一种快递件定位指引系统及方法与流程

本发明涉及快递末端配送系统技术领域，特别涉及一种快递件定位指引系统及方法。

背景技术：

目前处在快递件配送末端的快递驿站，在快递入库阶段需要进行以下操作：

第一步，需要工作人员将杂乱无序的快递包裹进行分类整理，然后快递包裹按取件码顺序排列；

第二步，需要工作人员将快递包裹放置于与取件码对应的货架上；

第三步，使用条形码扫描器包裹上的条形码完成入库。

显然这种快递入库方式程序复杂，快递入口效率较低，工作人员劳动强度大。

在客户取快递时，需要进行以下操作：

第一步，需要取件人报出“取件码”；

第二步，需要工作人员通过取件码在货架上查找对应的快递。

这种取件方式由于客户不熟悉货架，因此取件需要工作人员帮助完成，这显然会增加快递驿站的人力成本，并且取件效率很低，容易造成客户不满意的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种快递件定位指引系统及方法，以解决现有快递驿站快递入库速度及取件效率低的技术问题。

本发明快递件定位指引系统，包括信号发射装置、布置在长方体形货架上货侧侧面上的信号接收装置、以及舵机云台激光指示器，

所述信号发射装置包括第一单片机、与第一单片机连接的超声波传感器、与第一单片机连接的射频发射模块，以及与第一单片机连接的第一电源；

所述信号接收装置包括第二单片机、与第二单片机连接的布置在货架侧面上的至少三个超声波传感器、与第二单片机连接的射频接收模块、与第二单片机连接的数字温度传感器、与第二单片机连接的第二电源、与第二单片机连接的开关、以及与第二单片机连接的计算机；

所述舵机云台激光指示器包括舵机云台、激光发射器和第三电源，所述舵机云台包括设置在货架上或设置在相邻货架之间的第一舵机和设置在第一舵机输出轴上的第二舵机，所述激光发射器设置在第二舵机上，所述第一舵机的输出轴和第二舵机的输出轴垂直，所述第三电源分别对舵机云台和激光发射器供电，所述第二单片机的信号输出端与分别与第一舵机和第二舵机的信号输入端连接；

每套信号接收装置对应有一套舵机云台激光指示器。

进一步，所述快递件定位指引系统还包括与第一单片机连接的条形码扫描器。

本发明快递件定位指引方法包括以下步骤：

1)将待定位快递件放置在货架上，按下当前上货货架对面的信号接收装置的开关，唤醒该信号接收装置；

2)将信号发射装置放置在待定位快递件的正前方，然后用条形码扫描器扫描快递上的条形码完成快递入库，在快递入库后，第二单片机控制信号发射装置的超声波发射器和射频发射模块分别发出超声波信号和射频信号；

3)当信号接收装置的射频接收模块接收到射频信号时，第二单片机将接收到射频信号的时间点记录下来，作为信号发射装置发出超声波的时间点；当信号接收装置的各个超声波传感器接收到超声波信号时，第二单片机分别将各超声波传感器接收到超声波信号的时间点记录下来；

4设待定位快递件处在m点、舵机云台处在h点，设长方体形货架朝向舵机云台的一面的左下角为o点，以o点为坐标原点，在货架朝向舵机云台的一面上沿货架高度方向建立y轴，在货架朝向舵机云台的一面上沿货架长度方向建立坐标x轴，在货架朝向舵机云台的一侧沿货架宽度方向建立坐标z轴；第一舵机的输出轴垂直于xoz平面，第二舵机的输出轴平行于xoz平面，在第一舵机和第二舵机的输出轴转角归零状态，激光发射器发出的激光平行于x轴；

第二单片机计算信号接收装置的各个超声波传感器接收到超声波信号的时间点与信号发射装置发出超声波的时间点之间的时间差δti，i∈(1，n)，n为信号接收装置中超声波传感器的数量；

并计算出m点至信号接收装置的各个超声波传感器的距离di，下式中c为超声波在空气中的传播速率，t为数字温度传感器测得的当前摄氏温度值，

c＝331.6+0.6t

di＝δti*c，i∈(1，n)；

5)第二单片机对测得的m点至信号接收装置各个超声波传感器的距离数据di进行初步筛选，将小于dmin或者大于dmax的数据视为无效值进行剔除，dmin，dmax是快递件与信号接收装置中超声波传感器之间空间距离的物理界限；

