[發明專利]一種模塊化的智能生鮮冷藏快遞柜及控制方法

有效

• 申請號: 202110643014.5
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113208306B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 姜方桃;楊乃裕;蔣浩洋;潘思浩;潘陽
• 申請（專利權）人: 金陵科技學院
• 主分類號: A47B71/00
• 分類號: A47B71/00;F25D23/12
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

1.一種模塊化的智能生鮮冷藏快遞柜的控制方法，所述模塊化的智能生鮮冷藏快遞柜，包括模塊化智能生鮮冷藏快遞柜與總控機：

所述模塊化智能生鮮冷藏快遞柜用于存儲生鮮等待配送物品；

所述模塊化智能生鮮冷藏快遞柜包括殼體(1)、電磁鐵(2)、紫外消殺燈(3)、前蓋(4)、電控鎖模塊(5)、密封圈(6)、底層加熱封裝板(7)、后蓋(8)、串聯接線口(9)、接線開關口(10)、通風模塊(12)、制冷模塊(13)、傳感器(14)、鋰電池(15)、模塊單片機(16)和中間隔板(17)；

所述殼體(1)上下左右均有電磁鐵(2)，相鄰的模塊化智能生鮮冷藏快遞柜通過電磁鐵(2)相連；

所述殼體(1)前側開口邊緣有密封圈(6)且配套設置有打開式前蓋(4)，所述殼體(1)端部有實現開閉的電控鎖模塊(5)，所述電控鎖模塊(5)包括電控鎖基體(5A)和電控鎖鉤(5B)，所述電控鎖基體(5A)設置在殼體(1)前側開口上，所述電控鎖鉤(5B)設置在前蓋(4)上；

所述后蓋(8)上有串聯接線口(9)和接線開關口(10)并設置有通風槽口；

所述殼體(1)頂部安裝有一排紫外消殺燈(3)，所述殼體(1)底部安裝有底層加熱封裝板(7)，所述殼體(1)內有中間隔板(17)，所述中間隔板(17)上加裝通風模塊(12)、制冷模塊(13)、溫濕度傳感器(14)、鋰電池(15)和模塊單片機(16)；

所述總控機為所述模塊化智能生鮮冷藏快遞柜的上位機，用于配置節點、設置參數和識別解鎖；

所述總控機與所述模塊化智能生鮮冷藏快遞柜之間通過無線通訊實現控制；

所述總控機包括總控機前蓋(18)、總控機后蓋(19)、觸摸顯示屏(21)、Zigbee無線通訊模塊(22)、控制電腦(23)和電源接口(24)，所述控制電腦(23)搭載系統和上位機程序配套Zigbee無線通訊模塊(22)設置在總控機前蓋(18)和總控機后蓋(19)內，所述總控機前蓋(18)的框架內設置有觸摸顯示屏(21)，所述總控機后蓋(19)有電源接口(24)；

所述總控機前蓋(18)還設置有用于人臉識別的攝像頭(20)；

所述電磁鐵(2)有6個上下各有2個左右有1個；

所述殼體(1)的后蓋(8)上鋪設有太陽能板(11)；

所述接線開關口(10)設有串聯模式選擇開關，共有兩種模式，1)不串聯模式，即與串聯接線口不連通，2)串聯模式，即與串聯接線口連通，串聯接線口連接下一個快遞柜的接線開關口，實現各個模塊之間的串聯供電；

所述傳感器(14)包括溫濕度傳感器和氣體濃度傳感器，所述溫濕度傳感器選用的型號為CAEL-S16，氣體濃度傳感器選用的型號為DGF-I1；

所述通風模塊(12)包括28電機安裝架(12A)、28步進電機(12B)、凸輪(12C)、凸輪連接桿(12D)、通風連接桿(12E)和通風板葉(12F)，所述28步進電機(12B)通過28電機安裝架(12A)安裝且28步進電機(12B)轉軸端部有凸輪(12C)，所述凸輪(12C)與凸輪連接桿(12D)一端通過轉軸相連，所述通風板葉(12F)通過對應通風連接桿(12E)與凸輪連接桿(12D)相連；

所述制冷模塊(13)包括風扇(13A)、散熱塊(13B)、制冷片(13C)和導冷塊(13D)，所述制冷片(13C)在散熱塊(13B)和導冷塊(13D)之間，所述風扇(13A)設置在散熱塊(13B)后側，包括狀態監測模塊和算法調度模塊，其特征在于：

