(jù)庫(kù)授權(quán)、條形碼信息不完備等。

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