基于LabVIEW的便捷式快递取件系统的设计

侯向锋+周兆丰++叶军立

摘 要： 针对快递分派点快件配送体系的瓶颈问题，设计并实现了便捷式快递取件系统。该系统综合运用了LabVIEW虚拟仪器编程技术、近场通信技术和嵌入式编程等技术。存放快件时，该系统根据快件类型自动为快件分配存储柜号码，通过扫描快件条码及时将快件信息录入系统，并同步短信通知收件人领取快件。领取快件时，该系统通过取件人手机尾号或读取带有NFC标签的卡片实时调出快件信息以快速确定其位置，从而有效地提高快递分派点的工作效率。经测试，该快递取件系统可降低快递分派点的运营成本为现在的甚至。

关键词： 快递取件系统； ARM处理器； LabVIEW； 近场通信

中图分类号： TN911?34； TP399 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）12?0155?04

Abstract： In order to solve the bottleneck problem of the express delivery system of the express dispatch station， a convenient express delivery system was designed and implemented. The LabVIEW virtual instrument programming technology， near field communication （NFC） technology， embedded programming technology and other technologies are used in this system synthetically. When the express is deposited， the system will allocate the number of the locker for express automatically according to its type， the express information is input into the system timely by means of the scanning of the express code， and the system informs the recipient by synchronous SMS. When the express is received， the system will export the express information in real time by means of mobile phone tail number of the receiver or read of the card with NFC tags to locate its location quickly， so as to improve the working efficiency of the express dispatch station. The test result shows that the express delivery system can reduce a half or two third operation cost of the express dispatch station.

Keywords： express delivery system； ARM microprocessor； LabVIEW； near field communication

0 引 言

在改革紅利和网络购物两大动力的推动下，快递业迅速发展，然而收件人无法及时收到取件通知、工作人员无法快速定位快件、无法防止冒领等问题使快递业遭遇了“最后100米”的困扰[1?3]。目前快递业“最后100米”快件派送的方式主要有两种[4?5]：

（1） 大部分的快递分派点，首先由专门负责通知的工作人员给收件人一一地发送短信通知其来领取快件，然后再按照快件的种类（袋子、盒子、文件等）分配存放快件的位置以待取件人领取。取件时，工作人员通过取件人所说的姓名、快件的种类到相应的区域进行寻找。

（2） 部分城市社区和大学校园内装有专门的快递储物柜。工作人员把快件存放到储物柜里，然后通过短信给收件人发送一个对应存储柜的动态密码。收件人可以在任何时候凭借动态密码到储物柜领取快件。

第一种派送方式是目前快递分派点最为普遍的一种方式，但是这种方式导致快递分派点的工作效率低下，投入成本较高，并且常常出现收件人不能及时领取快件甚至冒领的现象。与前一种派送方式相比，第二种派送方式解决了冒领和收件人不能及时取件的问题，在一定程度上提高了工作效率，降低了成本。但是这种派送方式仍然给工作人员带来较大的工作量，一方面要把快件放到储物柜里，另一方面还要获取储物柜的动态密码并且将其发送给收件人。在快递量大的情况下，就难以确保工作人员在存放快件时的工作质量。

针对这些问题，本文提出一套提高快递分派点工作效率、降低运营成本的方案，并且实现了系统整机调试。

1 系统设计

本文设计的快递取件系统主要分为两部分：存放快件系统和领取快件系统。存放快件系统主要由条码扫描模块、上位机以及短信通知模块组成。领取快件系统主要由键盘模块、上位机和近场通信（Near Field Communication，NFC）标签读取模块组成。整个系统结构框图如图1所示。

2 硬件平台

便捷式快递取件系统以32位ARM处理器为主控，计算机为控制终端，将激光条码扫描器、全球移动通信系统（Global System for Mobile communications，GSM）短信模块、键盘以及NFC读写器整合在一起。系统硬件平台的结构框图如图2所示。

