基于ARM9矩阵算法控制的快递终端机设计

郑耀青，刘志芳，韩亚鹏，毋乃卿，张贤坤

（天津科技大学 机械工程学院，天津300222）

基于ARM9矩阵算法控制的快递终端机设计

郑耀青，刘志芳，韩亚鹏，毋乃卿，张贤坤

（天津科技大学 机械工程学院，天津300222）

随着电子商务的快速发展，当今快递行业迅速崛起。然在“最后一公里”的终端配送问题上，耗时、耗力约束了快递业务的快捷便利。本文针对快递行业终端配送问题，基于矩阵法ARM9控制理念，研制了一款全自动存取一体终端机柜。本机柜主要利用ARM处理器、控制电机、红外、嵌入式操作系统等，采用机电一体化的设计方式来实现。

快递；ARM9；机电一体化；嵌入式系统；控制

随着电子商务的发展,我国快递业成为发展迅速和竞争激烈的行业之一［1］。但在“最后一公里”的配送问题上，绝大多数快递公司依然采取人工配送的传统方式，快递员需携带大量包裹去派送，工作效率低［2］。也存在很多问题，尤其在一些特定节日和一些特定场合，快递终端问题更加明显。高教园区（大学城）快递业务正逐渐成为各快递公司的"鸡肋":快递企业派件终端服务质量越显下降［3］。例如淘宝“双十一”期间，大部分高校大学生会网上采购一些物品，快递公司最后会把大量的物品堆积到学校的一个角落里，这时候，往往就会因为人手不够，快递员不能很好的看管快件，导致错误领取，丢失快件，而且学生在堆积如山的物件中寻找自己的快件也是非常不方便的［4］。

快递终端问题，给用户以及快递公司带来了经济与形象损失，不利于快递公司的持续发展。随着人工成本的增加，这一问题亟待解决。中国专利公开号CN103236116A公开电子储物柜存取箱格及投递方法，允许一箱多物，但需要专人监管，避免出错，实用性差。因此，我们推出全自动快递存取一体终端机，帮助各大快递公司最大限度的提高配送效率。

1　总体方案设计

该全自动快递寄存取一体终端机主要由基于ARM9的上位机系统、基于Arduino的下位机系统以及机械系统三部分组成，系统总体方框图如图1所示。

图1　系统总体方框图

基于ARM9的人机交互系统主要完成快递员、收件人以及终端的人机交互。其主要功能包括：逻辑运算、数据存储、人机交互、通过串口与下位机通信，控制机械系统存取件以及信息数据库管理。

基于Arduino的下位机系统控制机械系统存取快递以及将终端信息实时反馈给上位机。

机械系统负责将快递从入口自动的存入存装屉内部，并根据快递的大小通过下位机的控制将隔断条伸出，隔断快件，完成存件。或者取件时相应的隔断条收回完成取件。快递终端机存装柜整体结构如图2所示。

终端机整体结构为存装柜，整个存装柜整体是单元化的。此种结构的优点是可以根据不同场合快递量的不同而增减单元，达到最优化使用。整个箱体的立体结构为大箱在下，小箱在上。存装硬盒类包裹时，大件位于箱体的近地部分，可以减少其存装时的能量损耗。每一层存装屉的尺寸相同，所有的存装屉结构相同［5］。

存装屉是整个装置的重要单元结构。存装屉结构如图3所示。存装屉侧壁的4块平行板，把单个存装屉空间分为三部分，最左侧空间是安放隔断条存储机构、运动单元、动力单元、以及固定结构；右侧空间的作用是，当隔断条伸出到右侧箱壁时，其内部的倒钩结构可保证隔断状态的安全可靠。中间部分用来存装快件。底面为杆式传送带，其作用是，在存储快件时，将快件输送到存装屉最前端，实现自动存储功能。通过滑滚辊道，可以使存装屉在存装柜中前后滑动，便于存取快件。

图2　存装柜

图3　存装屉

2　工作流程图设计

供电系统由12 V 3 A开关电源提供。工作流程图如图4所示。

图4　工作流程图

3　矩阵算法

利用矩阵算法控制空间，创立了一套算法。针对在已知快件大小情况下如何快速有效的合理分配快件在存装屉中存储空间的问题，创立了矩阵化的控制单元、控制体系以及与之配套的矩阵算法。本文主要以样机为例给出具体算法。样机如图5所示。

图5　样机

各部分名称如图所示。根据控制隔断条状态的信号构造矩阵，该装置可以看做4×12的矩阵，由于第一行的电机与隔断条一一对应，每一列有一个电机控制，考虑到运算特性，构造2×2矩阵a。隔断条初始状态根据快件的大小由若干个a矩阵组成。

其中，α与β代表动力源位置。α1代表行动力源，α2代表列动力源；β1代表该行第一个动力源，β2代表该行第二个动力源；γ为隔断条状态字。γ1代表休止状态，γ2代表工作状态。

下位机检测到快件的大小，将数据反馈给上位机。上位机查询数据库，分配相应的空间，即对应矩阵A，A由若干个a组成。根据下位机反馈的数据形成矩阵B，B由b1、b2、b3组成。上位机按照内部算法，得到矩阵C，C由c1、c2、c3组成。将数据传输给下位机，相应位置被隔断，快件存储完成。

