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基于Jetson Nano的智能快递柜设计与实现
2024年5月28日发(作者：辛图)
Intelligent Processing and Application
DOI
：
10.16667/.2095-1302.2022.07.015
基于Jetson Nano的智能快递柜设计与实现
苏羽康，林鹏程，郭 佳
（
厦门大学嘉庚学院 信息科学与技术学院
，
福建 漳州 363105
）
为提高快递站内快递柜的建设效率和互换性
，
设计了一款易于替换的智能快递柜
。
箱体采用可拼接
摘 要：
的机械设计
；
Jetson Nano为主要控制单元
，
Ubuntu为控制系统
，
搭配摄像头实时记录快递的存取并匹配用户信息
；
使用STM32F1作为辅助芯片
。
该系统能适应不同数量和大小快递的应用场景
；
对于取件者
，
能快速指示快递所在
位置
，
提高便捷度
；
对于投放快递的工作人员
，
可按需要存放的快递数量来拼接快递柜
，
减少占用空间
，
同时可以
提高寄存效率
。
该系统的设计及实现对快递站点的建设与物流行业的发展有一定的推动作用
。
Jetson Nano
；
Ubuntu
；
STM32F1
；
滑轨拼接
；
智能快递柜
；
物流
关键词：
TP368.1 A 2095-1302
（
2022
）
07-0053-02
中图分类号：文献标识码：文章编号：
0 引 言
依靠互联网的迅速发展
，
网上购物已经迅速成为人们的
主要购物方式之一
。
随着网购数量的增多
，
线下快递站点也
逐年增加
。
目前快递站点的快递柜皆由单纯的储物柜组成
，
对于快递站点来说建设和后期调整的工程量大
；
且依照取件
码寻找快递柜的取件流程较为繁琐
，
并非最佳取件方案
。
针对上述问题
，
已存在一些解决方案
。
文献[1]中采用
STC89C51芯片实现派件和取件两种操作
，
用于解决校园快
递
“
最后100 m
”
问题
，
但该方案采用验证码方式取件
，
与
传统取件方式类似
，
未达到智能化的目标
。
文献[2]通过
STM32单片机及NB-IoT的应用
，
设计出可解决包装浪费等
问题的智能快递包裹箱
。
在减少快递包装物对环境影响的同
时
，
防止用户个人信息的泄露
，
但该方案未解决大量快递的
存放管理和取件派件等问题
。
文献[3]以STM32F1系列芯片
为控制核心
，
设计了一款智能指纹储物柜
，
该方案实现了指
纹识别等功能
，
在一些功能上实现了智能化
。
但指纹识别会
让大量客户肢体接触识别面板
，
在考虑卫生方面问题的情况
下并非最佳方案
。
综上所述
，
结合大量设计及实际应用
，
本文研究并设
计了一款基于Jetson Nano的智能快递柜
。
相比现有快递柜
，
该设计能通过手机APP引导取件人员到相应快递柜
，
并在完
成人脸识别认证后
，
取出快递
；
同时在快递站正在建设和调
整时
，
工作人员可按照预期快递数量组合快递柜
。
组成
，
搭建一个功能完整的快递柜需要一个主单元和若干子
单元
。
其中主单元搭载Jetson Nano开发板和乐视TMC520
三合一摄像头
、
TFTLCD显示屏
。
每个子单元搭载ARM
Cortex-M4内核STM32F103VET6辅助芯片
，
主要用于快递
货柜指示灯和柜门的控制
。
图1 系统构成框图
主单元快递柜搭载的Jetson Nano配置有USB接口摄像
头
，
在Jetson Nano下的Ubuntu系统中无须安装驱动
，
使用
方便
，
配置简单
，
容易整合
，
可以完成离线的图像工作
（
曝
光控制
、
帧率等
）
其次
，
除人脸识别外
，
Jetson Nano将实
；
现与服务器进行双向通信的功能
[4]
。
子单元快递柜上搭载STM32F103VET6
，
该芯片工作效
率高且稳定
、
价格低廉
，
适合应用于此设计中
[5]
。
单元间相
互通信时
，
主单元快递柜和子单元快递柜先进行交互
，
再由
子单元快递柜上的STM32控制指示灯的开关和柜门的开合
。
主单元与子单元之间以及子单元与子单元之间均采用CAN