（1） 32位ARM处理器。下位机控制器部分采用的是基于32位处理器STM32F103RBT6的开发板，其尺寸为8 cm×10 cm×2 cm（包括液晶，但不计算铜柱的高度），板上除晶振外所有的I/O口全部引出。STM32F103RBT6是ST公司基于ARM最新Cortex?M3架构内核的32位处理器，时钟频率最高可达72 MHz，具有128 KB FLASH，20 KB RAM、12位ADC、3路USART和4个16位定时器等多种资源。强大的内核，丰富的片上外设，使得硬件系统的设计变得较为简单，为嵌入式应用提供灵活有效的解决方案。

（2） GSM短信模块。GSM短信模块主要由模块ATK?SIM900A组成。ATK?SIM900A是 ALIENTEK 推出的一款高性能工业级 GSM/GPRS 模块（开发板），可工作在900/1 800 MHz双频段，可低功耗实现语音、SMS（短信、彩信）、数据和传真信息的传输。模块ATK?SIM900A支持RS 232串口和LVTTL串口（即支持3.3 V/5 V系统），并带硬件流控制，支持5～24 V的超宽工作范围，使得本模块可以非常方便地与用户产品进行连接，从而给用户产品提供包括语音、短信和GPRS数据传输等功能。

（3） NFC读写器。NFC读写器是具有读取NFC标签功能的专用读卡设备。NFC标签大致分为ISO14443?A，ISO14443?B，TOPAZ，MIFARE和Felica五种类型。由飞利浦公司和索尼公司共同开发的NFC为电子设备之间近距离通信提供了一种标准，该方式实现简单、成本低廉，使用前景较为广泛。

（4） 键盘。键盘模块是由数字小键盘独立构成。在领取快件时，通过数字小键盘输入收件人手机号码后四位来查询数据库以获得快件信息，并同步获取快件位置。该模块是目前快递分派点人工身份验证的自动化实现，也解决了没有或忘记带NFC标签的快递用户身份验证的问题。

（5） 激光条码扫描器。本系统采用鑫码激光条码扫描器M?3100，它扫描速度快、使用方便，内置多个接口，只需换线设置即可使用。它采用光学原理，读取条码信息，解码后通过有线或无线方式传输给PC机或别的设备。

3 软件设计

3.1 GSM短信模块

3.1.1 STM32F103RBT6串口通信

快递取件系统的下位机部分充分利用STM32F103RBT6的串口1和串口2。其中串口1位于端口A的PA9（TXD：发送数据串行输出）和PA10（RXD：接收数据串行输入），用于主控制器和上位机串口通信。串口2位于端口A的PA2（TXD：发送数据串行输出）和PA3（RXD：接收数据串行输入），用于和模块SIM900A?GSM进行通信，实现短信通知。

首先打开串口1及相关端口的时钟，然后设置I/O状态及波特率（USART1?>BRR寄存器），配置为1位起始位、8位数据位、无校验及1位停止位，使能接收缓冲区非空中断，并设置中断优先级。对串口2的设置与串口1类似。

3.1.2 短信通知模块的程序设计

快遞取件系统的上位机下达发送指令后，下位机会给上位机反馈发送过来的数据。此时，上位机会判断反馈回来的数据和发送的数据是否相等，相等则视为通信正常。如果上位机与下位机通信正常，就首先置位短信通知标志位，然后模块SIM900A?GSM开始接收控制器STM32F103RBT6传送过来的电话号码和短信发送指令进行短信通知，其软件流程图如图3所示。

3.2 上位机程序设计

3.2.1 LabVIEW与STM32F103RBT6通信

设计的快递取件系统采用LabVIEW中的VISA设计串口通信。VISA是一种标准接口，是一套标准的I/O底层函数库，依据实际接口类型（串口、GPIB等）自动调用相应接口的驱动程序，对于编程者来说比较方便。

LabVIEW通过配置串口与芯片STM32F103RBT6进行通信，其编程只需调用相关控件，配置对应的参数即可。LabVIEW与芯片STM32F103RBT6通信的程序框图如图4所示。

