[发明专利]一种模块化的智能生鲜冷藏快递柜及控制方法

权利要求书

1.一种模块化的智能生鲜冷藏快递柜的控制方法，所述模块化的智能生鲜冷藏快递柜，包括模块化智能生鲜冷藏快递柜与总控机：

所述模块化智能生鲜冷藏快递柜用于存储生鲜等待配送物品；

所述模块化智能生鲜冷藏快递柜包括壳体(1)、电磁铁(2)、紫外消杀灯(3)、前盖(4)、电控锁模块(5)、密封圈(6)、底层加热封装板(7)、后盖(8)、串联接线口(9)、接线开关口(10)、通风模块(12)、制冷模块(13)、传感器(14)、锂电池(15)、模块单片机(16)和中间隔板(17)；

所述壳体(1)上下左右均有电磁铁(2)，相邻的模块化智能生鲜冷藏快递柜通过电磁铁(2)相连；

所述壳体(1)前侧开口边缘有密封圈(6)且配套设置有打开式前盖(4)，所述壳体(1)端部有实现开闭的电控锁模块(5)，所述电控锁模块(5)包括电控锁基体(5A)和电控锁钩(5B)，所述电控锁基体(5A)设置在壳体(1)前侧开口上，所述电控锁钩(5B)设置在前盖(4)上；

所述后盖(8)上有串联接线口(9)和接线开关口(10)并设置有通风槽口；

所述壳体(1)顶部安装有一排紫外消杀灯(3)，所述壳体(1)底部安装有底层加热封装板(7)，所述壳体(1)内有中间隔板(17)，所述中间隔板(17)上加装通风模块(12)、制冷模块(13)、温湿度传感器(14)、锂电池(15)和模块单片机(16)；

所述总控机为所述模块化智能生鲜冷藏快递柜的上位机，用于配置节点、设置参数和识别解锁；

所述总控机与所述模块化智能生鲜冷藏快递柜之间通过无线通讯实现控制；

所述总控机包括总控机前盖(18)、总控机后盖(19)、触摸显示屏(21)、Zigbee无线通讯模块(22)、控制电脑(23)和电源接口(24)，所述控制电脑(23)搭载系统和上位机程序配套Zigbee无线通讯模块(22)设置在总控机前盖(18)和总控机后盖(19)内，所述总控机前盖(18)的框架内设置有触摸显示屏(21)，所述总控机后盖(19)有电源接口(24)；

所述总控机前盖(18)还设置有用于人脸识别的摄像头(20)；

所述电磁铁(2)有6个上下各有2个左右有1个；

所述壳体(1)的后盖(8)上铺设有太阳能板(11)；

所述接线开关口(10)设有串联模式选择开关，共有两种模式，1)不串联模式，即与串联接线口不连通，2)串联模式，即与串联接线口连通，串联接线口连接下一个快递柜的接线开关口，实现各个模块之间的串联供电；

所述传感器(14)包括温湿度传感器和气体浓度传感器，所述温湿度传感器选用的型号为CAEL-S16，气体浓度传感器选用的型号为DGF-I1；

所述通风模块(12)包括28电机安装架(12A)、28步进电机(12B)、凸轮(12C)、凸轮连接杆(12D)、通风连接杆(12E)和通风板叶(12F)，所述28步进电机(12B)通过28电机安装架(12A)安装且28步进电机(12B)转轴端部有凸轮(12C)，所述凸轮(12C)与凸轮连接杆(12D)一端通过转轴相连，所述通风板叶(12F)通过对应通风连接杆(12E)与凸轮连接杆(12D)相连；

所述制冷模块(13)包括风扇(13A)、散热块(13B)、制冷片(13C)和导冷块(13D)，所述制冷片(13C)在散热块(13B)和导冷块(13D)之间，所述风扇(13A)设置在散热块(13B)后侧，包括状态监测模块和算法调度模块，其特征在于：