总线进行通信交互
。
在建设快递站点时
，
工作人员可根据房屋内的布局
，
合
理拼接主单元与子单元
，
完成快递柜的建设
。
1.2 系统工作流程
系统运作流程如图2所示
。
在本方案中用户需要根据
手机端APP指示前往快递站点
。
用户在该快递柜的主单元
进行人脸识别后
，
快递柜将在指定的子单元上亮起指示灯
；
取走快递后
，
指示灯熄灭
，
用户完成取件
。
具体运作流程
2022
年
/
第
7
期
物联网技术
1 系统组成及工作流程设计
1.1 系统组成
系统结构如图1所示
，
该智能快递柜由主单元和子单元
收稿日期
：
修回日期
：
2021-09-23 2021-10-21
53
Intelligent Processing and Application
如下
：
（
1
）
快递员根据用户信息
，
存入快递
；
（
2
）
Jetson Nano与服务器协同工作
，
取得用户信息
，
并
发送取件通知给用户手机APP
[6]
；
（
3
）
用户手机APP显示快递信息
，
用户前往快递站
；
（
4
）
手机APP定位功能检测到用户到达快递站
；
（
5
）
用户进行人脸识别
，
在主单元上录入快递信息
，
取
走快递
（
本人取或代取
）；
（
6
）
信息录入结果显示在显示屏上
；
（
7
）
快递信息与用户信息成功录入
，
用户离场
；
（
8
）
Jetson Nano删除该用户信息
。
图2 系统运作流程
2 系统硬件设计
系统硬件设计主要涉及
：
主单元与子单元快递柜的机
械设计
；
主单元中Jetson Nano与其摄像头和显示屏的搭建
；
子单元中STM32与指示灯的控制及其电路设计
。
2.1 主单元快递柜的机械设计及功能
主单元快递柜采用滑轨拼接的设计
，
其机械设计外观如
图3所示
。
快递站点建设时
，
工作人员可按实际情况自定义快递柜
形状大小
，
通过滑轨的方式将两个单元进行拼接
。
每个单元
各有4个电气触点负责CAN总线通信与电源供给
。
系统工作时
，
主单元上的Jetson Nano通过CAN总线与
子单元进行通信交互
，
由USB接口摄像头进行数据采集录入
，
通过网络将信息数据传输至云端服务器
。
54
物联网技术
2022
年
/
第
7
期
2.2 子单元快递柜的机械设计及功能
子单元快递柜外观如图4所示
。
子单元快递柜与主单元
一样采用滑轨拼接的设计
，
并搭载STM32F103VET6完成功
能搭建并进行控制
。
图3 主单元快递柜外观 图4 子单元快递柜外观
2.3 CAN总线通信电路设计
子单元外围电路如图5所示
。
主单元与子单元采用CAN
总线通信
[7]
，
当子单元收到开启信号时
，
LED灯亮起
，
并打
开柜门
。
图5 子单元外围电路
3 系统中的软件设计
系统中Jetson Nano操作系统选用Ubuntu系统
，
该系统
使用广泛
、
性能稳定
，
并使用Python作为主要编程语言
[8]
。
人脸识别代码结构如图6所示
。
本实例中
，
将人脸识别
的功能应用在Jetson Nano上
。
在实现该功能时
，
本系统需
要依赖Tensorflow
、
OpenCV等集成算法库以及Python
、
C
语言等程序编程语言
。
完成以上环境搭建后
，
创建工作空间
，
并在该工作空间编写四个人脸识别代码
[9-10]
。
图6 人脸识别代码结构
4 实物测试及实验效果
通过分别运行文件夹下get_my_和set_other_
程序获取个人及他人人脸数据
。
运行train_
程序
，
将获取的个人人脸和他人人脸的数据进行模型训练
，
再运行is_my_程序进行判断
，
若为个人人脸
，
则输
出true
，
锁舌收缩
，
柜门开启
，
如图7所示
。
当为其他人脸
则输出false
，
锁舌保持弹出状态
，
柜门不开启
，
如图8所示
。
（
下转第58页
）
Intelligent Processing and Application
重点防护目标和特定主题信息
，
一般用户在注册本系统后可
以实现对这些内容的检索
。
病毒肺炎事件为例[J].北京测绘
，
2020
，
34
（
6
）：
731-734.
