無(wú)人代收間用智慧門(mén)禁終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曾其勇，呂述春，李龍輝，伍銀波

（1.深圳招商建筑科技有限公司，廣東深圳，518067；2.廣東技術(shù)師范大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，廣東廣州，510665）

0 引言

近年來(lái)隨著網(wǎng)購(gòu)和電子商務(wù)的迅猛發(fā)展，物流業(yè)務(wù)量呈高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)?？爝f、生鮮、快餐等網(wǎng)購(gòu)物品的末端配送服務(wù)質(zhì)量引起了民眾的廣泛關(guān)注，物流“最后一公里”更是成了社會(huì)焦點(diǎn)問(wèn)題。國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)電子商務(wù)與快遞物流協(xié)同發(fā)展的意見(jiàn)》[1]，第四條第十二項(xiàng)提出鼓勵(lì)快遞物流企業(yè)、電子商務(wù)企業(yè)與連鎖商業(yè)機(jī)構(gòu)、便利店、物業(yè)服務(wù)企業(yè)、高等院校開(kāi)展合作，提供集約化配送、網(wǎng)訂店取等多樣化、個(gè)性化服務(wù)。政府鼓勵(lì)多元化的快遞末端服務(wù)模式和智能末端服務(wù)設(shè)施的研發(fā)和推廣，物業(yè)服務(wù)企業(yè)作為末端配送的主陣地的管理者，在推進(jìn)快遞行業(yè)變革可以發(fā)揮中重要作用。無(wú)人代收間是重要的智能末端設(shè)施之一，也是最有發(fā)展前景的智能末端。

1 無(wú)人代收間業(yè)務(wù)流程

無(wú)人代收間核心業(yè)務(wù)主要是快遞員投件和用戶取件，類(lèi)似無(wú)人超市，代收間的核心也是智慧門(mén)禁系統(tǒng)。相比智能快遞柜具有更大的空間和包裹吞吐量，相比菜鳥(niǎo)/媽媽驛站等人工末端站點(diǎn)，則具有無(wú)人化和智能化的特點(diǎn)，可以提供24小時(shí)不間斷服務(wù)。通常代收間由物業(yè)管理公司負(fù)責(zé)建設(shè)和運(yùn)行，部署于住宅小區(qū)、科技園區(qū)等快遞包裹收發(fā)密集區(qū)域。面向所有快遞公司開(kāi)放，快遞公司信息的維護(hù)由系統(tǒng)管理員在代收間后臺(tái)進(jìn)行。代收間智慧終端首次投入使用時(shí)，由維護(hù)人員在設(shè)備端錄入基本信息，終端自動(dòng)將相關(guān)信息發(fā)送到管理后臺(tái)進(jìn)行注冊(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)部署時(shí)，只需要將智慧終端與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、門(mén)禁控制器完成對(duì)接即可。

■1.1 快遞員投件

快遞員首次使用需要在小程序上進(jìn)行注冊(cè)和認(rèn)證授權(quán)，認(rèn)證通過(guò)后可在小程序端自主完成人臉注冊(cè)。需要投遞快件時(shí)，只需要在無(wú)人代收間門(mén)口觸摸一體機(jī)上進(jìn)行人臉登錄，即可開(kāi)門(mén)進(jìn)入代收間。代收間內(nèi)布局和普通的快遞驛站類(lèi)似，包括普通貨架和冷藏柜、條碼打印設(shè)備、自助取件掃碼設(shè)備、視頻監(jiān)控系統(tǒng)?？爝f員通過(guò)小程序掃描快遞單號(hào)完成投件，系統(tǒng)自動(dòng)為該快件分配貨架和取件碼，同時(shí)熱敏打印機(jī)自動(dòng)打印取件碼，快遞員粘貼取件碼后放入貨架，完成投件?？爝f員投遞費(fèi)用一般采用直接跟快遞公司月結(jié)方式。

