1、摘要网络购物的时代的到来带动了快递行业的快速发展，尤其是当今社会，许多人无法实时等待快递的到达，因此快递柜应运而生，而当前快递柜的操作均较为繁琐，为了让快递柜更加智能使用更加方便，本文设计了一套可用于智能发送验证码、开柜、检测柜内是否有物体的智能快递柜方案。本套设计方案采用STM32单片机作为系统主控芯片，搭配LCD显示屏、红外对管传感器、按键模块、GSM通信模块以及其它外围I/O设备，通过方案论证，最终确定了本文方案。在对设计出的硬件进行系统测试时，通过模拟放置快递进快递柜发送手机验证码，并且利用接收到的验证码进行开快递柜均成功实现，另外为了防止快递遗漏导致快递门被误锁，通过红外对管传感器检
2、测到快递柜内仍有物品时采用原验证码仍可打开原柜门，为用户也提供了很大的方便。最终从测试的实验结果看来，本文所设计的智能快递柜达到了设计要求。关键词：智能快递柜；STM32单片机；GSM通信模块；红外检测模块AbstractThe advent of the era of online shopping has led to the rapid development of the express delivery industry. Especially in todays society, many people cannot wait for the arrival of express
3、delivery in real time. Therefore, express delivery cabinets came into being. The current express delivery cabinets are relatively cumbersome to operate. In order to make the express delivery cabinets more complicated Smart use is more convenient. This article designs a set of smart express cabinet s
4、olutions that can be used to intelligently send verification codes, open cabinets, and detect whether there are objects in the cabinet. This design scheme uses STM32 single-chip microcomputer as the main control chip of the system, with LCD display, infrared pair of tube sensors, key modules, GSM co
5、mmunication modules and other peripheral I/O devices. Through the demonstration of the scheme, the scheme of this article is finally determined.In the system test of the designed hardware, the mobile phone verification code was sent into the express cabinet by simulating and the verification code wa
6、s used to open the express cabinet. In addition, in order to prevent the express delivery omission from causing the express door to be locked by mistake, When the infrared pair tube sensor detects that there are still items in the express cabinet, the original verification code can still be used to
7、open the original cabinet door, which also provides great convenience for users. Finally, from the experimental results of the test, the intelligent express cabinet designed in this article meets the design requirements.Keywords: intelligent express cabinet; STM32 single chip microcomputer; GSM comm
8、unication module; infrared detection module目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 论文研究的背景及意义11.2 国内外研究现状11.3 本文主要研究内容及论文结构安排22 系统方案论证32.1 系统设计方案32.2 主控模块选型32.3 显示模块选型42.4 红外传感器模块选择52.7 通信方案的选择62.6 按键模块选择63 硬件电路的设计73.1 单片机73.1.1 单片机的应用73.1.2 单片机最小系统83.1.3 系统时钟电路93.1.4 系统复位电路93.2 显示模块电路103.3 电源供电电路103.4 ISP下载模块电路114