[2]张瑞利
，
丁学娜.
“
互联网+
”
背景下突发公共卫生事件中社区
应急管理研究[J].兰州学刊
，
2020
，
41
（
7
）：
158-168.
[3]李卫海
，
刘瑞强.应急管理与国民经济动员的军民融合式发展
—
以立法为视角[J].法学杂志
，
2019
，
40
（
7
）：
54-64.
[4]张再生
，
孙雪松.基层应急管理
：
现实绩效
、
制度困境与优化路
径[J].南京社会科学
，
2019
，
30
（
10
）：
83-90.
[5]颜德如
，
麻跃琪.构建全过程的社区应急信息管理体系
：
基于4R
危机管理理论的分析[J].北方论丛
，
2021
，
63
（
1
）：
78-87.
[6]刘艳华.
“
互联网+
”
与城市社区治理创新[J].人民论坛
，
2017
，
26
（
14
）：
72-73.
[7]唐燕.新冠肺炎疫情防控中的社区治理挑战应对
：
基于城乡规划
与公共卫生视角[J].南京社会科学
，
2020
，
31
（
3
）：
8-14.
[8]焦俊一.基于智能物联网技术的智慧社区综合管理系统的研究与
应用[J].物联网技术
，
2019
，
9
（
6
）：
80-84.
[9]张昊然.社区APP在智慧社区中的应用现状及对策[J].物联网技
术
，
2018
，
8
（
6
）：
45-46.
[10]时宏.辽河流域水环境应急管理指挥平台的软件架构设计[J].环
境保护与循环经济
，
2018
，
38
（
5
）：
74-76.
3 结 语
全球新型冠状病毒肺炎疫情的迅速爆发与蔓延给各国公
共事件应急管理体系都带来了极大挑战
。
本文主要基于新冠
肺炎疫情背景开展了对社区应急管理系统的研究和设计
；
并
以互联网技术为核心手段
，
探讨其与公共卫生事件社区应急
管理系统的有机结合
，
设计出相应系统的架构与功能模块
。
本设计对于更好地应对处理突发公共卫生事件有良好启示
，
借助现代化社区应急管理平台开展应急管理工作
，
能够为社
区和防控机构提供及时有效的数据
。
由于系统处于研究设计
阶段
，
部分功能尚未实现
，
要进一步探索和完善系统功能
，
减少重复建设
，
提高应对突发公共卫生事件的能力
。
在未来
的研究中
，
公共卫生管理系统将被整合到智能城市规划中
。
参考文献
[1]赵跃.突发公共卫生事件社区应急管理系统设计
—
以新型冠状
作者简介
：
张雨薇
（
1999
—），
女
，
河南安阳人
，
本科
，
就读于黄河科技学院软件工程专业
。
邵开丽
，
博士
，
副教授
，
主要研究方向为物联网技术及应用
。
王艳杰
，
硕士
，
讲师
，
主要研究方向为思想政治教育
。
（
上接第54页
）
参考文献
图7 锁舌收缩 图8 锁舌弹出
5 结 语
本文设计的智能快递柜可依靠人脸识别系统
，
完成取件
流程
，
可代替输入取件码或扫描二维码的传统方式
，
更好地
保护用户个人信息
，
同时提高取件效率
，
并减少了快递站工
作人员的工作负担
。
在机械设计上
，
快递柜采用滑轨拼接的
连接方式
，
让快递柜更加灵活
，
节省占用空间
。
本文设计项目主要通过Jetson Nano完成人脸识别
、
数
据处理
，
采用STM32芯片配合完成快递柜之间的信息交互
与控制
。
软硬件相结合
，
融合度高
，
应用了人工智能
、
电子
设计
、
单片机等方面的知识
，
有较大的实践意义
。
58
物联网技术
2022
年
/
第
7
期
[1]郭芸俊.基于单片机的高校快递柜控制系统设计[J].实验室研究
与探索
，
2017
，
36
（
11
）：
91-93.
