张盛荣林湘梁伟萍邓晓婷卢海佳
（桂林电子科技大学计算机与妥全学院，广西桂林541004）
摘要：由于生鲜食品类快递具有含水量高、易变质、易腐烂的特征，使得其对冷链物流的要求也就更高，所以必须促进冷链物流行业快速发展，以满足人们的日常物质生活需求.本文设计的家庭智能快递柜是针对高档小区进行末端配送设计的，安装在每一户的家门前，是一个小型可调节温度柜，通过调节柜内温度来满足食品对温度的需求，使用户能取到保鲜的食品类快递，同时也避免了配送员与户主的时间交互问题。在有效地节约配送员与户主的时间前提下，也保证了食品类快递的保鲜需求，并且缩短了户主领取食品类快递所需的时间.
关键词：智能快递柜；最后一公里；Mqtt;LoRa
中图分类号：TP311.52文献标识码：A文章编号：1003-9767（2020）23-122-04
Design of Application System of Home Smart Express Cabinet Based on Android ZHANG Shengrong,LIN Xiang,LIANG Weiping,DENG Xiaoting,Lu Haijia (College of Computer and Information Security,Guilin University of Electronic Technology,Guilin Guangxi541004,China)
Abstract:As the fresh food express has the characteristics of high water content,perishable and perishable,it has higher requirements for cold chain logistics,so the rapid development of the cold chain logistics industry must be promoted to meet people's daily material life needs.The program APP family smart express cabinet designed in this article is designed for end distribution in high-end communities.It is installed in front of the door of each householder J s house.It is a small adjustable temperature cabinet. The temperature in the cabinet is adjusted to meet the temperature needs of food.Allows users to get fresh food express delivery,and at the same time avoids the problem of time interaction between the delivery staff and the head of the household.Under the premise of effectively liberating the delivery staff and the head of the household,it also guarantees the fresh-keeping demand of the food express and reduces the time required for the household head to receive the food express.
Keywords:smart express cabinet;last mile;Mqtt;LoRa
1项目背景
在疫情开始蔓延时，许多线下商业一时之间按下“暂停键”，纵观各地，线下门店几乎全部“歇业”，没生意可做。于是，诞生了许多线上服务的商业形式，降低了部分行业的“损失”，使其可以正常运转。其中，外卖、生活服务、商超便利、生鲜配送等，正在成为这场疫情战役中的“主角”。随着《国务院办公厅关
于推进电子商务和快递物流协同发展的意见》的颁布，快递末端成为重点，智能快递柜在政策方面将获得巨大的支持。智能快递柜顺应了时代的发展需求，将是一个拥有巨大应用市场的项目。2智能快递柜系统介绍
家庭智能快递柜系统的设计是为了解决冷链运输末端配送的问题。通过设计该系统能够满足用户和快递员的需求，以手机APP的形式让用户和快递员进行交互。系统采用JWT进行授权，在网关进行权限验证，后端采用validator插件进行校验。系统中添加了共享功能，采用距离匹配算法来减少误差，采用Spring Cloud微服务架构提高并发能力。
系统功能可分为用户模块和订单模块。用户模块拥有个人信息修改功能，可修改密码、头像、昵称、手机号码等信息。除此之外，快递员用户还拥有对用户的添加、删除功能以及对
基金项目：2020年国家级大学生创业训练计划立项项目“基于L0RA技术的智能家居快递柜平台”成果（项目编号: 202010595252）。
作者简介：张盛荣（1998-），男，广西贵港人，本科在读。研究方向：计算机科学与技术。