3.2.2 LabVIEW访问Access数据库

LabVIEW SQL Toolkit是集成了大多数常用数据库访问功能的模块，支持高级的数据库访问功能，具有良好的可移植性；支持ODBC及OLE DB兼容的数据库驱动；支持ADO支持的所有数据库引擎，与SQL兼容，可以用G语言（用户无需学习SQL语法）的形式实现数据库的查询、添加、修改及删除等操作[6?8]。

用户只需要建立自己的Access数据库，然后创建对应的UDL文件，便可以通过LabVIEW Database Connectivity Toolset（访问数据库的附加工具包）中的相关控件对数据库进行访问及编辑[9]。

3.2.3 存放快件上位机界面

首先由获取UDL文件的一个子VI关联数据库，接着通过打开数据库表的连接工具获取数据表，经过行列检索提取整个数据库表里的信息；然后运用SQL语句进行条件选择；最后通过扫描快件的条码来检索其信息，并更新数据库。存放快件上位机界面的程序框图如图5所示。

3.2.4 领取快件上位机界面

通过获取UDL文件和数据库表后，只需运用SQL语句对整个数据库表的信息进行查询选择，便可调取出查询的信息。在本文设计的快递取件系统中，通过手机尾号或者读取带NFC标签的卡片来检索快件信息，从而获取存储柜编号来迅速定位快件。领取快件的程序框图如图6所示。

4 测试结果

由于快递分派点的快件数据库无法获取，设计的快递取件系统的性能测试是基于自己建立的数据库进行的。测试分为两部分，一部分是存放快件，另一部分是领取快件。

4.1 存放快件测试

当有快件派送到快递分派点时，根据快件的类型（袋子、盒子、文件等），系统自动给快件生成存储柜号码。工作人员通过扫描快件的条码来更新数据库并提取收件人手机号码，然后点击发送指令通知下位机发送短信，最后将快件放入系统为其分配的存储柜。整个存放快件的过程一般需要3～5 s。存放快件的测试结果如图7所示。

4.2 领取快件测试

当取件人来领取快件时，在取件上位机界面中键入取件人4位手机尾号或者读取取件人的带NFC标签的卡片，来获取快件信息并进行身份验证。若验证通过，则根据存儲柜编号快速定位快件。如果验证没有通过，则报警提醒。整个取件过程一般需要2～4 s。领取快件的测试结果如图8所示。

5 结 论

本文首先对目前快递分派点的运营模式进行了调查和分析，然后针对快递分派点工作效率低下、运营成本较高的问题，设计并实现了便捷式快递取件系统。该系统是基于32位ARM处理器STM32F103RBT6的，并在LabVIEW虚拟仪器的基础上实现了条码扫描、STM32F103RBT6串口通信、SIM900A GSM通信、LabVIEW串口通信、LabVIEW访问Access数据库、NFC标签的读取的功能。

本文设计的快递取件系统的创新点在于：实现了快件扫描入库和短信通知的同步性。这使得收件人能在第一时间获得取件通知，也使得快递分派点不再需要专门负责发短信通知的工作人员，在很大程度上减少了分派点的运营成本，提高了存放快件的效率。在取件时通过手机尾号或带NFC标签的卡片或来验证收件人的身份，同时从调取的快件信息里获取快件的存储柜编号，快速定位快件。这在一定程度上避免了冒领的风险，并且优化了快件存放位置的管理，提高了领取快件的效率。经过整机测试，表明该方案有效可行。采用了该系统的快递分派点，可以省去专门负责发短信的员工，减少负责取件查找的员工。对于一般的快递分派点来说，所需工作人员可由现在的3～6人减少为2～3人。本文设计的快递取件系统在一定程度上提高了快递分派点的工作效率，降低了其运营成本，优化了其管理模式。但是该系统在实际应用中仍然存在一些问题，比如快递公司数据库授权、条形码信息不完备等。

参考文献

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[8] 李江全，任玲，廖结安.LabVIEW虚拟仪器从入门到测控应用130例（附光盘）[M].北京：电子工业出版社，2013.

[9] 吴靖.数据库原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2014.