[2]孙英
，
汤帅鹏
，
赵欢欢
，
等.基于STM32单片机及NB-IoT的智
能快递包裹箱设计[J].实验技术与管理
，
2019
，
36
（
10
）：
148-
151.
[3]李文闯
，
杨荣兴
，
李超凡.共享智能指纹储物柜的研究[J].电子
世界
，
2021
，
43
（
5
）：
35-36.
[4]余秀普
，
高明
，
陈嘉铭
，
等.基于人脸识别和热成像门禁系统的
研究与设计[J].职业技术
，
2021
，
20
（
9
）：
98-103.
[5]蔡雨宏
，
陈湘萍.基于STM32的智能快递柜设计[J].智能计算机
与应用
，
2020
，
10
（
1
）：
227-230.
[6]王传杰
，
孙玉昕
，
饶茜雅
，
等.应用微信小程序的智能储物柜[J].
福建电脑
，
2019
，
35
（
10
）：
58-60.
[7]亢雪琳.基于STM32的CAN总线通信设计[D].长春
：
吉林大学
，
2013.
[8]王静波.基于嵌入式的行人检测跟踪研究与实现[D].太原
：
中北
大学
，
2020.
[9]毛礼建.基于Jetson TX1的人脸识别算法的研究与实现[D].杭州
：
杭州电子科技大学
，
2018.
[10]张宣妮
，
马秀霞
，
鲁方莹
，
等.智慧小区的人脸识别门禁系统[J].
信息系统工程
，
2021
，
33
（
4
）：
95-96.
2024年5月28日发(作者：辛图)
Intelligent Processing and Application
DOI
：
10.16667/.2095-1302.2022.07.015
基于Jetson Nano的智能快递柜设计与实现
苏羽康，林鹏程，郭 佳
（
厦门大学嘉庚学院 信息科学与技术学院
，
福建 漳州 363105
）
为提高快递站内快递柜的建设效率和互换性
，
设计了一款易于替换的智能快递柜
。
箱体采用可拼接
摘 要：
的机械设计
；
Jetson Nano为主要控制单元
，
Ubuntu为控制系统
，
搭配摄像头实时记录快递的存取并匹配用户信息
；
使用STM32F1作为辅助芯片
。
该系统能适应不同数量和大小快递的应用场景
；
对于取件者
，
能快速指示快递所在
位置
，
提高便捷度
；
对于投放快递的工作人员
，
可按需要存放的快递数量来拼接快递柜
，
减少占用空间
，
同时可以
提高寄存效率
。
该系统的设计及实现对快递站点的建设与物流行业的发展有一定的推动作用
。
Jetson Nano
；
Ubuntu
；
STM32F1
；
滑轨拼接
；
智能快递柜
；
物流
关键词：
TP368.1 A 2095-1302
（
2022
）
07-0053-02
中图分类号：文献标识码：文章编号：
0 引 言
依靠互联网的迅速发展
，
网上购物已经迅速成为人们的
主要购物方式之一
。
随着网购数量的增多
，
线下快递站点也
逐年增加
。
目前快递站点的快递柜皆由单纯的储物柜组成
，
对于快递站点来说建设和后期调整的工程量大
；
且依照取件
码寻找快递柜的取件流程较为繁琐
，
并非最佳取件方案
。
针对上述问题
，
已存在一些解决方案
。
文献[1]中采用
STC89C51芯片实现派件和取件两种操作
，
用于解决校园快
递
“
最后100 m
”
问题
，
但该方案采用验证码方式取件
，
与
传统取件方式类似
，
未达到智能化的目标
。
文献[2]通过
STM32单片机及NB-IoT的应用
，
设计出可解决包装浪费等
问题的智能快递包裹箱
。
在减少快递包装物对环境影响的同
时
，
防止用户个人信息的泄露
，
但该方案未解决大量快递的
存放管理和取件派件等问题
。
文献[3]以STM32F1系列芯片
为控制核心
，
设计了一款智能指纹储物柜
，
该方案实现了指
纹识别等功能
，
在一些功能上实现了智能化
。
但指纹识别会
让大量客户肢体接触识别面板
，
在考虑卫生方面问题的情况
下并非最佳方案
。
综上所述
，
结合大量设计及实际应用
，
本文研究并设
计了一款基于Jetson Nano的智能快递柜
。
相比现有快递柜
，