在所述的狀態監測模塊中，包含數據采集、數據傳輸和數據處理模塊，具體的步驟描述為：

步驟1，利用溫度傳感器、濕度傳感器和氣體濃度傳感器對冷藏快遞柜的溫濕度和氣體濃度進行數據的采集；

步驟2，將采集到的數據發送至STM32節點；

步驟3，利用Zigbee無線傳輸模塊將采集的數據傳輸至STM32總控中心，其中的協議棧選用Zigbee?2007/PRO，Zigbee初始化的步驟為：

步驟3.1，使能串口時鐘及GPIO時鐘；

步驟3.2，設置GPIO端口模式；

步驟3.3，設置串口對應引腳為復用功能；

步驟3.4，設置波特率、字長、奇偶校驗等參數；

步驟3.5，使能串口；

步驟3.6，設置串口中斷類型、中斷優先級并使能；

步驟4，STM32總控中心將數據發送至WIFI/4G模塊，其中WIF'I芯片選用ESP8266-cloud2；

步驟5，WIFI模塊通過無線通信組網模塊發送至服務器，服務器完成對數據的處理，若發現溫濕度和氣體濃度超出設定的閾值，則進行報警并控制電機進行排風和散熱，一段時間仍未消除警報，則通過STM32總控中心控制繼電器進行斷電；

在所述的算法調度模塊中，包含特征向量數據整合、改進K-Means聚類方法處理等模塊，具體的步驟描述為：

步驟1，確定貨物的大小等級sc，此處選用體積重量V_w進行評估，其表達式為：

式中，a、b和c分別表示快遞的長寬高，貨物的大小等級可分為4級，當時sc為1級，當時sc為2級，當時sc為3級，當V_w＞3時sc為4級；

步驟2，確定配送貨物的地點，此處確定的是經緯度數據，記為lo和la；

步驟3，確定收貨人歷史購物頻率等級sl，sl分為4個等級，每月購物次數記為n，當n≤3時對應的等級為1，當3＜n≤5時等級為2，當5＜n≤10時等級為3，當n＞10時等級為4；

步驟4，確定收貨人歷史取件效率等級pe，pe設為4個等級，取件用時pt，當pt≤2小時對應的等級為1，當2＜pt≤6小時對應的等級為2，當6＜pt≤12小時對應的等級為3，當pt＞12時對應的等級為4；

步驟5，利用改進的K-Means聚類方法確定快遞柜所需安放的位置和快遞柜的規格，具體的步驟為：

步驟5.1，將步驟1～步驟4確定的變量組成特征向量f，即f＝[sc,lo,la,sl,pe]；

步驟5.2，設定聚類中心K的值，同時初始化K個聚類中心；

步驟5.3，計算各特征向量f與K個聚類中心v_j(j＝1,...,K)的距離dist，此處提出一種新的距離計算公式，表達式為：

式中，f_l表示f的第l個特征量，v_j,l表示第j個聚類中心的第l個特征量；

步驟5.4，計算各樣本至K個聚類中心的距離，并將樣本分到距離其最近的聚類簇中，其中使用的評價函數E的表達式可表述為：

式中，c_j為第j個類別中的樣本集合，v_j是c_j內所有樣本點p_i的聚類中心點；

步驟5.5，對各類簇進行中心點的更新，更新準則采用算術平均法；

步驟5.6，重復步驟5.3～步驟5.5，直至評價函數E收斂或達到設定的迭代次數；

步驟5.7，依據最終確定的聚類中心所在的經緯度確定快遞柜安放的位置，其中快遞柜的規格大小等級S按照計算公式S_w＝sc×sl×pe進行確定，當S_w≤1時所對應的等級S為1，當1＜S_w≤8時所對應的等級S為2，當8＜S_w≤16時所對應的等級S為3，當16＜S_w≤32時所對應的等級S為4，當32＜S_w≤64時所對應的等級S為5；

步驟5.8，將確定的分配方案與當前MYSQL數據庫進行匹配，確定數據庫中的可用冷藏柜數量是否滿足調度要求，若不滿足，則需要補充快遞柜的庫存；若滿足，則通過GMS模塊和通訊鏈路將調度信息發送至移動終端，工作人員執行相應的調度任務，并在執行任務后對數據庫中的相關數據進行更新。