快遞智能自動(dòng)分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

張瑜

摘 要：?設(shè)計(jì)的快遞智能自動(dòng)分揀系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，分為智能終端和信息系統(tǒng)兩大模塊，兩者根據(jù)TCP/IP協(xié)議建立連接，基于檔板式分揀機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能。具體在DSP處理器平臺(tái)上開發(fā)作為客戶端的智能終端，攝像頭會(huì)在包裹的位置通過紅外感應(yīng)器完成檢測(cè)后被觸發(fā)，執(zhí)行對(duì)包裹運(yùn)單圖像的采集和處理過程，最終譯出運(yùn)單號(hào)碼，再通過計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)完成包裹目的地的查詢，智能終端據(jù)此通過控制分離旋轉(zhuǎn)擋臂實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分揀過程。測(cè)試結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)單號(hào)碼的自動(dòng)識(shí)別過程及自動(dòng)分揀，使物流中心的快遞包裹分揀效率得以有效提升。

關(guān)鍵詞：?圖像采集與識(shí)別; 智能控制; 快遞自動(dòng)分揀系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： F 259.23? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Design and Research of Express Intelligent Automatic Sorting System

ZHANG Yu

（Department of Economics and Management， Shanxi College of Communication Technology， Xi'an， Shanxi 710014， China）

Abstract：

An express intelligent automatic sorting system is designed in this paper， it adopts C/S architecture， and is divided into two modules： intelligent terminal and information system. The two modules establish connections by using TCP/IP protocol， and realize automatic control function based on the baffle sorter. The smart terminal is developed as a client on the DSP processor platform. A camera is triggered after the detection of the infrared sensor by the position of the package， and the process of collecting and processing the image of the package document is executed， and the waybill number is finally translated The computer information is then transmitted. The system completes the inquiry of the package destination， and the intelligent terminal realizes the automatic sorting process by controlling the separation of the rotating arm. The test results show that the system can effectively realize the automatic identification process of the waybill number and the automatic sorting control process， so that the logistics parcel sorting efficiency of the logistics center can be effectively improved.

Key words：

image acquisition and recognition; intelligent control; express automatic sorting system

0 引言

隨著我國(guó)電子商務(wù)的快速發(fā)展和完善，逐漸改變了人們的消費(fèi)習(xí)慣，網(wǎng)上購(gòu)物成為主要購(gòu)買方式，促使整個(gè)物流產(chǎn)業(yè)迅速壯大，為滿足物流發(fā)展需求快遞行業(yè)不斷擴(kuò)大，快遞行業(yè)的特點(diǎn)之一在于較強(qiáng)的勞動(dòng)密集性，但現(xiàn)有人力資源已經(jīng)難以滿足快速發(fā)展的業(yè)務(wù)需求，以部分電商舉辦重大促銷節(jié)日時(shí)尤為突出，倉(cāng)庫(kù)內(nèi)大量堆積的包裹增加了勞動(dòng)強(qiáng)度并降低了分揀效率，導(dǎo)致難以及時(shí)分揀、轉(zhuǎn)運(yùn)和派送部分包裹[1]。

1 物流模型及關(guān)鍵技術(shù)

1.1 物流模型

快遞公司物流模型如圖1所示，快遞公司的主要工作在于接收到包裹后進(jìn)行分揀，最終將其送到客戶手中，要求高效、安全、無誤，該模型主要由一級(jí)物流中心和二級(jí)服務(wù)站點(diǎn)構(gòu)成，客戶將快件送到二級(jí)服務(wù)站點(diǎn)，站點(diǎn)根據(jù)要求將快件運(yùn)往服務(wù)整個(gè)城市或地區(qū)的一級(jí)物流中心 E，E負(fù)責(zé)匯總發(fā)往外地的包裹，發(fā)往目的地;接收由各物流中心發(fā)來的快件包裹，經(jīng)過分揀分類后運(yùn)往包裹目的地。快件包裹進(jìn)出庫(kù)后除分揀外還涉及到盤點(diǎn)和查詢等操作，隨著物流同行競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，提高物流輸送效率成為提升競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵所在，快遞公司每天都會(huì)有大量包裹的進(jìn)出，為便于裝車轉(zhuǎn)運(yùn)及配送，在最短時(shí)間內(nèi)快速準(zhǔn)確的分揀出包裹發(fā)往目的地，按照不同的配送地點(diǎn)通過分揀將包裹集中到理貨區(qū)和配送站，在減輕庫(kù)存壓力的同時(shí)提高服務(wù)質(zhì)量[2]。

