本文介绍一套面向社区末端投递场景的快递柜自动存取系统。系统以 STM32F103C8T6 为控制核心，由红外感应模块完成人员接近检测，以矩阵键盘与 OLED12864 构成人机交互界面，由 4 路继电器驱动柜门电磁锁；同时引入 ESP32-CAM 作为图像采集与传输节点，配合服务端的虹软人脸识别 SDK，实现取件码取件与人脸识别取件双通道的自动开柜逻辑，并通过移动端 APP 完成快递入柜、快递管理与记录查询的业务闭环。
一、项目基本情况
1.1 项目概述
本系统针对快递末端配送环节中人工值守成本高、服务时段受限、身份核验依赖人工等问题，设计并实现了一套基于 STM32 微控制器的快递柜自动存取装置（项目编号 X604041）。系统面向用户与快递员两类角色，前者完成取件码取件、人脸识别取件与取件记录查询，后者完成快递入柜、柜门远程开关与快递信息管理。
系统在结构上采用控制端、服务端与移动应用端三段式划分：控制端负责柜门执行、人机交互与状态反馈，只承担确定的实时动作；服务端承担业务数据持久化、指令转发与人脸比对，一切涉及身份判定与数据一致性的逻辑均在服务端完成；移动应用端以差异化视图向两类角色开放功能。这一划分使系统在硬件资源受限的 STM32 平台上仍具备完整的业务能力。
取件环节共设计两条通道。其一为取件码取件：用户在矩阵键盘输入取件码，以 # 键确认，控制端经 TCP Socket 上报服务端比对，比对通过后逐级下发开柜指令；其二为人脸识别取件：系统自动抓拍现场人脸图像，经 HTTP POST 上传至服务端，由虹软人脸识别 SDK 完成检测与特征比对，比对通过后自动检索该用户名下的待取快递并开柜。柜门开启后延迟 5 秒自动关闭；红外感应模块检测到人员靠近时点亮屏幕，15 秒无任何操作则自动熄屏，以降低显示模块的持续功耗。
1.2 系统技术架构
系统由嵌入式控制端、服务端与移动应用端三部分构成，各自的技术选型如下。
- 嵌入式控制端：以 STM32F103C8T6 为核心，采用 Keil 5 集成开发环境与标准外设库开发，通过 GPIO、IIC 与串口驱动全部外设；图像采集节点 ESP32-CAM 运行独立固件，完成拍照、图像编码与 REST 上传。
- 服务端：基于 JeeSite 平台构建，技术栈为 Java + SpringBoot + MySQL + Bootstrap。其中 TCPSocket 服务与硬件节点保持周期性数据同步，承担指令下发与状态回传；REST 接口负责接收图像数据并调用虹软 SDK 完成人脸检测与识别；MySQL 承担快递、用户、取件记录等结构化数据的持久化。
- 移动应用端：采用混合（Hybrid）架构，以 WebView 控件加载 H5 页面实现，由 HBuilder 编译打包为 Android 应用（APK），业务逻辑以 H5 页面承载，与硬件相关的操作通过服务端中转完成。
系统的核心设计思想是控制与业务解耦：STM32 侧仅负责确定的实时动作------键盘扫描、继电器时序、显示刷新与音光提示；一切涉及身份判定与数据一致性的处理均交由服务端完成。
1.3 硬件构成
系统硬件由主控单元、人机交互单元、感知单元、执行单元、图像采集单元与供电单元组成，各器件的型号规格、接口方式与功能作用如表 1 所示。
| 序号 | 器件名称 | 型号 / 规格 | 接口方式 | 功能作用 |
|---|---|---|---|---|
| ① | 主控 MCU | STM32F103C8T6 核心板 | --- | 系统控制核心，采集外设数据并驱动执行机构 |
| ② | 显示模块 | OLED12864（1.3 英寸） | IIC（SCL→PB6，SDA→PB7） | 显示存取指引、柜号与状态提示 |
| ③ | 输入模块 | 4×4 矩阵键盘 | GPIO（PA0~PA7） | 输入取件码与柜号，选择存取功能 |