■1.2 用戶取件

當(dāng)用戶有快遞到達(dá)代收間，系統(tǒng)會(huì)給用戶手機(jī)發(fā)送代收間地址、取件碼和貨架編號(hào)，用戶到達(dá)代收間后，在門(mén)口觸摸一體機(jī)上輸入取件碼，即可開(kāi)門(mén)進(jìn)去取件，拿到快遞后在門(mén)口自助掃碼取件登記。用戶也可以在小程序上進(jìn)行注冊(cè)，注冊(cè)用戶可以在小程序上點(diǎn)擊單件快遞取件、多快遞的一鍵取件以及查看快遞列表和取件記錄，也可以進(jìn)行報(bào)修、求助和支付等業(yè)務(wù)。

2 代收間對(duì)門(mén)禁終端要求

根據(jù)無(wú)人代收間業(yè)務(wù)流程和物業(yè)智慧門(mén)禁運(yùn)行及管理經(jīng)驗(yàn)，門(mén)口觸摸一體機(jī)需要整合門(mén)禁系統(tǒng)、快遞投件和用戶取件等業(yè)務(wù)。按照集中管理、分散控制的設(shè)計(jì)原則，整個(gè)代收間系統(tǒng)主要包括管理云平臺(tái)、移動(dòng)端APP和智慧門(mén)禁終端三大部分。其中移動(dòng)端APP采用微信小程序，智慧門(mén)禁終端以工業(yè)觸摸一體機(jī)為核心，以安卓APP為控制軟件。

■2.1 門(mén)禁智慧終端的功能需求

依據(jù)代收間業(yè)務(wù)流程，門(mén)禁智慧終端系統(tǒng)主要功能如表1所示。和傳統(tǒng)門(mén)禁系統(tǒng)區(qū)別主要在與快遞投取件業(yè)務(wù)耦合的部分，硬件設(shè)備也增加了藍(lán)牙小票打印機(jī)和出庫(kù)登記設(shè)備。

表1 門(mén)禁智慧終端系統(tǒng)系統(tǒng)功能需求

■2.2 門(mén)禁智慧終端的特別需求

無(wú)人代收間作為一種快遞末端設(shè)施，需要根據(jù)快遞包裹業(yè)務(wù)量按網(wǎng)點(diǎn)式布局。因此門(mén)禁智慧終端需要具備注冊(cè)功能，云平臺(tái)會(huì)為每臺(tái)智慧終端生成一個(gè)唯一的設(shè)備ID，該設(shè)備的信息維護(hù)由管理員來(lái)完成。注冊(cè)時(shí)，需要提供安裝地址、經(jīng)緯度、安裝時(shí)間、維護(hù)人員姓名以及手機(jī)號(hào)等必要信息。同時(shí)無(wú)人代收間還要求門(mén)禁系統(tǒng)具有豐富多樣、安全可靠的開(kāi)門(mén)方式，要確保維護(hù)人員任何情況下均能夠順利開(kāi)門(mén)。表2列出了該智能終端的開(kāi)門(mén)方式、原理及應(yīng)用場(chǎng)合，其中門(mén)禁控制器的聯(lián)動(dòng)設(shè)置和局域網(wǎng)開(kāi)門(mén)需要使用廠家提供的專(zhuān)用軟件。