在所述的状态监测模块中，包含数据采集、数据传输和数据处理模块，具体的步骤描述为：

步骤1，利用温度传感器、湿度传感器和气体浓度传感器对冷藏快递柜的温湿度和气体浓度进行数据的采集；

步骤2，将采集到的数据发送至STM32节点；

步骤3，利用Zigbee无线传输模块将采集的数据传输至STM32总控中心，其中的协议栈选用Zigbee 2007/PRO，Zigbee初始化的步骤为：

步骤3.1，使能串口时钟及GPIO时钟；

步骤3.2，设置GPIO端口模式；

步骤3.3，设置串口对应引脚为复用功能；

步骤3.4，设置波特率、字长、奇偶校验等参数；

步骤3.5，使能串口；

步骤3.6，设置串口中断类型、中断优先级并使能；

步骤4，STM32总控中心将数据发送至WIFI/4G模块，其中WIF'I芯片选用ESP8266-cloud2；

步骤5，WIFI模块通过无线通信组网模块发送至服务器，服务器完成对数据的处理，若发现温湿度和气体浓度超出设定的阈值，则进行报警并控制电机进行排风和散热，一段时间仍未消除警报，则通过STM32总控中心控制继电器进行断电；

在所述的算法调度模块中，包含特征向量数据整合、改进K-Means聚类方法处理等模块，具体的步骤描述为：

步骤1，确定货物的大小等级sc，此处选用体积重量V_w进行评估，其表达式为：

式中，a、b和c分别表示快递的长宽高，货物的大小等级可分为4级，当时sc为1级，当时sc为2级，当时sc为3级，当V_w＞3时sc为4级；

步骤2，确定配送货物的地点，此处确定的是经纬度数据，记为lo和la；

步骤3，确定收货人历史购物频率等级sl，sl分为4个等级，每月购物次数记为n，当n≤3时对应的等级为1，当3＜n≤5时等级为2，当5＜n≤10时等级为3，当n＞10时等级为4；

步骤4，确定收货人历史取件效率等级pe，pe设为4个等级，取件用时pt，当pt≤2小时对应的等级为1，当2＜pt≤6小时对应的等级为2，当6＜pt≤12小时对应的等级为3，当pt＞12时对应的等级为4；

步骤5，利用改进的K-Means聚类方法确定快递柜所需安放的位置和快递柜的规格，具体的步骤为：

步骤5.1，将步骤1～步骤4确定的变量组成特征向量f，即f＝[sc,lo,la,sl,pe]；

步骤5.2，设定聚类中心K的值，同时初始化K个聚类中心；

步骤5.3，计算各特征向量f与K个聚类中心v_j(j＝1,...,K)的距离dist，此处提出一种新的距离计算公式，表达式为：

式中，f_l表示f的第l个特征量，v_j,l表示第j个聚类中心的第l个特征量；

步骤5.4，计算各样本至K个聚类中心的距离，并将样本分到距离其最近的聚类簇中，其中使用的评价函数E的表达式可表述为：

式中，c_j为第j个类别中的样本集合，v_j是c_j内所有样本点p_i的聚类中心点；

步骤5.5，对各类簇进行中心点的更新，更新准则采用算术平均法；

步骤5.6，重复步骤5.3～步骤5.5，直至评价函数E收敛或达到设定的迭代次数；

步骤5.7，依据最终确定的聚类中心所在的经纬度确定快递柜安放的位置，其中快递柜的规格大小等级S按照计算公式S_w＝sc×sl×pe进行确定，当S_w≤1时所对应的等级S为1，当1＜S_w≤8时所对应的等级S为2，当8＜S_w≤16时所对应的等级S为3，当16＜S_w≤32时所对应的等级S为4，当32＜S_w≤64时所对应的等级S为5；

步骤5.8，将确定的分配方案与当前MYSQL数据库进行匹配，确定数据库中的可用冷藏柜数量是否满足调度要求，若不满足，则需要补充快递柜的库存；若满足，则通过GMS模块和通讯链路将调度信息发送至移动终端，工作人员执行相应的调度任务，并在执行任务后对数据库中的相关数据进行更新。