| ④ | 执行模块 | 4 路继电器模块 | GPIO（PC14 / PB0 / PB10 / PB11） | 驱动柜门电磁锁，实现柜门开关 |
| ⑤ | 感应模块 | 红外感应模块 | GPIO（DO→PC15） | 检测人员靠近，触发系统流程 |
| ⑥ | 提示模块 | 蜂鸣器 | GPIO（BEEP→PB1） | 操作成功或失败时的声音提示 |
| ⑦ | 指示模块 | 双色 LED | GPIO（LED→PC13） | 绿色表示成功，红色表示异常或待操作 |
| ⑧ | 图像模块 | ESP32-CAM | 串口（TX/RX→PA9 / PA10） | 人脸与柜号图像采集及 REST 上传 |
| ⑨ | 供电单元 | TYPE-C 供电口 | 5V 输入 | 为各模块提供 5V，板载稳压输出 3.3V |
硬件采用扩展板与杜邦线互连的方式搭建，便于教学演示与功能迭代；工程同时提供了嘉立创 EDA 原理图源文件、PDF / SVG 矢量图与可直接打样的 Gerber 文件，具备由样机向定制 PCB 迁移的条件。
二、系统架构设计
2.1 系统总体架构
系统按感知执行层、网络通信层、服务与数据层、应用层四个层次组织，层间采用双向数据流：下层向上层上报状态与请求，上层向下层下发指令与配置，总体架构如图 1 所示。
感知执行层是系统的物理边界，由 STM32F103C8T6 主控统一调度：矩阵键盘与红外模块构成输入通道，OLED12864、蜂鸣器与双色 LED 构成反馈通道，4 路继电器驱动柜门执行机构，ESP32-CAM 独立承担图像采集与传输。网络通信层实现两种语义不同的链路------TCP Socket 长连接承载指令下发与状态回传，属于低频小报文；HTTP POST 上传承载图像数据，属于高频大报文，二者分离避免了图像传输对控制指令时延的影响。服务与数据层承载业务服务、通信服务、人脸识别与数据存储四类职责。应用层以 H5 页面承载业务界面，由 WebView 容器封装为移动应用。
▲ 图 1 系统总体架构（四层体系）
2.2 系统功能结构
系统功能沿硬件系统、软件系统与交付服务三条主线展开，如图 2 所示。硬件系统覆盖主控、人机交互、感知、执行与图像采集五个单元；软件系统按用户端 APP、快递员端 APP 与服务端划分，并按角色开放差异化功能；交付服务包含硬件实物、软硬件源码、图纸、演示视频与技术支持五项内容。
▲ 图 2 系统功能结构（硬件系统 / 软件系统 / 交付服务）
两类角色的功能边界由服务端权限控制：用户可执行注册登录、取件码查询、取件记录查询与个人中心维护；快递员可执行注册登录、快递入柜、快递管理与个人中心维护。其中个人中心包含人脸照片的上传与修改，该照片同时作为人脸识别取件的比对底库。
2.3 硬件系统原理
硬件系统以 STM32F103C8T6 为核心，输入设备与输出设备分别挂接在主控两侧，供电单元独立引出，各外设与主控的实际引脚连接如图 3 所示。
▲ 图 3 硬件系统原理框图（标注实际引脚连接）
引脚分配遵循外设特性与复用冲突规避两个原则：矩阵键盘占用 PA0~PA7 共 8 路 I/O，其中行线 R1~R4 接 PA0~PA3、列线 C1~C4 接 PA4~PA7，扫描时采用逐行拉低、逐列读取的方式识别键值；OLED12864 采用 IIC 接口，SCL 与 SDA 分别接 PB6 与 PB7，即 STM32F103 的 I2C1 复用引脚；4 路继电器的控制端占用 PC14、PB0、PB10 与 PB11，分时驱动四路柜门；红外模块的数字输出接 PC15，蜂鸣器接 PB1，双色 LED 接 PC13；ESP32-CAM 通过串口与主控相连，TX / RX 分别接 PA9 与 PA10。各单元的具体引脚分配如表 2 所示。
