多功能智能外賣柜的設(shè)計(jì)研究

劉壯林 俞紀(jì)良 王瑤 曾孟佳

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，外賣行業(yè)也在迅速擴(kuò)張。在全球疫情大背景下，對(duì)外賣的無(wú)接觸式配送提出了更高要求。傳統(tǒng)的外賣配送環(huán)節(jié)存在取餐過(guò)程難以保證無(wú)接觸、外賣易丟失、配送效率低下等問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，該文設(shè)計(jì)了一款多功能智能外賣柜，具有紫外線殺菌、智能恒溫、智能安保等功能，可以有效改善外賣存儲(chǔ)環(huán)境，解決外賣易丟問(wèn)題，同時(shí)這種方式可實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式配送，且外賣員無(wú)需等待，提高了整體配送效率。

關(guān)鍵詞：紫外光殺菌;食物存儲(chǔ);外賣柜;多功能;智能化

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）04-0118-02

1 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，外賣行業(yè)迅速興起并發(fā)展壯大，成為人類社會(huì)生活中不可或缺的一部分。當(dāng)今社會(huì)工作節(jié)奏快，生活壓力大，人們更愿意選擇外賣這種方式來(lái)解決飲食問(wèn)題。近年來(lái)，中國(guó)外賣行業(yè)發(fā)展迅速。自2015年至2018年短短3年間，外賣行業(yè)交易金額增長(zhǎng)了2.42倍。此前有預(yù)測(cè)顯示，2019年全年中國(guó)外賣行業(yè)交易額將達(dá)到6035億人民幣，約占同年餐飲業(yè)總收入的15%[1]。其中，年輕人是外賣消費(fèi)的主要群體，是外賣行業(yè)發(fā)展的主力軍。

傳統(tǒng)的外賣配送環(huán)節(jié)存在許多問(wèn)題，比如取餐環(huán)境差、外賣丟失、過(guò)度包裝等。由于外賣員需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)趕到下一個(gè)送餐點(diǎn)，在到達(dá)當(dāng)前送餐點(diǎn)后，常常將食品直接放置在地上，電話告知客戶餐已送到就走了。一旦包裝破損，食物很容易受到污染。因此，很多高校出于食品安全的考慮，采取強(qiáng)制措施不許外賣進(jìn)校園，這給學(xué)生帶來(lái)不便，容易引起他們的反感。另外，外賣取餐無(wú)監(jiān)督機(jī)制，外賣可能丟失。外賣商家為了保持食品的口感，可能過(guò)度包裝，既造成了資源的浪費(fèi)，也不利于環(huán)保?；诖?，本文設(shè)計(jì)的多功能外賣柜將有效解決上述問(wèn)題，旨在于優(yōu)化取餐環(huán)境，改善外賣員和取餐顧客的送、取餐體驗(yàn)。

2 智能外賣柜的功能介紹

本文設(shè)計(jì)的智能多功能外賣柜除了提供干凈衛(wèi)生的儲(chǔ)食環(huán)境外，還通過(guò)添加紫外光殺菌燈管、特定的溫度傳感器和智能攝像頭來(lái)實(shí)現(xiàn)外賣柜的智能化、多功能化。軟件界面簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)便，希望帶給客戶良好的使用體驗(yàn)。

2.1 智能多功能外賣柜的取餐過(guò)程

傳統(tǒng)的外賣取餐環(huán)節(jié)一般為，外賣員打電話或發(fā)送短信通知顧客餐飲已送達(dá)，然后等待顧客下樓取餐或?qū)⑼赓u放在地上，顧客再根據(jù)自己下單時(shí)的昵稱和電話信息來(lái)尋找自己的外賣。外賣員在等待取餐人的同時(shí)，浪費(fèi)了時(shí)間，而且如果顧客因有事取餐不及時(shí)，食物就會(huì)冷卻，輕則影響口感，重則出現(xiàn)食品安全問(wèn)題。相較傳統(tǒng)的外賣配送環(huán)節(jié)，多功能外賣柜的配送方具有簡(jiǎn)單、方便、快捷、高效的優(yōu)勢(shì)。

本文設(shè)計(jì)的智能多功能外賣柜中使用者包括外賣配送員和顧客。外賣配送員選擇存餐功能后，將點(diǎn)餐者的姓名和電話信息輸入系統(tǒng)，后臺(tái)會(huì)自動(dòng)生成取餐碼存入數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)送給客戶。客戶只需點(diǎn)擊外賣柜上“取餐功能”，輸入取餐碼，后臺(tái)匹配取餐碼成功，則可打開(kāi)外賣柜完成取餐。以下是顧客和送餐員存餐取餐操作的流程圖。

2.2 功能介紹

多功能智能外賣柜的功能有紫外線殺菌、智能恒溫、智能安保等。紫外線殺菌功能通過(guò)外賣柜內(nèi)部配有的帶臭氧功能紫外線殺菌燈管實(shí)現(xiàn)，可有效殺滅細(xì)菌和病毒，阻斷疾病傳播途徑。智能恒溫功能使用數(shù)字式溫度傳感器感知柜內(nèi)溫度，若溫度降低，則通電進(jìn)行適當(dāng)加熱，解決食物保溫問(wèn)題。通過(guò)柜前安裝的智能攝像頭，外賣柜若被破壞則觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)，并對(duì)異常取餐人員進(jìn)行拍照留證。

3 硬件模塊介紹

本系統(tǒng)主要的硬件功能模塊包括紫外線殺菌模塊、智能恒溫模塊和智能安保模塊。紫外線殺菌模塊用以實(shí)現(xiàn)殺菌功能;智能恒溫模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)柜內(nèi)溫度的感知功能;智能安保模塊則是保證取餐安全和財(cái)產(chǎn)安全。