表2 門(mén)禁智慧終端系統(tǒng)系統(tǒng)功能需求

3 智慧門(mén)禁終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

■3.1 硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)智慧門(mén)禁終端系統(tǒng)硬件以工業(yè)觸摸一體機(jī)和門(mén)禁控制器為核心，同時(shí)包含藍(lán)牙熱敏打印機(jī)以及各種門(mén)禁配件，其構(gòu)成原理如圖1所示。工業(yè)觸摸一體機(jī)采用ZC328E主板，該板卡集成多媒體解碼、液晶驅(qū)動(dòng)、以太網(wǎng)、HDMI、WIFI、3G、藍(lán)牙于一體， 支持絕大部分當(dāng)前流行的視頻及圖片格式解碼，支持 HDMI 視頻輸出，雙 8/10位的 LVDS 接口、 EDP 接口以及 MIPI 接口。外設(shè)方面，支持6 個(gè) USB 接口（5 個(gè)插針 1個(gè)標(biāo)準(zhǔn) USB 口)，6 個(gè)可擴(kuò)展串口，GPIO/ADC接口，便于進(jìn)行功能擴(kuò)展。ZC328E主板采用瑞芯微RK3288CPU，工作頻率主頻1.8GHz，內(nèi)置Cortex-A17四核處理器和Mail-T764圖形處理器內(nèi)置。RK3288因其卓越性能，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在人臉識(shí)別[3,4]、高性能數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域[5]。

圖1 門(mén)禁智慧終端硬件結(jié)構(gòu)示意

門(mén)禁控制器有成熟的產(chǎn)品，其主控芯片一般采用高性能單片機(jī)，例如文獻(xiàn)6提出的門(mén)禁控制系統(tǒng)以STC8A8K64S4A12S4為核心，能夠?qū)崿F(xiàn)自助登記、比對(duì)、測(cè)溫、無(wú)人值守的防疫快速登記智能門(mén)禁終端系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的門(mén)禁控制器關(guān)鍵是要有比較多的輸入、輸出接口，能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信和聯(lián)動(dòng)設(shè)置。在綜合考慮性價(jià)比、可靠性后，選擇熵基科技（原中控智慧）的C3-200型控制器，該控制器采用高速32位400MHz高速CPU，配合32MBits RAM，256MBits Flash，嵌入式LINUX操作系統(tǒng)，性能和穩(wěn)定性均可滿足設(shè)計(jì)需求。C3-200和ZC328E都具備網(wǎng)絡(luò)通信能力，通過(guò)交換機(jī)和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、管理計(jì)算機(jī)組成局域網(wǎng)，可以基于觸摸屏或者電腦實(shí)現(xiàn)必要的聯(lián)動(dòng)控制。

熱敏打印機(jī)廣泛應(yīng)用在各種小票打印場(chǎng)合，熱敏打印機(jī)核心部件是單片機(jī)和熱敏打印頭。與應(yīng)用軟件的通信主要有藍(lán)牙[7]和串口[8]兩種方式，由于本設(shè)計(jì)方案需要直接應(yīng)用于工程現(xiàn)場(chǎng)，考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定考慮，最終選擇市場(chǎng)口碑良好的PT51-DC產(chǎn)品，該機(jī)型小巧便攜，支持USB、藍(lán)牙、NFC三種通信方式。本設(shè)計(jì)中工業(yè)觸控一體機(jī)的就是通過(guò)藍(lán)牙方式，連接PT51-DC，并控制其打印取件碼信息。

系統(tǒng)具備藍(lán)牙開(kāi)門(mén)的功能，具體由溢鑫YL-32藍(lán)牙繼電器模塊實(shí)現(xiàn)。該模塊藍(lán)牙的出廠serviceId為0000FFB0-0000-1000-8000-00805F9B34FB，notifyId為0000FFB2-0000-1000-8000-00805F9B34FB，writeId為0000FFB1-0000-1000-8000-00805F9B34FB?？梢灾苯油ㄟ^(guò)微信小程序搜索連接，配對(duì)成功后發(fā)送0x00關(guān)閉繼電器，發(fā)送0xFF打開(kāi)繼電器。同時(shí)該繼電器的通斷也可以由ZC328E的GPIO(CON45)控制，繼電器的輸出開(kāi)關(guān)直接接到門(mén)禁控制器C3-200的AUX1端子(輔助輸入1)的IN和GND，藍(lán)牙繼電器輸出觸點(diǎn)閉合后，即可出發(fā)門(mén)禁控制器開(kāi)門(mén)。備用按鈕的觸點(diǎn)和藍(lán)牙繼電器輸出觸點(diǎn)是并聯(lián)關(guān)系，也是接在AUX1端子上。