| 外设单元 | 信号线 | STM32 引脚 | 说明 |
|---|---|---|---|
| OLED12864 | VCC / GND | 3.3V / GND | IIC 供电，取自核心板 3.3V |
| OLED12864 | SCL / SDA | PB6 / PB7 | I2C1 复用引脚，刷新状态与指引 |
| 4×4 矩阵键盘 | 行 R1~R4 | PA0 / PA1 / PA2 / PA3 | 逐行拉低扫描 |
| 4×4 矩阵键盘 | 列 C1~C4 | PA4 / PA5 / PA6 / PA7 | 逐列读取电平判键 |
| 4 路继电器 | K1 / K2 / K3 / K4 | PC14 / PB0 / PB10 / PB11 | 分时驱动四路柜门 |
| 红外感应模块 | DO | PC15 | 人员靠近时输出电平翻转 |
| 蜂鸣器 | BEEP | PB1 | 开柜成功时短鸣提示 |
| 双色 LED | LED | PC13 | 绿为成功，红为异常 |
| ESP32-CAM | TX / RX | PA9 / PA10 | 串口指令交互 |
| 供电 | 5V / GND | TYPE-C 输入 | 板载稳压输出 3.3V |
系统电路原理图如图 4 所示，图纸由嘉立创 EDA 绘制，涵盖 OLED12864、矩阵键盘、4 路继电器、ESP32-CAM、蜂鸣器、LED 与 TYPE-C 供电口各功能单元，并给出了 STM32F103C8T6 核心板的完整引脚引出关系。
▲ 图 4 系统电路原理图（嘉立创 EDA 绘制，含 OLED、矩阵键盘、4 路继电器、ESP32-CAM 等单元）
2.4 系统数据交互时序
系统一次完整的取件流程涉及用户、硬件节点、服务端与移动应用端四个参与方，各环节的消息顺序如图 5 所示。图中实线表示取件码取件链路，虚线表示人脸识别取件链路。
▲ 图 5 系统数据交互时序（实线为取件码链路，虚线为人脸识别链路）
流程可归纳为五个阶段。第一阶段为感应唤醒：用户靠近后红外模块输出翻转，控制端点亮 OLED 并显示存取件操作指引。第二阶段为身份输入：用户经矩阵键盘输入取件码并以 # 键确认，或直接以 # 键确认进入刷脸流程。第三阶段为服务端判定：控制端经 TCP Socket 上报请求，服务端查询 MySQL 中的快递与用户记录；若为人脸识别链路，则 ESP32-CAM 抓拍现场图像并上传，由虹软 SDK 完成人脸检测与特征比对，比对通过后检索该用户绑定的待取快递。第四阶段为执行与反馈：服务端下发开柜指令，控制端驱动继电器吸合开门，同步以蜂鸣器与双色 LED 提示操作结果，并将开柜结果回传服务端。第五阶段为状态收敛：服务端将快递状态由待取件更新为已取出，并向 APP 推送最新状态；柜门延迟 5 秒自动关闭，若柜前无人则延迟 10 秒返回主界面并进入待机，屏幕在 15 秒无操作后熄灭。
2.5 硬件实物与运行参数
系统实物按功能划分为继电器驱动区、主控区、人机交互区与图像采集区四部分，整机全貌如图 6 所示。其中继电器模块采用 JQC3F-05VDC-C 型四路继电器，触点容量为 10A 250VAC / 10A 30VAC，满足柜门电磁锁的驱动需求；STM32 核心板与 ESP32-CAM 通过扩展板固定在底板之上，矩阵键盘经排线与 4×4 键盘接口相连。
▲ 图 6 硬件实物整机全貌（4 路继电器、STM32 核心板、ESP32-CAM、矩阵键盘与红外模块）
控制端上电后首先在 OLED 上显示主菜单，提示三种操作入口：按 A 键进入用户取件，按 B 键进入快递员放件，按 C 键进入用户刷脸取件，如图 7 所示。进入取件流程后，屏幕按步骤提示当前应执行的操作，键位定义为：* 键删除、# 键确认、D 键返回。图 8 为快递员放件环节的状态提示，此时系统引导操作者转至 APP 端完成快递信息录入与柜门选择。
