智能外卖保温柜设计

智能外卖保温柜设计

杜锐 

（天津天狮学院 信息科学与工程学院，天津301700）

摘要：随着外卖行业体量的快速提升，经常会出现外卖派送时无人在家接收或放置在小区门口导致丢失等问题，针对以上问题，本设计利用单片机控制技术实现一种外卖保温柜智能化方案，主控芯片选用STM32，接入实现发短信验证码的无线wifi模块、实现温度采集的DS18B20温度模块、模拟外卖柜门的继电器模块，并利用OLED12864液晶屏作为人机交互界面，实现外卖员的存货和用户的自助取件功能，还增加了保温功能。通过系统功能调试，本设计的实物可满足设计之初的预期功能，运行稳定可靠，同时在方案的成本上得到有效控制。

关键词：外卖柜；单片机；验证码；自助取件；自动保温

１绪论

疫情之下，“无接触配送”一词横空出世。常见的储物柜或者寄存柜不适用于寄存快餐外卖食品，本文提出了一种基于STM32芯片作为主控芯片的智能外卖寄存柜，通过在普通寄存柜体内填加半导体制冷片和热隔离泡沫材料，利用继电器控制半导体制冷片的正向连接制冷、反向连接制热的工作方式，让普通寄存柜具有制热和冷藏的功能。而泡沫材料具有良好的保温效果，且价格便宜，环保节能。另外，该寄存柜还具有温度传感器与无线传输的功能，可以让订餐者实时了解食品的具体状态。

２系统方案分析

整个系统架构分为由硬件元件连接组成的本地控制端和由手持无线设备或PC终端的远程监控端，整个智能外卖保温柜系统整体框架图如图1所示。设计思路为利用核心处理器对智能外卖保温柜输入模块的信号数据进行处理驱动后端控制设备响应，同时借助无线通信模块完成数据上传和接收，最终完成一个智能外卖保温柜系统。

图 1系统整体框图

３系统硬件设计

３.1主控制模块的设计

主控核心是STM32单片机，该单片机的封装选用BGA封装、共40个pin脚，除了VCC电源脚、GND接地脚、RST复位脚等5个功能管脚外，其余35个均为数据管脚，共分为3组定义为PA*至PB*，每一组数据管脚有15个数据引脚。单片机的最小系统包含能保持稳定供电的电源模块，一个能使开机起振，运行按照固定指令周期的RTC晶振电路，以及一个可支持外部按键进行复位初始化控制的复位电路。STM32单片机的供电电压可支持3.3V-5V，其功耗极低，32位的数据处理模式下运行响应快速。如图2所示。

图 2STM32单片机最小系统原理图

３.2温度检测模块

DS18B20是常用的温度采集模块，管脚数为3个，除了VCC电源脚和GND地脚外，就只需将一根信号输出DQ与单片机直连，便可实现温度的采集，设计时将3脚VCC拉到电源供电信号上，1脚GND与主板的大地信号互联，信号输出管脚通过连接单片机定义为温度传感器的管脚上，即可实现温度传感器模块的设计和电路连接。如图3所示。

３.3无线wifi通信模块

以ESP8266无线wifi模块为通信载体完成本地端采集端和远程端之间的信号交互。蓝牙通信电路设计图如图4所示，ESP8266的管脚数为4个，除了VCC电源脚和GND地脚外，就只需将两根输出和接收信号RX和TX与单片机直连，便可实现数据的上传和接收，设计时将1脚VCC拉到电源供电信号上，2脚GND与主板的大地信号互联，信号管脚通过连接单片机定义为串口收发的管脚上，即可实现无线wifi模块的设计和电路连接。

３.4报警模块电路

本次设计利用蜂鸣器作为报警提示模块，具体原理图如图5所示。

３.5液晶显示模块电路

OLED12864液晶屏是4管脚的器件，SCL是液晶屏的时钟信号用于实现液晶屏上电启动和工作时序的控制，SDA是液晶屏的数据显示信号用于实现液晶屏的显示内容输出，SCL和SDA都与单片机接口直连，在设计时通过查看OLED12864液晶屏的规格书中关于上电时序进行处理，遵循液晶屏的上电逻辑。如图6所示。

３.6继电器模块电路

继电器是一种多触点的电磁型的集成线圈器件，通过触点来控制控继电器的开闭功能。单片机PB12脚作用在三极管上，高电平时三极管不导通，继电器持续断开的状态。当单片机的信号控制脚变更为低电平，此时三极管导通，继电器通电对接在负载进行通电，实现后端设备的驱动。如图7所示。

图 7继电器模块电路原理图

４系统软件设计

４.1系统主程序设计

本次智能外卖保温柜系统的主程序设计，程序运行的第一步是初始化配置，完成后对调用液晶屏显示函数，将预设的显示字符段呈现出来，完成以上变量数据的识别后关键在于对数据的处理和响应，完成数据的加减操作。若触发了报警模式需要调用蜂鸣器报警函数来实现提示。同时通过无线wifi通信函数，实现远程同步。

４.2温度传感器的采集程序

本次系统的数据采集部分的内容需利用温度传感器的返回值进行识别，程序开始首先对传感器初始化并判断是否在位，只有传感器全部在位才会进入下一采集阶段，传感器的状态默认保持高电平，若电平无变化则未进行采集，当检测到有一个低电平信号，则单片机读取传感器信号值并发送，本次传感器采集结束返回，输出本次的采集数值，完成该流程后重新进入此函数，并循环不断采集和输出。

４.3智能加热程序设计

系统调用温度传感器采集函数，循环对外卖的温度数据是否低于下限进行判断，若温度传感器的信号返回值为在正常区间，程序返回温度传感器采集程序，当且温度传感器的信号返回值为低于下限时，触发自动保温措施。系统驱动继电器完成加热。

５结论

本次设计基本实现了外卖员的存货和用户的自助取件功能、保温功能等预期目标。但是由于毕竟是一个模拟作品，未对结构等外观进行完整设计，在实际各类应用场合中可靠性方案值得深究，另外准确度由于未使用真正的温湿度等工业级精度采集仪进行验证，因此本次设计还是存在不足，在后续的设计和测试中继续完善。

参考文献

[1] 陈帅 ,黎雪芬 ,余婷婷 .基于51单片机的智能外卖柜系统 [J] .  黑龙江科技信息 . 2019,第024期

[2]王涛 ,屈高龙 ,殷蘖均 .基于单片机的智能外卖柜系统的设计 [J] .  电子测试 . 2020,第019期

[3]林倩 ,胡耀武 ,胡丽冰 .基于51单片机的物流系统设计 [J] .  物联网技术 . 2018,第002期

[4] 陶跃 ,张平华 ,张进 .基于52单片机智能家居的应用研究 [J] . 电脑知识与技术 . 2019,第026期

[5] 李星宇.便携式小功率移动终端无线充电模块研究[D].杭州电子科技大学.2019年

[6]马晓鹏. 智能家居监控原型系统设计与实现[D]. 中国海洋大学,2019