6)初步筛选后剩余n个距离数据，其中每个距离数据都有信号接收装置中的超声波传感器与之对应，从对应的n个传感器中任取三个作为一组定位基点，共有种不同的组合方式，分别计算各种组合的定位基点下快递件的空间坐标，将m个计算结果为无穷多解及无解的定位基点组合删除，最终得到个快递件可能所在位置的目标点；

7)提取所有目标点坐标中横坐标、纵坐标、竖坐标的极值，即xmin、xmax、ymin、ymax、zmin、zmax，将目标点的分布区域视为一个长为xmax-xmin，宽为ymax-ymin，高为zmax-zmin的长方体；均匀分割此长方体为个长宽高的子长方体，统计每个子长方体空间内目标点的数量t，选取含目标点数量最多的子长方体，求出此空间内的所有目标点的均值坐标并将该均值坐标作为快递件的最终的空间坐标；

8)通过坐标变换将快递件的最终空间坐标转换为舵机转动角度：

点m相对于舵机云台激光指引点h(a，b，c)的空间坐标为mh(xh，yh，zh)，其中

xh＝x-a

yh＝y-b

zh＝z-c

在舵机云台激光指示器正向放置情况下，第二舵机位于第一舵机上方，第一舵机转动角度为α，第二舵机转动角度为β，

在舵机云台激光指示器倒挂放置情况下，第二舵机位于第一舵机下方，第一舵机转动角度为α，第二舵机转动角度为β，

9)第二单片机将快递件最终的空间坐标、与快递件最终的空间坐标对应的第一舵机和第二舵机转角数据、以及信号接收装置的编号上传至数据库中；

10)在取件时，将取件码输入计算机，计算机根据取件码查询对应快递的空间坐标、与快递件最终的空间坐标对应的第一舵机和第二舵机转角数据和信号接收装置的编号，并将与快递件最终的空间坐标对应的第一舵机和第二舵机转角数据发送给对应编号的信号接收装置，对应编号的信号接收装置在接收到第一舵机和第二舵机转角数据后，该信号接收装置的第二单片机控制对应的第一舵机顺时针转动α角度，并控制对应的第二舵机顺时针转动β角度，使激光发射器发射激光指向快递件。

本发明的有益效果：

本发明一种快递件定位指引系统及方法，在快递入库阶段，不需要对杂乱的快递进行分类及按取件码顺序排列，工作人员可直接将快递放置在货架上，然后工作人员将信号发射装置紧贴着放置在该快递的正前方，然后用条形码扫描器扫描快递件上的条形码入库，在第二单片机接收到扫描信号时，第二单片机控制信号发射装置发射超声波信号及射频信号，信号接收装置再对得到的各超声波接收器接收到超声波信号的时间等数据进行处理，最终得到该快递件的坐标，实现对快递的定位。在取件时，计算机根据快递的取件码，在数据库中找到该快递件的坐标、舵机云台的转角数据及信号接收装置编号，然后第二单片机根据该快递的坐标数据及舵机云台的转角数据控制舵机云台转动相应的角度，使激光发射器发射的激光指向快递件，客户即可根据激光的指引找到自己的快递。

由于在入库阶段省掉了对杂乱的快递进行分类、排序等步骤，在取件阶段不需要工作人员帮助找寻快递，客户能根据激光指引自行找到快递，因此本快递件定位指引系统及方法能很大的提高快递入库速度及取件效率、减轻工作人员劳动强度和提升快递服务质量。

附图说明

图1为实施例中快递定位指引系统的结构示意图；

图2为信号发射装置的结构框图；

图3为信号接收装置的结构框图；

图4为快递的空间坐标示意图；

图5为舵机云台与激光发射器的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图所示，本实施例中快递件定位指引系统，包括信号发射装置、布置在长方体形货架上货侧侧面上的信号接收装置、以及舵机云台激光指示器。

所述信号发射装置包括第一单片机1、与第一单片机连接的超声波传感器2、与第一单片机连接的射频发射模块3，以及与第一单片机连接的第一电源4。本实施例中，超声波传感器采用型号为aj-sr04k的超声波传感器，射频发射模块采用为433m超再生发射模块；当然在不同实施例中，超声波传感器和射频发射模块还可采用其它型号。