1.2 條形碼技術(shù)及擋板式分揀機(jī)原理

為使快件包裹能被快速識(shí)別，快遞公司收到訂單后需對(duì)包括寄件及目的地地址、寄/收件人姓名和聯(lián)系方式等在內(nèi)的運(yùn)單信息進(jìn)行記錄，在包裹上貼上印有條碼的運(yùn)單標(biāo)簽，同時(shí)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)，以便于后期識(shí)別跟蹤，按照特定的規(guī)則將一定數(shù)量的黑條和空白（寬度不等）組合成條形碼，即可以符號(hào)的形式傳遞某種信息，使數(shù)據(jù)信息傳遞速度及準(zhǔn)確性得以顯著提升，各快遞公司獨(dú)立編制運(yùn)單上的條形碼，常用條碼類型以Code 128碼、Code 39碼為主[3]。

分揀機(jī)通常安裝于輸送機(jī)兩側(cè)，其帶有的擋板能夠自由切換角度，并且不直接接觸輸送機(jī)上的平面，在傳送帶上放置混在一起的全部快件包裹后，包裹的運(yùn)行方向通過對(duì)擋板進(jìn)行控制和引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)，按照目的地傳輸至相應(yīng)滑槽達(dá)到最終的分揀目的，從而顯著提高包裹分揀效率，使員工的勞動(dòng)強(qiáng)度得以降低。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

目前人工分揀仍然是物流企業(yè)大多采用的方式，不僅工作效率難以提高，還存在較高的差錯(cuò)率，甚至存在暴力分揀降低用戶體驗(yàn)，造成快件破損甚至需承擔(dān)賠償責(zé)任。目前在物流行業(yè)中應(yīng)用的電子標(biāo)簽技術(shù)由于成本較高難以做到普及推廣使用。因此本文對(duì)物流包裹自動(dòng)分揀系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在采集處理運(yùn)單圖像的基礎(chǔ)上，通過條形碼識(shí)別技術(shù)的使用實(shí)現(xiàn)快遞包裹目的地的確定，據(jù)此控制分揀機(jī)實(shí)現(xiàn)包裹自動(dòng)分揀過程，提高分揀過程的自動(dòng)化和智能化水平。

物流的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)在于分揀，本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)分揀系統(tǒng)由圖像采集處理、計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)及運(yùn)輸機(jī)械等模塊構(gòu)成，自動(dòng)分揀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

其關(guān)鍵在于向目的地滑槽中準(zhǔn)確的分揀傳輸帶上的快件包裹，因此為使分揀的效率和準(zhǔn)確度得以提高，改進(jìn)了擋板式分揀機(jī)，運(yùn)用條形碼自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接的建立智能終端和計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)互聯(lián)最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及分揀功能，設(shè)計(jì)客戶端時(shí)采用了C/S架構(gòu)，能夠同計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)（整個(gè)系統(tǒng)的核心部分）自動(dòng)完成數(shù)據(jù)通信過程。傳送帶及其他設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)通過計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)進(jìn)行控制和實(shí)時(shí)顯示，各快件包裹信息需錄入系統(tǒng)中存儲(chǔ)，將位置檢測(cè)裝置安裝在傳輸帶上，當(dāng)其檢測(cè)到快遞包裹時(shí)會(huì)將觸發(fā)信號(hào)自動(dòng)發(fā)送給智能終端，接下來圖像的采集、處理和分析操作由條形碼識(shí)別裝置執(zhí)行，在此基礎(chǔ)上完成快件運(yùn)單號(hào)碼的獲取，通過局域網(wǎng)獲取計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)中的包裹目的地，對(duì)于需在該滑槽處分離的包裹通過控制分離裝置移到指定位置，其余包裹進(jìn)入下一分離區(qū)直至完成所有快件的分揀[4]。

