基于单片机的智能快递柜系统设计（32基础版）-设计说明书
电子校园网 编号：
M22012-02M-LW
设计摘要：
本次设计的智能快递柜系统设计实现了快递箱、快递员和客户之间的手机通信功能，通过手机与快递柜之间的无线通信，实现了快递信息的传递和管理。其次，系统支持设置6位密码并实现密码开锁功能，用户可以通过输入正确的密码来解锁相应的快递箱。系统还可根据快递箱的大小进行控制，以便适应不同尺寸的包裹存放需求。
为了提供更好的用户体验，系统配备了OLED显示屏，可以显示相关信息，例如快递箱的使用状态、滞留快递的过期提醒等。当用户将快递存放在柜中时，系统会发送短信通知用户。短信中包含取件码，快递员收到短信后，可以输入对应的取件码来取货。同样地，当快递员将快递存放在柜中时，需要输入用户的手机号，系统会自动生成取件码，并通过短信发送给用户，用户收到短信后即可凭借取件码来取货。
综上所述，该基于单片机的智能快递柜系统通过手机通信、密码开锁、分大小箱、OLED显示和短信提醒等功能，实现了快递箱、快递员和客户之间的高效、安全和便捷的互动。这样的系统设计将极大地提升快递服务的质量和用户体验，为现代物流行业的发展做出积极的贡献。
关键词：单片机；智能快递柜；智能存放
字数：12000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 柜门控制方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 STM32F103C8T6单片机
3.3 GSM模块
3.4 4*4矩阵键盘模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程图
4.4 显示函数流程图
4.5 处理函数流程图
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 快递柜状态检测实物测试
5.3 用户模式下实物测试
5.4 快递员模式下实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
近年来,电商的不断发展,在为人们的生活带来了极大便利的同时,也促进了我国快递行业迅速成长。然而，传统的人工投递模式已不能满足日益增长的快递需求，存在诸多问题，如人力资源浪费、快递丢失和取件不便等。因此，设计基于单片机的智能快递柜系统应运而生。智能快递柜的开发,是快递行业物联网+升级的重要实践,在一定程度上解决了末端配送问题,可有效降低物流成本,为客户提供更高质量的服务[1]。
基于此，该设计实现了快递箱、快递员和客户之间的手机通信功能。通过手机与快递柜之间的无线通信，实现快递信息的传递和管理，从而方便用户和快递员之间的沟通。这样一来，用户可以随时了解到自己的快递状态和取件信息，而快递员也能及时收到关于存放快递的通知，实现了信息的实时交互。另外，该设计还致力于提供更加安全可靠的开锁方式。通过设置6位密码并实现密码开锁功能，用户可以通过输入正确的密码来解锁相应的快递箱。这种密码开锁方式相对于传统的钥匙开锁更为便捷，避免了忘记携带钥匙或钥匙丢失的情况。同时，密码开锁还能提高快递安全性，只有知道密码的人才能打开对应的快递箱，从而减少了快递丢失的风险。此外，系统支持快递箱的控制，可以区分箱体的大小，以便适应不同尺寸的包裹存放需求。这样一来，大型、中型和小型快递都可以得到合适的存放空间，提高了存放效率和空间利用率。在现代社会中，快递的种类多样，不同尺寸的快递箱可以更好地满足用户的需求，提高配送和存储的灵活性。本设计不仅提高了工作效率，降低了人力资源的浪费，还能有效减少人为因素导致的错误和遗漏，提高了快递的安全性和准确性。同时将快递服务与现代科技紧密结合，打破了传统模式的限制，为用户提供更加灵活、便捷的快递体验。同时，该系统也为快递企业提供了一种高效的管理方式，提高了运营效率，降低了成本，为物流行业的创新发展做出了积极贡献。
1.2 国内外研究现状
国内方面，智能快递柜系统的研究较为活跃。在快递行业的快速发展背景下，国内多个高校和科研机构积极投入到该领域的研究中。针对快递柜系统的设计，目前已有众多相关的论文和专利发表。研究工作主要集中在系统的硬件设计、通信协议、安全性保障和用户体验等方面。
在硬件设计方面，国内研究人员致力于设计高效、节能的快递柜系统。他们通过选取合适的单片机控制器和传感器，实现了快递柜的开锁、温湿度监测以及异常报警等功能。同时，关于快递柜的结构设计也有所突破，不仅追求实用性和美观性，还注重降低制造成本和提高使用寿命。在通信协议方面，国内研究人员采用了多种无线通信技术，如蓝牙、Wi-Fi和物联网等，以实现系统与用户手机之间的数据传输。这些通信协议具有低功耗、高速率和广覆盖等特点，能够满足快递柜系统对稳定可靠通信的需求。