整套算法简单可靠，精准的计算空间，达到空间最优利用。而且本算法适合所有型号的快递柜，适用性强。

4　控制系统设计

4.1派件自动分类系统

该装置利用控制技术增加了对快件进行自动分类的功能。快递员根据快件的大小将快件装入合适的存装屉中，快递员录入快递单号及收件人信息，信息被系统记录下来。系统会通过控制电机的转动带动存装屉底部的杆式传送带转动，快件慢慢进入存装屉内部。存装屉一侧的底部每个隔断条的左右两侧装有红外线扫描装置，快件放入时，抽屉前段的起指示作用的红外线装置是开启的，当第一个快件在被运送过程中碰到前段的红外线时，接通着的红外线被阻断，系统接到信号，发出指令使传送带停止传送，此时，其余红外线会按照从前段到后端的顺序依次开启，当红外线接通时，在此红外线下方的一列隔断条伸出，隔出空间，同时抽屉最顶部的一排隔断条也会伸出，封闭整个空间。

4.2取件控制系统

收件人在取件时，需要在终端机上输入之前系统发给收件人的密码，通过触摸屏签下电子姓名，系统确认无误后根据收件人输入的信息匹配对应的快件，对应的存装屉在电机的带动下伸出，对应位置的隔断条收回，快件占据的封闭空间被打开，用户取走快件。存装屉在电机的驱动下回到原来的位置，快递门自动闭合，取件完成。

4.3通信系统

上位机与下位机之间通过串口通信［6］。上位机完成逻辑运算、数据存储、信息检索、与下位机用户实现人机交互等功能。下位机采集到的快递与终端状态信息实时反馈给上位机，上位机进行数据库更新，并存储。

快递员在存件时，首先进行身份验证。登陆成功后，录入快递单号以及收件人的手机号码，当完成所有快件的存放时，系统将信息通过网络发送给服务器，服务器中存放着所有快件的单号以及对应收件人的手机号码，当系统接收到单号时，确认单号以及收件人信息是否对应，确认无误后，系统将单号以及对应手机号码提取出来，生成随机密码，服务器向收件人发送短信及密码。快递员存件界面如图6所示。

收件人接收到信息后在规定时间内完成取件。收件人点击取件，进入取件界面，取件界面如图7所示。进入界面后，输入系统发送的密码，完成电子签名后存装屉伸出，相应位置隔断条伸回，取件人取件，存装屉伸回，快递门关闭，完成取件。

图6　存件界面

图7　取件界面

当有快件取走时，下位机控制该装置调整快件位置，并实时将信息传输给上位机，上位机更新数据库，重新确定快件位置，并反馈给下位机。

5　结论

经过实际测试，该自动快递终端机存取件操作简单、结构可靠，快递存储安全性高，工作稳定，方便快捷，同时一屉可装多件，充分利用了空间，比传统的快递存储柜空间利用率提高了2倍以上，大大节省了快递员等候的时间，提高工作效率，为快递公司降低了运行成本。

该装置目前仅仅针对硬盒类物件进行快递，局限性较大。软包类的物件处理将在后期工作中进一步开发研究。

［1］柯晶琳,姜维军.电商环境下我国快递业发展对策分析［J］.黄冈师范学院商学院，2014（3）:38.

［2］纪宇,付志勇.基于智能移动终端的快递服务流程创新设计［A］.清华-DMI国际设计管理大会论文集（中文部分）［C］//北京：清华大学，2013：164-169．

［3］朱明超，李梦琦.高教园区快递终端运营模式创新初探［D］.浙江经贸职业技术学院，2012.

［4］郭智忠.中国大学校园快递发展趋势探讨［J］.江苏：商业流通，2012（10）：17-18.

［5］陈金舰.开关柜结构设计与制造的分析与实践探讨［J］.现代制造技术与装备，2014（4）:33-34.

［6］许先斌,熊慧君.基于ARM9的嵌入式Linux开发流程的研究［D］.武汉：武汉大学，2006.

Design of express terminal based on ARM9 controlled by matrix algorithm

ZHENG Yao-qing，LIU Zhi-fang，HAN Ya-peng，WU Nai-qing，ZHANG Xian-kun
（College of mechanical engineering，Tianjin University of Science&Technology，Tianjin 300222，China）

Nowadays,with the rapid developing of electronic commerce,express delivery industry rises rapidly.But on the problem of"The last kilometer"distribution,the time consuming and the power-consuming are still not conducive to the sustainable development of the express industry.In view of the express industry terminal distribution problem,this paper expounds the design scheme of automatic integration access terminal which controlled by matrix technique ARM9.This cabinet adopts the designs of electromechanical integration being put into practice mainly by using of ARM processor,embedded operating system,control motor and infrared,et al.

ARM9；mechanical and electrical integration；embedded system；control；express delivery

TN913.3

A

1674－6236（2016）13-0077-03

2015-07-01稿件编号：201507015

国家级大学生创新创业计划项目（201410057014）

郑耀青（1993—），女，河北邢台人。研究方向：嵌入式系统，机械电子工程。