该设计能通过手机APP引导取件人员到相应快递柜
，
并在完
成人脸识别认证后
，
取出快递
；
同时在快递站正在建设和调
整时
，
工作人员可按照预期快递数量组合快递柜
。
组成
，
搭建一个功能完整的快递柜需要一个主单元和若干子
单元
。
其中主单元搭载Jetson Nano开发板和乐视TMC520
三合一摄像头
、
TFTLCD显示屏
。
每个子单元搭载ARM
Cortex-M4内核STM32F103VET6辅助芯片
，
主要用于快递
货柜指示灯和柜门的控制
。
图1 系统构成框图
主单元快递柜搭载的Jetson Nano配置有USB接口摄像
头
，
在Jetson Nano下的Ubuntu系统中无须安装驱动
，
使用
方便
，
配置简单
，
容易整合
，
可以完成离线的图像工作
（
曝
光控制
、
帧率等
）
其次
，
除人脸识别外
，
Jetson Nano将实
；
现与服务器进行双向通信的功能
[4]
。
子单元快递柜上搭载STM32F103VET6
，
该芯片工作效
率高且稳定
、
价格低廉
，
适合应用于此设计中
[5]
。
单元间相
互通信时
，
主单元快递柜和子单元快递柜先进行交互
，
再由
子单元快递柜上的STM32控制指示灯的开关和柜门的开合
。
主单元与子单元之间以及子单元与子单元之间均采用CAN
总线进行通信交互
。
在建设快递站点时
，
工作人员可根据房屋内的布局
，
合
理拼接主单元与子单元
，
完成快递柜的建设
。
1.2 系统工作流程
系统运作流程如图2所示
。
在本方案中用户需要根据
手机端APP指示前往快递站点
。
用户在该快递柜的主单元
进行人脸识别后
，
快递柜将在指定的子单元上亮起指示灯
；
取走快递后
，
指示灯熄灭
，
用户完成取件
。
具体运作流程
2022
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期
物联网技术
1 系统组成及工作流程设计
1.1 系统组成
系统结构如图1所示
，
该智能快递柜由主单元和子单元
收稿日期
：
修回日期
：
2021-09-23 2021-10-21
53
Intelligent Processing and Application
如下
：
（
1
）
快递员根据用户信息
，
存入快递
；
（
2
）
Jetson Nano与服务器协同工作
，
取得用户信息
，
并
发送取件通知给用户手机APP
[6]
；
（
3
）
用户手机APP显示快递信息
，
用户前往快递站
；
（
4
）
手机APP定位功能检测到用户到达快递站
；
（
5
）
用户进行人脸识别
，
在主单元上录入快递信息
，
取
走快递
（
本人取或代取
）；
（
6
）
信息录入结果显示在显示屏上
；
（
7
）
快递信息与用户信息成功录入
，
用户离场
；
（
8
）
Jetson Nano删除该用户信息
。
图2 系统运作流程
2 系统硬件设计
系统硬件设计主要涉及
：
主单元与子单元快递柜的机
械设计
；
主单元中Jetson Nano与其摄像头和显示屏的搭建
；
子单元中STM32与指示灯的控制及其电路设计
。
2.1 主单元快递柜的机械设计及功能
主单元快递柜采用滑轨拼接的设计
，
其机械设计外观如
图3所示
。
快递站点建设时
，
工作人员可按实际情况自定义快递柜
形状大小
，
通过滑轨的方式将两个单元进行拼接
。
每个单元
各有4个电气触点负责CAN总线通信与电源供给
。
系统工作时
，
主单元上的Jetson Nano通过CAN总线与
子单元进行通信交互
，
由USB接口摄像头进行数据采集录入
，
通过网络将信息数据传输至云端服务器
。
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物联网技术
2022
年
/
第
7
期
2.2 子单元快递柜的机械设计及功能
子单元快递柜外观如图4所示
。
子单元快递柜与主单元
一样采用滑轨拼接的设计
，
并搭载STM32F103VET6完成功
能搭建并进行控制
。
图3 主单元快递柜外观 图4 子单元快递柜外观
2.3 CAN总线通信电路设计