無(wú)人代收間出門(mén)時(shí)，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求選擇刷出門(mén)、按鈕出門(mén)和掃碼出門(mén)。按鈕出門(mén)適用于包裹無(wú)需強(qiáng)制出庫(kù)登記的場(chǎng)景，掃碼出門(mén)是指住戶取到快遞后在出庫(kù)登記設(shè)備上掃碼后系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)門(mén)。對(duì)于強(qiáng)制出庫(kù)登記的場(chǎng)景，室內(nèi)不再安裝出門(mén)按鈕，快遞員刷臉出門(mén)，住戶掃碼出門(mén)。如果遇到特殊情況，無(wú)法開(kāi)門(mén)，可通過(guò)室內(nèi)的人臉智慧終端或者安防系統(tǒng)對(duì)講功能求助。

■3.2 軟件設(shè)計(jì)

智慧終端運(yùn)行的軟件系統(tǒng)是安卓系統(tǒng)，采用Android Studio3.6.1開(kāi)發(fā)。主程序流程如圖2所示，設(shè)備完成上電自檢后，開(kāi)始與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。數(shù)據(jù)同步主要包括時(shí)間信息、收費(fèi)模式和廣告信息，完成同步后進(jìn)入軟件首頁(yè)。首頁(yè)頂部展示廣告欄，底部顯示機(jī)器編號(hào)和運(yùn)維人員電話。住戶取件、快遞投件和系統(tǒng)設(shè)置等模塊操作完成后，均會(huì)返回首頁(yè)。

圖2 門(mén)禁智慧終端軟件流程圖

對(duì)門(mén)禁的控制是通過(guò)GPIO實(shí)現(xiàn)，ZC328E主板的和GPIO相關(guān)的API函數(shù)主要有writeGpio、 readGpio、setMulSel和setPull，分別實(shí)現(xiàn)寫(xiě)I/O引腳、讀I/O引腳、設(shè)置I/O工作模式和設(shè)置上拉。每次寫(xiě)操作之前讀取狀態(tài)，寫(xiě)完后再讀取一次狀態(tài)，進(jìn)行確認(rèn)。ZC328E主板可用的GPIO為IO1~IO4，分別對(duì)應(yīng)PO1~PO4，設(shè)置PO1位輸出模式的命令為setMulSel('O',1, 1)，并且將PO1置位的命令為writeGpio('O',1, 1)。PO1可以觸發(fā)藍(lán)牙繼電器，因此對(duì)PO1置位可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)、清零可以實(shí)現(xiàn)關(guān)門(mén)。

取件碼信息打印是通過(guò)藍(lán)牙連接PT51-DC實(shí)現(xiàn)，用到的API函數(shù)相對(duì)復(fù)雜，具體如表3所示。該機(jī)型可以打印文本、一維碼、二維碼和圖片等數(shù)據(jù)，復(fù)雜組合數(shù)據(jù)的打印示例代碼如下：

表3 藍(lán)牙打印機(jī)API函數(shù)

該段代碼打印文字P-01-003、取件碼“86699”的條碼和二維碼、bitmap圖片，最終完成一個(gè)包含文字、一維碼、二維碼和圖片的復(fù)雜標(biāo)簽的組合打印。

4 結(jié)語(yǔ)

本文實(shí)現(xiàn)了一種基于ZC328E核心板的智慧門(mén)禁終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過(guò)程。并將該智慧終端應(yīng)用在深圳某小區(qū)的無(wú)人代收間項(xiàng)目上，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試，取得了良好的應(yīng)用效果。該智慧門(mén)禁終端系統(tǒng)性價(jià)比高，可根據(jù)項(xiàng)目需要進(jìn)行擴(kuò)展和調(diào)整，且具有多種開(kāi)門(mén)方式，可滿足各種復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景。