3 硬件結(jié)構(gòu)

本文通過采用集成化設(shè)計(jì)方法以簡(jiǎn)化系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)過程，將分包括檢測(cè)包裹位置、識(shí)別條形碼和控制分離擋板在內(nèi)的功能模塊集成化處理最終由智能終端負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)。

3.1 智能終端硬件平臺(tái)

采用DSP處理器完成該平臺(tái)的核心功能，平臺(tái)結(jié)構(gòu)具體，如圖3所示。

主要由攝像頭及紅外探測(cè)電路（負(fù)責(zé)采集圖像）、繼電器控制電路、網(wǎng)絡(luò)控制器 KS8001L、分離裝置等模塊構(gòu)成。

（1） 攝像頭

攝像頭采用了高性能的MT9V034，像素高達(dá)750×480，自帶10 Bit的并行接口，輸出速度在輸入時(shí)鐘為28 MHz時(shí)可達(dá)60幀/s，具有較高的靈敏度（4.8 V/lux-sec），感光面積為0.66英寸，光線較暗的情況下也能清晰成像，對(duì)外部FPGA的需求可取消，能夠無縫對(duì)接DPS的TI數(shù)字媒體處理器，提供了攝像頭驅(qū)動(dòng)代碼，使自動(dòng)分揀系統(tǒng)的成本得以顯著降低，其所具備的中值濾波算法鍵位使用本文系統(tǒng)智能終端的開發(fā)[5]。

（2） DPS處理器

作為專業(yè)數(shù)字媒體處理器的一種，該處理器工作主頻最高可達(dá)600 MHz，提供了完整的硬件開發(fā)平臺(tái)，其設(shè)計(jì)采用Davinci C64x+內(nèi)核，具備較高的處理性能（5 600 MIPS）和強(qiáng)大的軟件工具，外部擴(kuò)展了存儲(chǔ)空間（包括DDR2和Nor Flash），使開發(fā)圖像和視頻的效率和質(zhì)量得以顯著提升。

（3） 紅外檢測(cè)裝置

該裝置主要負(fù)責(zé)檢測(cè)包裹位置，主要由調(diào)理電路、二級(jí)管及光敏三極管構(gòu)成，為使整個(gè)系統(tǒng)合理分工順利實(shí)現(xiàn)各模塊功能，采集圖像的時(shí)機(jī)極為重要，因此通過紅外檢測(cè)裝置對(duì)智能終端攝像機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行控制，紅外檢測(cè)原理，如圖4所示。

調(diào)理電路在二級(jí)管和光敏三極管間不存在遮擋物時(shí)輸出的電平信號(hào)持續(xù)較低，調(diào)理電路包裹移動(dòng)到二者之間時(shí)會(huì)輸出一個(gè)高電平信號(hào)，此時(shí)GPIO（位于DSP處理器中）收到下降沿的信號(hào)，圖像采集中斷程序立即被觸發(fā)，智能終端執(zhí)行圖像采集和識(shí)別操作[6]。

3.2 自動(dòng)分揀控制原理

本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)分揀系統(tǒng)的工作原理在于：為使分揀機(jī)傳送帶中央同攝像頭間保持垂直對(duì)準(zhǔn)的關(guān)系，將智能終端安裝在分揀機(jī)傳輸帶的正上方，將攝像機(jī)焦距調(diào)整到適當(dāng)值，快件包裹傳至紅外探測(cè)區(qū)時(shí)，則會(huì)將紅外光遮擋住，同時(shí)將一個(gè)高電平信號(hào)傳送給GPIO（位于DSP處理器中），觸發(fā)攝像頭進(jìn)入下一工作程序即識(shí)別條形碼，對(duì)于從條形碼采集到的幀圖像，經(jīng)過處理后完成條形碼的解碼操作（包括定位、分割、圖像增強(qiáng)、二值化和濾波等），通過網(wǎng)絡(luò)控制器上傳所獲取的對(duì)應(yīng)字符串至計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)，據(jù)此完成包裹下一站目的地的查詢，對(duì)于需在該閘口分流的包裹則控制分離裝置將該包裹傳送至對(duì)應(yīng)的滑槽中，具體通過DSP處理器驅(qū)動(dòng)PWM口完成，無需再次分離的快件包裹繼續(xù)由傳送帶傳送至下一閘口，直至完成所有包裹的分揀工作[7]。