所述信号接收装置包括第二单片机5、与第二单片机连接的布置在货架侧面上的至少三个超声波传感器6、与第二单片机连接的射频接收模块7、与第二单片机连接的数字温度传感器8、与第二单片机连接的第二电源9、与第二单片机连接的开关10、以及与第二单片机连接的计算机11。本实施例中数字温度传感器采用型号为dht-11的数字式温湿度传感器，当然在不同实施例中还可采用其它型号的数字温度传感器。

所述舵机云台激光指示器包括舵机云台12、激光发射器13和第三电源14，所述舵机云台包括设置在货架上或设置在相邻货架之间的第一舵机121和设置在第一舵机输出轴上的第二舵机122，本实施例中第一舵机121的输出轴和第二舵机122的输出轴通过第一支架123连接，所述第一舵机的输出轴和第二舵机的输出轴垂直，所述激光发射器通过第二支架124设置在第二舵机上，所述第三电源分别对舵机云台和激光发射器供电，所述第二单片机的信号输出端与分别与第一舵机和第二舵机的信号输入端连接。

每套信号接收装置对应有一套舵机云台激光指示器。如图1所示，长方体形货架的前后两侧面均可上货，长方体形货架的前后两侧面上分别布置有一套信号接收装置，每套信号接收装置的第二单片机分别通过串行通信接口与计算机连接。

本实施例中的第一舵机和第二舵机采用ds3230，当然在不同实施例中，第一舵机和第二舵机还可采用其它型号的舵机。

本实施例中，所述的第一单片机和第二单片机采用arduinomega，当然在不同实施例中，第一单片机和第二单片机还可采用stm32等其它型号的单片机。

作为对以上实施例的改进，所述的快递件定位指引系统，还包括与第一单片机连接的条形码扫描器15。

本实施例中快递件定位指引方法，包括以下步骤：

1)将待定位快递件放置在货架上，按下当前上货货架对面的信号接收装置的开关，唤醒该信号接收装置。

2)将信号发射装置放置在待定位快递件的正前方，然后用条形码扫描器扫描快递上的条形码完成快递入库，在快递入库后，第二单片机控制信号发射装置的超声波发射器和射频发射模块分别发出超声波信号和射频信号。

3)当信号接收装置的射频接收模块接收到射频信号时，第二单片机将接收到射频信号的时间点记录下来，作为信号发射装置发出超声波的时间点；当信号接收装置的各个超声波传感器接收到超声波信号时，第二单片机分别将各超声波传感器接收到超声波信号的时间点记录下来。

4)设待定位快递件处在m点、舵机云台处在h点，设长方体形货架朝向舵机云台的一面的左下角为o点，以o点为坐标原点，在货架朝向舵机云台的一面上沿货架高度方向建立y轴，在货架朝向舵机云台的一面上沿货架长度方向建立坐标x轴，在货架朝向舵机云台的一侧沿货架宽度方向建立坐标z轴；第一舵机的输出轴垂直于xoz平面，第二舵机的输出轴平行于xoz平面，在第一舵机和第二舵机的输出轴转角归零状态，激光发射器发出的激光平行于x轴；

第二单片机计算信号接收装置的各个超声波传感器接收到超声波信号的时间点与信号发射装置发出超声波的时间点之间的时间差δti，i∈(1，n)，n为信号接收装置中超声波传感器的数量；

并计算出m点至信号接收装置的各个超声波传感器的距离di，下式中c为超声波在空气中的传播速率(单位m/s)，t为数字温度传感器测得的当前摄氏温度值，

c＝331.6+0.6t

di＝δti*c，i∈(1，n)。

5)第二单片机对测得的m点至信号接收装置各个超声波传感器的距离数据di进行初步筛选，将小于dmin或者大于dmax的数据视为无效值进行剔除，dmin，dmax是快递件与信号接收装置中超声波传感器之间空间距离的物理界限。

6)初步筛选后剩余n个距离数据，其中每个距离数据都有信号接收装置中的超声波传感器与之对应，从对应的n个传感器中任取三个作为一组定位基点，共有种不同的组合方式，分别计算各种组合的定位基点下快递件的空间坐标(x，y，z)，以图4为例，计算以1，2，4号超声波传感器组合定位快递的空间坐标，距离分别为d1、d2、d4，有：