▲ 图 7 上电后的主菜单界面：按 A 用户取件、按 B 快递员放件、按 C 用户刷脸取件
▲ 图 8 快递员放件环节的 OLED 状态提示
ESP32-CAM 作为独立的图像采集与传输节点，其运行参数通过串口配置工具写入，上电后回显全部启动参数，如图 9 所示。关键参数包括：图像上传接口位于服务端 8889 端口的 /f/esp32/upload 路径；指令链路使用 TCP 19214 端口；抓拍间隔为 10 秒；闪光灯使能、自动拍照关闭、垂直反转开启；串口通信参数为 115200、8 位数据位、无校验、1 位停止位。由于柜体采用竖装结构，垂直反转开启使成像方向与柜体姿态一致；而自动拍照关闭则保证图像仅在业务流程触发时采集，避免无效上传占用带宽。
▲ 图 9 ESP32-CAM 串口配置工具的启动参数回显
| 参数项 | 取值 | 工程含义 |
|---|---|---|
| WiFi 名称 / 密码 | 已配置（见设备端配置文件） | ESP32-CAM 接入局域网的凭据 |
| 服务器 IP | 192.168.137.250 | 服务端在局域网内的地址 |
| Socket 端口 | 19214 | TCP 指令与状态链路端口 |
| 上传地址 | 8889 端口 /f/esp32/upload | 图像 REST 上传接口 |
| 拍摄间隔 | 10 秒 | 定时抓拍的最小间隔 |
| 闪光灯 / 自动拍照 | 开启 / 关闭 | 按需补光，仅在业务触发时采集 |
| 水平镜像 / 垂直反转 | 关闭 / 开启 | 适配柜体竖装姿态 |
| 串口参数 | 115200 · 8 · N · 1 | 配置工具的通信参数 |
三、系统界面展示
移动应用端按角色提供差异化功能视图。用户端以取件码与取件记录为核心，快递员端以快递入柜与快递管理为核心，二者共用登录、注册与个人中心模块。
3.1 登录注册与角色首页
登录页提供手机号与密码两种凭据的输入，并保留注册入口。注册时需选择角色（用户或快递员），系统提示注册完成后可在 APP 内进一步完善详细资料。登录成功后，首页按角色呈现不同的功能入口：用户端为我的取件码、取件记录与个人中心；快递员端为快递管理与个人中心，如图 10 所示。
▲ 图 10 APP 登录页与角色首页（左：登录；右：快递员首页）
3.2 快递入柜与柜门控制
快递员端首页进入快递入柜后，需录入快递单号、快递公司、收件人姓名与电话、寄件人姓名与电话等基本信息，并从下拉列表中选择空闲柜号与快递状态。表单提交后系统自动生成取件码并写入入柜时间，同时向控制端下发开柜指令，界面弹出指令发送完成的确认提示，实现录单与开柜的一体化操作，如图 11 所示。
▲ 图 11 快递入柜表单与指令下发结果（左：录入基本信息；右：指令发送完成）
3.3 快递管理与取出确认
快递员放件列表以卡片形式展示全部快递记录，每条记录包含快递单号、快递公司、收件人及其联系电话、快递员联系方式、取件码、快递状态与入柜时间。列表顶部提供按快递单号或收件人电话检索的搜索框。对已入柜的快递执行取出操作时，系统以模态弹窗二次确认，避免误操作，如图 12 所示。
▲ 图 12 快递员放件列表与取出确认（左：列表；右：确认执行快递员取出操作）
3.4 取件码与取件记录
用户端首页以醒目的字级展示其名下待取快递的取件码，点击条目进入详情页，可查看快递公司、快递单号、收件人、存入时间与存放位置。取件记录页按时间倒序展示历史取件条目，每条记录标注操作方式（用户取出或用户删除取出）并附带人脸留档照片，该照片与人脸识别取件环节的抓拍图像一一对应，可用于事后溯源，如图 13、图 14 所示。