通信作者：林湘（1996—），女，广西柳州人，本科。研究方向：计算机科学与技术。E-mail:lO954OO8580qq…
用户备注信息的改动和查询功能。订单模块分为快递员模块 和用户模块，其中快递员模块主要含有对订戦态进行修改和
接收订单的功能，而用户模块可接收快递员发送的揽收快递请 求，通过是否同意接收请求以决定是否远程打开智能快递柜。
系统采用Spring Cloud 微服务架构，通过Nginx 代理进行 负载均衡，反向代理至网关，再由网关将请求代理至相应的服
务。Spring Cloud 使用Ribbon 进行二次负载均衡，同时Hystix 解决了微服务调用过程中可能会产生的雪崩效应[1'3]o
服务消费方主要有用户服务、快递员服务，中间服务提 供方有快递柜微服务、订单微服务、短信通知微服务等。所 有的服务都会在Eureka 进行注册，服务之间的调用都通过注 册中心查询。同时，服务框架使用RabbitMQ 做消息中间件，
项目使用RabbitMQ 的MQTT 插件进行物联网之间的通信，
通过ACK 确认开关门情况，通过RabbitMQ 的AMQP 协议 进行短信和邮箱的异步通知，使得数据可靠性以及用户体验 得到保障。系统设计架构如图1所示。
nginx^l
-1-JWT 请求鉴权
1
1
▼网关集
昵资舷务
—
图1系统设计架构图
mysql 集
redis 集
| redis | | redis ]
| redis sentin^j~|
硬件通信分为两个部分，其通信架构如图2所示，第一
部分是终端与的通信，使用低功耗广域网通信LoRa 通信, 在同等的功耗下，相比其他无线方式传播的距离更远，实现
了低功耗和远距离的统一。第二部分为与服务器的通信，
采用4G 通信的方式，通过MQTT 协议连接云服务器，MQTT 是一个基于TCP 的发布订阅协议，非常适合物联网通信。
3家庭智能快递柜的系统功能及核心硬件软件设计
家庭智能快递柜系统的设计是为了解决冷链运输末端
配送的问题。通过设计该系统能够满足用户和快递员的需
求，以手机APP 的形式让用户和快递员进行交互。系统采用
JWT 进行授权，在网关进行权限验证，后端采用validator 插
件校验。系统中添加了共享功能，采用距离匹配算法来减少
误差，采用Spring Cloud 微服务架构提高并发能力。
系统功能可分为用户模块和订单模块。用户模块拥有个
人信息修改功能，可修改密码、头像、昵称、手机号码等信息。 除此之外，快递员用户还拥有对客户用户的添加、删除功能
以及对用户备注信息的改动和查询功能。订单模块中分为快
递员模块和用户模块，其中快递员模块主要含有对订单状态 进行修改和接收订单的功能，而用户模块可接收快递员发送 的揽收快递请求，通过是否同意接收请求以决定是否远程打
开智能快递柜。系统全局用例图如图3所示。
・■・■■■
终端1
终端2 终端3 终端4 终端n
手机号码一键查询快递图2硬件通信架构图
3.1 MQTT 终端开发板
MQTT 服务器主要用于即时通讯，实时性强，报文包小，
一般不会将数据存储在数据库中。由Tomcat 服务器创建的
客户端以及由创建的客户端，通过MQTT 服务器交互， 如创建的客户端一（图4最左边MQTT 客户端）、客户 端三（图4最右边MQTT 客户端）订阅了 XX 主题，Tomcat
服务器创建的客户端二（图4中间的服务器端）端发布了
XX 主题，那么客户一和客户三就可以收到客户二发布的东
西，如图4所示。
图4 MQTT 服务器处理事务流程图
3.2 LoRa 终端开发板
LoRa 基板可以通过智能快递柜APP 下发指令到达控制
底层硬件，可同时打开多个快递箱。为了节省资金，将一个
LoRa 作为智能快递柜APP 下发指令的中转站，在中转
的LoRa 基板中插入SIM 卡，使该基可以正常工作，并且上 承Mqtt 服务器以接收附件用户下发的指令。用户手机端使用
LoRa 协议，可与多个智能快递柜终端进行通信。除此之外，
通过LoRa 获取温湿度值的方法也很简单，仅需将pcle 器件
管理员
1
3
用户管理
订单管理
舷柜管理
查 询
删查除询
用 户
查 询
快递员
客户
r
~r
1
1~
3
用户注册
空闲快递柜 查看
用户登录
用户注册
接单
图3系统全局用例图
修改用户信息
新堵寄件订单
新墳收件订单
订单管理
快递柜打开关闭丄
绑宀疋快递柜
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1
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安装在智能快递柜内部即可，pcle器件会通过温度抓取实时获取温湿度值并传送回LoRa。
4结语
本文开发的智能快递柜集计算机软硬件、LoRa物联网技术、Mqtt和Tomcat服务器于一体，有效解决了冷链快递最后一公里配送以及用户和快递员之间的时间交互问题，实现了为生鲜保驾护航的功能。
参考文献
[1]林本慧.智能快递柜在我国的应用现状和前景分析[J].纳税，2019,13(7):291,294.
[2]郑华开.LoRa技术给未来物联网产品带来新的起点[J].电子世界,2016(15):146.
[3]方天恩，漆晶，马金辉，等.基于Android的智能蓝牙温度计的研究与设计[J].电子技术应用,2017,433:73-76.
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