另外，国内研究人员也积极研究智能快递柜系统的安全性保障。他们通过密码加密、身份验证和防撬设计等手段，提高了快递柜的安全性，防止快递被盗或篡改的情况发生。同时，研究人员还关注用户个人信息的保护问题，加强了系统的隐私保护措施。在用户体验方面，国内研究人员注重提高智能快递柜系统的易用性和便捷性。他们通过优化界面设计、增加语音提示和短信通知等功能，使用户能够轻松存取快递，并能够及时获知快递的状态和提货方式。
白亚梅（2019）基于GSM的快递自动存取系统进行设计,主要通过硬件电路和程序的设计与分析,实现快递自动存取.以单片机STC89C52为控制核心,结合GSM网络通信技术,设计出了一款快递柜存取控制系统.快递员存快递时候需要输入身份密码,校验成功后,进入系统自动分配一个存包裹的随机编码,同时通过GSM短信模块发送取件码给用户;用户取件时候输入取件码校验成功后自动开启柜子,当退出系统后原来的取货码自动失效[2]。
姚会敏（2020）设计的家用智能快递柜采用STC89C52单片机作为主要控制芯片,使用LCD1602液晶显示器来提示用户如何操作并显示密码输入状态,使用GSM模块实现短信发送功能,利用继电器来控制快递柜的开关功能,通过按键实现电路的人机交互功能,使系统操作起来既便捷又安全[3]。
王金智，何颖等（2022）采用STM32单片机为核心控制器,由GA6-B通信模块,HC-SR501红外传感器,蜂鸣器电路,OLED显示屏,继电器开关及其他电路模块等组成.GA6-B模块实现信息的传输,并通过程序控制在OLED液晶屏上显示,HC-SR501人体红外检测与蜂鸣器实现快递柜的系统报警方法,继电器模块实现快递柜的手动开关和密码验证开关两种方式.系统具有空间利用率高,运营成本低,智能化程度高,存取快递方便快捷的优点[4]。
国外方面，智能快递柜系统的研究也取得了显著进展。一些发达国家和地区，如美国、欧洲和日本，已经广泛应用该技术，并进行了深入研究。国外的研究工作主要集中在系统的智能化、自动化以及可持续发展上。
国外研究人员致力于提高快递柜系统的智能化程度。他们借鉴人工智能和机器学习的技术，使系统能够根据用户的取件习惯和存件需求进行智能调度和管理，提高系统的效率和用户的满意度。此外，国外研究人员还注重提高快递柜系统的自动化程度。他们通过引入机械臂、无人机等技术，实现自动存放和取件快递的功能，进一步减少快递员的工作负担，提高整个系统的自动化水平。另外，国外研究人员也对快递柜系统的可持续发展进行了广泛探索。他们关注快递柜系统与环境保护的结合，提出了一些节能减排的设计理念和方法。例如，他们利用太阳能板供电、采用可降解材料等，减少系统对能源的依赖和对环境的污染。
Beasley C , Neiman R A , Roldan F E C ,et al（2019）研究的智能储物柜包括用于操作用户界面（包括键盘）的电子设备，并通过键盘接收用户命令以使用电子锁锁定或解锁智能储物柜。智能储物柜还接收主输入电源，并为电子设备充电提供直接充电电源和无线充电电源。智能储物柜还能够在没有主输入电源的情况下接收辅助输入电源以操作电子锁[5]。
Miller S , Bromwell M , Powell D ,et al.（2021）研究的自动存储柜和包裹传送系统，该系统包括多个自动储物柜组件，每个储物柜包括多个由中央计算机系统监视和控制的连续储物柜。每个储物柜都有一个自主锁单元，包括处理器、存储器和短程无线收发器，其与多个移动电话或其他无线设备中的任何一个通信。系统客户通过验证码被授予对储物柜的访问权限，验证码通过启用消息从中央计算机系统传达到客户设备上运行的应用程序。该应用程序配置为根据启用消息向锁单元发送访问请求，并将从锁单元下载的事件详细信息传输回中央计算机系统。每个启用消息可以授权用户设备执行多个传递或收集，也可以是一次性代码[6]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计基于单片机的智能快递柜的系统软件。系统软件由STM32F103最小单片机，GSM模块，OLED显示屏模块，继电器控制快递柜模块和被动蜂鸣器警报模块设计，并具有4*4功能矩阵键控制模块一起形成。主要设计内容如下：
1.实现快递箱、快递员和客户之间的手机通信功能
2.实现设置6位密码、密码开锁
3.实现快递箱控制，区分箱体大、中、小
4.实现OLED显示和滞留快递过期提醒功能
5.用户存货，快递员收到短信，输入对应的取件码，可以拿货
6.快递员存货，输入用户手机号，用户收到取件码，用户可以取货