▲ 图 13 用户端取件码与快递详情（左：取件码汇总；右：取件码明细）
▲ 图 14 取件记录与人脸留档照片（左：记录列表；右：照片附件预览）
3.5 个人中心与信息维护
个人中心提供信息修改、密码修改与退出登录三个入口。用户信息修改页支持修改姓名与手机号，并可通过上传照片控件更新人脸底库图像------该图像将作为人脸识别取件的比对基准，因此用户更换照片后，刷脸取件的特征库同步更新，如图 15 所示。
▲ 图 15 新用户注册与个人信息维护（左：注册；右：用户信息修改）
四、系统视频展示
系统提供三种规格的演示视频，覆盖屏幕录制与实机拍摄两种形式：B 站版本按平台规格编码，无水印版与水印版分别用于二次剪辑与分发留档。视频完整记录了从上电自检、键位操作到开柜动作的全过程，可直接作为功能验收依据。
| 视频规格 | 内容形式 | 适用场景 |
|---|---|---|
| B 站版本 | 屏幕录制 + 实机拍摄剪辑 | 作为视频稿件发布，配合本文使用 |
| 无水印版 | 实机拍摄原始画面 | 二次剪辑、方案演示 |
| 水印版 | 带项目标识的成片 | 归档留存与成果汇报 |
建议按以下顺序观看，以便完整理解系统的业务闭环。
- 上电自检与主菜单：观察 OLED 点亮后显示的三种操作入口与红外模块的唤醒响应。
- 快递员放件：在 APP 端录入快递信息并选择柜号，观察取件码生成与对应柜门开启的联动。
- 取件码取件：在矩阵键盘输入取件码并以 # 键确认，观察开柜动作、蜂鸣器提示与 LED 指示。
- 人脸识别取件：以 # 键确认进入刷脸流程，观察 ESP32-CAM 抓拍、服务端比对与自动开柜的过程。
- 记录同步：在 APP 端查看取件记录与人脸留档照片，确认快递状态由待取件更新为已取出。
视频中出现的取件码、手机号、快递单号与快递公司信息均为演示数据，不对应真实业务数据；人脸照片亦为演示素材。
五、获取方法
5.1 交付内容
本项目的交付内容包括硬件实物、软硬件程序源码、硬件原理图与演示视频四类，并按下列清单组织，便于按需取用。
| 交付类别 | 具体内容 |
|---|---|
| 硬件实物 | 焊接调试完成的控制板（含继电器模块、矩阵键盘、红外模块、ESP32-CAM） |
| 嵌入式源码 | STM32F103 控制程序（Keil 5 工程）与 ESP32-CAM 图像节点固件 |
| 应用端源码 | Android APP 工程（HBuilder 项目）与 MySQL 数据库脚本 |
| 硬件图纸 | 嘉立创 EDA 原理图（PDF / SVG / SchDoc）与 Gerber 打样文件 |
| 文档资料 | 数据库还原说明、通信参数说明与设备清单 |
| 演示视频 | B 站版本、无水印版、水印版三种规格 |
5.2 获取方式
在 B 站站内获取
- 在本文下方评论区留言，说明所需的项目编号 X604041 与交付类别。
- 或通过 B 站站内私信联系，注明项目编号与联系方式。
- 收到留言后会在站内统一回复，并提供对应的资料清单与交付形式说明。
5.3 部署前确认
由于系统同时涉及嵌入式端、服务端与移动应用端，建议在获取资料后先完成以下确认，以便缩短环境搭建周期。
- 开发环境：嵌入式端需要 Keil 5 与 ST-Link 下载器；服务端需要 JDK、Maven 与 MySQL 5.7 及以上版本；应用端需要 HBuilder 或 Android 打包环境。
- 网络环境：控制端与服务端须处于同一局域网，以保障 TCP 指令链路与 HTTP 图像上传链路可达。
- 硬件检查：确认继电器模块与柜门电磁锁的供电独立且共地，避免电磁锁吸合瞬间的电流冲击影响主控稳定性。
- 参数核对：ESP32-CAM 的 WiFi 凭据、服务端地址与端口需与现场环境一致，可通过串口配置工具重新写入。