子单元外围电路如图5所示
。
主单元与子单元采用CAN
总线通信
[7]
，
当子单元收到开启信号时
，
LED灯亮起
，
并打
开柜门
。
图5 子单元外围电路
3 系统中的软件设计
系统中Jetson Nano操作系统选用Ubuntu系统
，
该系统
使用广泛
、
性能稳定
，
并使用Python作为主要编程语言
[8]
。
人脸识别代码结构如图6所示
。
本实例中
，
将人脸识别
的功能应用在Jetson Nano上
。
在实现该功能时
，
本系统需
要依赖Tensorflow
、
OpenCV等集成算法库以及Python
、
C
语言等程序编程语言
。
完成以上环境搭建后
，
创建工作空间
，
并在该工作空间编写四个人脸识别代码
[9-10]
。
图6 人脸识别代码结构
4 实物测试及实验效果
通过分别运行文件夹下get_my_和set_other_
程序获取个人及他人人脸数据
。
运行train_
程序
，
将获取的个人人脸和他人人脸的数据进行模型训练
，
再运行is_my_程序进行判断
，
若为个人人脸
，
则输
出true
，
锁舌收缩
，
柜门开启
，
如图7所示
。
当为其他人脸
则输出false
，
锁舌保持弹出状态
，
柜门不开启
，
如图8所示
。
（
下转第58页
）
Intelligent Processing and Application
重点防护目标和特定主题信息
，
一般用户在注册本系统后可
以实现对这些内容的检索
。
病毒肺炎事件为例[J].北京测绘
，
2020
，
34
（
6
）：
731-734.
[2]张瑞利
，
丁学娜.
“
互联网+
”
背景下突发公共卫生事件中社区
应急管理研究[J].兰州学刊
，
2020
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）：
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3 结 语
全球新型冠状病毒肺炎疫情的迅速爆发与蔓延给各国公
共事件应急管理体系都带来了极大挑战
。
本文主要基于新冠
肺炎疫情背景开展了对社区应急管理系统的研究和设计
；
并
以互联网技术为核心手段
，
探讨其与公共卫生事件社区应急
管理系统的有机结合
，
设计出相应系统的架构与功能模块
。
本设计对于更好地应对处理突发公共卫生事件有良好启示
，
借助现代化社区应急管理平台开展应急管理工作
，
能够为社
区和防控机构提供及时有效的数据
。
由于系统处于研究设计
阶段
，
部分功能尚未实现
，
要进一步探索和完善系统功能
，
减少重复建设
，
提高应对突发公共卫生事件的能力
。
在未来
的研究中
，
公共卫生管理系统将被整合到智能城市规划中
。
参考文献
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—
以新型冠状
作者简介
：
张雨薇
（
1999
—），
女
，
河南安阳人
，
本科
，
就读于黄河科技学院软件工程专业
。
邵开丽
，
博士
，
副教授
，
主要研究方向为物联网技术及应用
。
王艳杰
，
硕士
，
讲师
，
主要研究方向为思想政治教育
。
（
上接第54页
）
参考文献
图7 锁舌收缩 图8 锁舌弹出
5 结 语
本文设计的智能快递柜可依靠人脸识别系统
，
完成取件
流程
，
可代替输入取件码或扫描二维码的传统方式
，
更好地
保护用户个人信息
，
同时提高取件效率
，
并减少了快递站工
作人员的工作负担
。
在机械设计上
，
快递柜采用滑轨拼接的
连接方式
，
让快递柜更加灵活
，
节省占用空间
。
本文设计项目主要通过Jetson Nano完成人脸识别
、
数
据处理
，
采用STM32芯片配合完成快递柜之间的信息交互
与控制
。
软硬件相结合
，
融合度高
，
应用了人工智能
、
电子
设计
、
单片机等方面的知识
，
有较大的实践意义
。
58
物联网技术
2022
年
/
第
7
期
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