4 系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果分析

為了驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)情況，以順豐快遞公司的運(yùn)單號(hào)碼作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，對(duì)識(shí)別條碼過程及分離控制過程進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試實(shí)物如圖5所示。

先在計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)中存入全部包裹的包括運(yùn)單號(hào)碼、發(fā)件地點(diǎn)、目的地等在內(nèi)的運(yùn)單信息，并準(zhǔn)確粘貼到各包裹上，對(duì)分揀過程進(jìn)行測(cè)試模擬，由傳送帶向分離閘口移動(dòng)包裹，以紅外光被包裹遮住時(shí)作為觸發(fā)點(diǎn)，即向智能終端發(fā)送圖像采集信號(hào)，采集到的圖像需做預(yù)處理（包括分割和增強(qiáng)等），結(jié)果見圖5（a），在此基礎(chǔ)上完成二值化和灰度化處理，結(jié)果如圖5（b），識(shí)別到的條形碼信息（基本構(gòu)成要素為起始符+信息+檢驗(yàn)+結(jié)束符）的字符串見圖5（c），根據(jù)黑白條的寬度及起始符完成條和空白數(shù)目及條形碼碼制和方向的判斷，再結(jié)合對(duì)應(yīng)的編碼規(guī)則譯成完整的數(shù)字、字符信息，“11010011100”為測(cè)試結(jié)果的起始碼字符串，結(jié)束符為“2331112”，黑白條圖案為“211232”，據(jù)此判斷其碼制為Code128-C，譯出字符串對(duì)應(yīng)的值如表1所示。

各條形碼中通過設(shè)置對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)碼以確保譯碼的準(zhǔn)確性，校驗(yàn)計(jì)算方法為：用字符值和字符在字符串中的位置的乘積之和除以103余數(shù)即為校驗(yàn)碼，當(dāng)其與條形碼中的校驗(yàn)碼一致時(shí)譯碼正確。本測(cè)試中的校驗(yàn)碼為40計(jì)算公式為為：（105+30x1+57x2+37x3+72x4 +92x5+28x6）/103=12余40，同條形碼中的校驗(yàn)碼相同，譯碼正確，運(yùn)單號(hào)碼與實(shí)際一致（305737729728），由智能終端將譯出的運(yùn)單號(hào)碼上傳至計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)，由其對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)確定包裹接下來的目的地，該包裹需在該分離閘口分離，實(shí)現(xiàn)了對(duì)分離擋板動(dòng)作的控制將包裹運(yùn)至指定地點(diǎn)，該系統(tǒng)完實(shí)現(xiàn)了對(duì)快件包裹的自動(dòng)分揀過程，提高了分揀效率，具有較高的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，具備較高是實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[8]。

5 總結(jié)

快速發(fā)展的電商行業(yè)為物流企業(yè)的管理增加了難度，物流配送效率提升的有效手段在于自動(dòng)分揀的實(shí)現(xiàn)，本文主要以包裹分揀系統(tǒng)作為研究對(duì)象，對(duì)快遞智能自動(dòng)分揀系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，分揀自動(dòng)控制過程通過條形碼自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的使用實(shí)現(xiàn)，在分揀機(jī)傳送帶放上包裹后通過攝像頭對(duì)包裹位置進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，快遞的運(yùn)單號(hào)碼則通過智能終端對(duì)圖像信號(hào)的采集和處理后實(shí)現(xiàn)，然后查詢計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)獲取包裹目的地，通過分揀機(jī)分揀包裹到相應(yīng)滑槽，該系統(tǒng)能夠通過自動(dòng)采集和處理譯出快遞條形碼，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化的分揀過程，在降低勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)可使快遞包裹的分揀效率得以顯著提升。

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（收稿日期： 2019.07.08）