(x-x1)²+(y-y1)²+z²＝d1²

(x-x2)²+(y-y2)²+z²＝d2²

(x-x4)²+(y-y4)²+z²＝d4²

解得

x＝(d1²*y2-d1²*y4-d2²*y1+d2²*y4+d4²*y1-d4²*y2-x1²*y2+x1²*y3+

x2²*y1-x2²*y4-x4²*y1+x4²*y2-y1²*y2+y1²*y3+y2²*y1-y4²*y1-y2²*

y4+y4²*y2)/(2*(x1*y2-x2*y1-x1*y4+x3*y1+x2*y4-x4*y2))

y＝(d1²*x2-d1²*x4-d2²*x1+d2²*x4+d4²*x1-d4²*x2-x1²*x2+

x1²*x4+x2²*x1-x4²*x1+y2²*x1-y4²*x1-x2²*x4+x4²*x2-y1²*

x2+y4²*x2+y1²*x3-y2²*x4)/(2*(x1*y2-x2*y1-x1*y4+x3*y1+

x2*y4-x4*y2))

以其它组合计算快递件空间坐标的方法与上述方法相同；将计算结果为无穷多解及无解的m个定位基点组合删除，最终得到个快递件可能所在位置的目标点。

7)提取所有目标点坐标中横坐标、纵坐标、竖坐标的极值，即xmin、xmax、ymin、ymax、zmin、zmax，将目标点的分布区域视为一个长为xmax-xmin，宽为ymax-ymin，高为zmax-zmin的长方体；均匀分割此长方体为个长宽高的子长方体，统计每个子长方体空间内目标点的数量t，选取含目标点数量最多的子长方体，求出此空间内的所有目标点的均值坐标并将该均值坐标作为快递件的最终的空间坐标；

8)通过坐标变换将快递件的最终空间坐标转换为舵机转动角度：

点m相对于舵机云台激光指引点h(a，b，c)的空间坐标为mh(xh，yh，zh)，其中

xh＝x-a

yh＝y-b

zh＝z-c

在舵机云台激光指示器正向放置情况下，第二舵机位于第一舵机上方，第一舵机转动角度为α，第二舵机转动角度为β，

在舵机云台激光指示器倒挂放置情况下，第二舵机位于第一舵机下方，第一舵机转动角度为α，第二舵机转动角度为β，

9)第二单片机将快递件最终的空间坐标、与快递件最终的空间坐标对应的第一舵机和第二舵机转角数据、以及信号接收装置的编号上传至数据库中。

在当前货架上货完成后，按下对应的信号接收装置的开关，使其重新回到休眠状态。

10)在取件时，将取件码输入计算机，计算机根据取件码查询对应快递的空间坐标、与快递件最终的空间坐标对应的第一舵机和第二舵机转角数据和信号接收装置的编号，并将与快递件最终的空间坐标对应的第一舵机和第二舵机转角数据发送给对应编号的信号接收装置，对应编号的信号接收装置在接收到第一舵机和第二舵机转角数据后，该信号接收装置的第二单片机控制对应的第一舵机顺时针转动α角度，并控制对应的第二舵机顺时针转动β角度，使激光发射器发射激光指向快递件。

每次取件指引结束后，在进行下一次指引前，第二单片机控制第一舵机和第二舵机的转轴回转归零。

采用本实施例中快递件定位指引系统及方法，在快递入库阶段，不需要对杂乱的快递进行分类及按取件码顺序排列，工作人员可直接将快递放置在货架上，然后工作人员将信号发射装置紧贴着放置在该快递的正前方，然后用条形码扫描器扫描快递件上的条形码入库，在快递完成入库后，第二单片机控制信号发射装置发射超声波信号及射频信号，信号接收装置再对得到的各超声波接收器接收到超声波信号的时间等数据进行处理，最终得到该快递件的坐标，实现对快递的定位。在取件时，计算机根据快递的取件码，在数据库中找到该快递件的坐标、舵机云台的转角数据及信号接收装置编号，然后第二单片机根据该快递的坐标数据及舵机云台的转角数据控制舵机云台转动相应的角度，使激光发射器发射的激光指向快递件，客户即可根据激光的指引找到自己的快递。在具体实施中，第二单片机与以太网扩展板连接，通过以太网拓展板连接数据库。

由于在入库阶段省掉了对杂乱的快递进行分类、排序等步骤，在取件阶段不需要工作人员帮助找寻快递，客户能根据激光指引自行找到快递，因此本快递件定位指引系统及方法能很大的提高快递入库速度及取件效率、减轻工作人员劳动强度和提升快递服务质量。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。