9、 系统软件设计124.1 系统设计软件124.1.1 Altium Designer124.1.2 Keil C51124.2 软件设计流程图124.2.1 主函数流程图124.2.2 传感器模块流程图134.2.3 显示模块流程图144.2.4 按键模块流程图144.2.5 GSM通信模块流程图165 系统测试17总结20参考文献21致谢2381 绪论1.1 论文研究的背景及意义提到近十年来对人们日常生活影响重大的新兴产业，电子商务一定是最常被谈及的行业之一，通过网络进行的成交金额也每年都处于增长的状态，可以说电子商务已经成为了我国经济发展的一个巨大助力1-3。但与此同时快递物流行业也迎来了
10、巨大的机遇和挑战，据国家邮政局统计，仅2020年12月份全国快递业务数量便以达到了92.5亿件，业务收入更是达到了926.2亿元4-5。而如此巨大的快递数量也给快递的配送服务带来了一个难题，即派件人与收件人的沟通投递问题6。传统快递派送服务需要派送员与收件人按照快递单联系方式沟通后当面进行签收，但由于目前快递数量的大幅度增加，沟通不畅、收件人无法及时签收等情况层出不穷，尤其是在办公楼、学校和小区等人员、快递件数量较多的地方问题更甚，配送效率难以提高，“最后一公里配送”成为了急需解决的一个难题。伴随着“互联网+”与社会各行业融合范围的不断加深，通过电子、通信及互联网等技术相结合来应对末端配送困难
11、的方法开始被提出。通过在人员密集地点安置智能投递箱等方式，可以及时存放快递并通知收件人闲暇时进行提取，一方面减轻了快递员在快递数量过多时配送不及的烦恼，另一方面也为收件人能够更加灵活的对快递进行拿取提供了实实在在的便利7-11。1.2 国内外研究现状发达国家对末端快递自取系统的研究与使用较早，也很早便出现了实际的应用案例。加拿大一家名为Buffer Box的公司早在2012年便已经推出了一款快递自助存放提取设备12。美国的大型电子商务公司亚马逊在2011年也将“Amazon locker”智能快递柜在美国的许多大城市便利店及住宅区进行了安装，并在后面几年逐渐推广到了一些欧洲国家，使企业服务的竞
12、争力得到了巨大提升13。日本城市里的大部分办公楼等地点也都已经安装了快递专用存取箱，使用起来十分方便。俄罗斯的邮政快递公司在2011年设计出了智能自助快递终端。国内由于电子商务发展迅速，在末端快递存取问题上也有了许多解决方法。国内两家最大的电子商务平台淘宝与京东商城分别采用了“菜鸟驿站”与京东自提柜等方法来实现收件人快递的末端自助存取14，目前在国内已经基本普及。在一些高端写字楼与住宅小区中，丰巢科技公司所推出的智能快递柜存取方式也得到了广泛应用，但往往采用的是收费方式15。本文利用单片机设计了一款智能快递柜，可以实现存取功能，并在快递员存入快递时可以利用红外传感器进行自动感知快递存取与否，然
13、后智能快递箱将发送短信验证码至收件人手机提醒对方及时提取，对于解决末端快递存取难题提供一种解决思路。1.3 本文主要研究内容及论文结构安排本文主要研究内容是设计一款基于STM32单片机的智能快递柜系统。系统能够实现输入收件人手机号并按下存件按钮后通过GSM模块自动发送验证码给用户，用户可通过验证码打开相应的快递柜，通过红外检测传感器检测是否存在遗漏快递，在快递门误关的时候可以利用原二维码进行开启原柜门。本文的主要结构分为六个章节：第一章主要是对本文所研究的智能快递柜系统的背景及意义进行了描述；第二章从如何设计该课题开始，首先对系统进行了总体架构的描述，然后针对系统中用到的各个模块进行了选型和分
14、析，以节约成本和实用性为基础对各个模块进行介绍和选型，综合分析并确定本设计采用的具体硬件；第三章开始从硬件电路入手，对主控芯片以及各个模块进行介绍，尤其涉及了单片机的最小系统、按键消抖、时钟复位、传感器控制模块等；第四章描述了该项目在软件方面的设计，包括介绍了本项目中用到的开发软件和系统流程图等；第五章对项目成果进行展示和实验，主要是对系统的实际效果进行测试，判断是否满足本文研究要求；第六章是针对于本文的一个总结。2 系统方案论证2.1 系统设计方案本课题是基于单片机的智能快递柜系统的设计，系统可以划分为主控模块、显示模块、红外检测模块、GSM通信模块和按键模块等。系统需要完成的工作是利用红外
15、对管来检测快递柜中是否存在快递，若存在可用原验证码重新打开柜门，通过GSM模块来对取件人手机发送验证码，通过验证码打开柜门，通过显示模块来对系统当前状态进行显示，通过按键模块来进行取件、确认、输入等作用。系统硬件组成框图如图2.1所示。图2.1 系统硬件组成框图2.2 主控模块选型在本系统的设计与实验中，主控模块作为核心器件相当于人类的大脑一样负责指令的发出与转发功能，所以主控芯片的选型尤为重要，既要考虑到资源够用又要考虑到价格成本。在本次设计中主要对以下芯片进行分析并最终做出选择。方案一：FPGA全称为现场可编程逻辑门阵列，属于专用集成电路中的半定制电路，可对其进行无限次擦除和读写操作。FPGA的出现使得定制芯片不足以及可编程逻辑门电路数目不足的问题得到了有效的解决，各种档次的芯片也为设计提供了更多的选择。FPGA具有多种分类方法，有国产和国外两大类。国产比较著名的FPGA厂商有紫光同创、上海安路、京微雅格、复旦微电子、易灵思等，国外我们常用且比较著名的FPGA厂商有Xilinx和Altera，目前这两家公司分别被AMD和Intel收购。方案二：STM32系列芯片是上世纪八十年代被ST公司首先提出的一种新兴处理器芯片的概念，而这种芯片的内部核心以ARM公司的芯片作为内核。在STM32概念被提出之后，该系列芯片迅速崛起风靡整个电子设计市场。在较长一