3.1 紫外線殺菌模塊

受新冠疫情影響，人們的生活活動(dòng)逐漸從線下轉(zhuǎn)為線上。新型冠狀病毒主要的傳播途徑是接觸傳播和呼吸道傳播，即便是點(diǎn)外賣，顧客也會(huì)因?yàn)橥赓u這個(gè)媒介與配送員有間接的接觸，存在感染可能。多功能外賣柜內(nèi)置帶臭氧功能紫外線殺菌燈，用于殺菌和消毒。

帶臭氧功能紫外線殺菌燈如圖3所示，其工作原理是，當(dāng)空氣中的氧氣分子在吸收殺菌燈的中心波長(zhǎng)為185 nm的紫外光后，光敏作用利用高能高臭氧紫外線光束分解空氣中的氧分子產(chǎn)生游離氧（ 即活性氧） ，因游離氧所攜正負(fù)電子不平衡所以須與氧分子結(jié)合，進(jìn)而產(chǎn)生的臭氧具有殺菌功能[2]。臭氧是一種廣譜殺菌劑，可殺滅細(xì)菌繁殖體、芽胞、病毒和真菌等，并可破壞肉毒桿菌毒素，依靠強(qiáng)大的氧化作用使酶失去活性致微生物死亡。

紫外線殺菌燈不僅可以殺滅外賣包裝上所遺留的病菌，阻斷疾病的傳播途徑，而且使用安全，安裝方便，易維護(hù)。另外，紫外線殺菌技術(shù)還是一種簡(jiǎn)單易操作、綠色安全的物理保鮮技術(shù)，由于殺菌效果強(qiáng)，可以有效抑制致腐微生物生長(zhǎng)繁殖，保持品質(zhì)的同時(shí)不影響鮮切果蔬的口感、風(fēng)味[3]。

3.2 智能恒溫模塊

食物的儲(chǔ)存需要合適的溫度，為保證外賣食品的口感，智能外賣柜擁有智能恒溫功能。為實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的感知，智能恒溫模塊選用達(dá)拉斯公司的數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，該傳感器可將溫度信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)特殊化封裝后，安裝到外賣柜中。該傳感器的優(yōu)勢(shì)在于微型化、集成化，僅通過(guò)使用一個(gè)I/O口就與微控制器MCU進(jìn)行雙向通信，實(shí)現(xiàn)單總線協(xié)議，簡(jiǎn)化溫度傳感器與微控制器的通信。

DS18B20芯片內(nèi)部集成了所有的傳感元件和轉(zhuǎn)換電路，封裝后只有三個(gè)引腳，電路接口連接非常簡(jiǎn)便。采用獨(dú)立電源供電模式，單總線信號(hào)輸入輸出引腳I/O與STC89C52單片機(jī)P3.7引腳相連。在I/O引腳上外接一個(gè)10K的上拉電阻，以實(shí)現(xiàn)默認(rèn)高電平設(shè)置[4]。當(dāng)智能恒溫模塊檢測(cè)到外賣柜內(nèi)溫度較低時(shí)，通過(guò)通電加熱到適宜溫度從而保證食物溫度。DS18B20的溫度采集電路如圖4所示。

3.3 智能安保模塊

智能安保模塊可實(shí)現(xiàn)異常警報(bào)、異常取餐拍照的功能。本系統(tǒng)的智能安保模塊安裝智能攝像頭，該攝像頭是基于Dlib與OpenCV實(shí)現(xiàn)，可進(jìn)行人臉識(shí)別和檢測(cè)[5]。當(dāng)發(fā)生突發(fā)意外情況，外賣柜非自然打開(kāi)遭受異常外力時(shí)，觸發(fā)警報(bào)裝置發(fā)出蜂鳴警報(bào)，吸引安保工作人員進(jìn)行處理。

4 總結(jié)

在外賣行業(yè)迎來(lái)火熱的大背景下，針對(duì)當(dāng)前外賣取餐環(huán)境差、外賣易丟失等問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一款多功能的外賣柜，其具備的功能有紫外線殺菌功能、智能恒溫功能、智能安保功能等。紫外線殺菌功能讓人們?cè)谝咔槠陂g再無(wú)感染病毒的擔(dān)憂;智能恒溫功能解決了食物變質(zhì)和影響食用口感的問(wèn)題;智能安保功能解決了外賣易丟失的問(wèn)題;便捷的操作界面方便了顧客和外賣配送員的使用體驗(yàn)，提高了配送效率。另外多功能外賣柜的存在改善了存餐環(huán)境，讓商家不必再添加額外的包裝來(lái)封裝外賣，減少了資源浪費(fèi)，有利于環(huán)境保護(hù)。但是基于經(jīng)濟(jì)成本的考慮，多功能外賣柜比較適用于小區(qū)、高校等人群密集聚集地，否則將難以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 疫情后外賣行業(yè)發(fā)展的進(jìn)階之路[J].中國(guó)包裝，2020，40（5）：7.

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[4] 徐蘭.基于單片機(jī)的智能溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試，2020（6）：27-29，26.

[5] 王博文，宗碧，雷鎧伊，等.智能監(jiān)控?cái)z像頭的研究——基于Dlib、OpenCV和雙舵機(jī)云臺(tái)攝像頭[J].現(xiàn)代信息科技，2020，4（7）：89-91，94.

收稿日期：2021-06-10

基金項(xiàng)目：湖州師范學(xué)院求真學(xué)院校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（201902045）;浙江省湖州市科技攻關(guān)計(jì)劃工業(yè)項(xiàng)目（2018GG29）

作者簡(jiǎn)介：曾孟佳，副教授，碩士，主要研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用，本文通信作者。