CN108614128A - 一种快递包裹碰撞检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快递包裹碰撞检测系统及方法，包括单片机模块，所述的单片机模块与加速度传感器模块、存储模块、通信模块、人机交互模块及电源模块连接，所述的单片机模块管理整个检测系统，加速度传感器模块周期性采集加速度，存储模块存储发生碰撞时的加速度序列和对应时间，该检测系统的方法包括：周期性检测加速度，并暂存当前加速度和上一次检测到的加速度；判断是否发生碰撞；如果需要比较准确地计算并记录当前撞击产生的冲击力，则应当判断可能发生碰撞时，连续记录的n个加速度值序列及这些加速度发生时对应的时间。本发明通过快递包裹加速度的变化判断是否发生碰撞，具有成本低、计算复杂度低、报警距离远、可反复使用等优点。

Description

一种快递包裹碰撞检测系统及方法

技术领域

本发明涉及快递包裹监测系统，尤其涉及一种快递包裹碰撞检测系统及方法。

背景技术

随着网络购物、物流的快速发展，快递包裹的收发已经成为当前人们日常生活的一部分。然而，快递包裹在分拣、装车、运输、入库、派送过程中因粗鲁操作导致物品受损的现象屡见不鲜。由于缺乏对快递包裹在整个收发过程中的监控，物品受损难以判断责任原因，往往给客户造成损失。

鉴于此，发达国家较早的推出了快递包裹监测系统，如美国早期主要采用机械式传感器或昂贵的数据记录仪，但成本高，应用并不广泛。英国Cambridge Consultants则推出低成本的DropTag电子标检，该标签集成低功耗陀螺仪、加速度传感器和蓝牙，可以实时采集包裹在收发全程各个阶段的状态，并通过蓝牙将状态信息发送到用户手机上。一旦包裹破损，电子标签将实时通知用户，但DropTag支持的最远距离在50米左右。

上海大学2011年公开了一种智能包装箱及其实时状态监测系统，通过传感器系统获取包装箱剧烈碰撞、被破坏、被拆开及箱体内温度等物流信息，并能够通过通信系统将信息发送给用户。但未见相关产品，也没有给出具体实现方法。

当快递包裹发生碰撞时，会受到冲击力，因此如果能够计算出冲击力，则也可以判断是否发生碰撞，对于冲击力的计算，传统的计算方法是：

其中m为物体质量，v为撞击瞬时速度，Δt为冲击时间。

这种方法虽然得到的冲击力比较准确，但瞬时速度和冲击时间的检测不容易实现，且检测成本也比较高。

发明内容

发明目的：本发明目的是帮助用户因快递粗鲁操作受损提供维权依据，同时为克服现有冲击力检测方法成本高且不适于快递包裹监控的问题，提供一种根据加速度的变化实现对快递包裹是否发生碰撞的检测系统及判断方法。

技术方案：本发明包括单片机模块，所述的单片机模块与加速度传感器模块、存储模块、通信模块、人机交互模块及电源模块连接，所述的单片机模块管理整个检测系统，加速度传感器模块周期性采集加速度，存储模块存储发生碰撞时的加速度序列和对应时间。

所述的通信模块采用GPRS模块或4G模块。

所述的GRPS模块采用短消息报警；所述的4G模块采用手机APP或短消息报警。

所述的人机交互模块包括按键输入模块和显示模块。

所述的按键输入模块进行参数设置，所述的显示模块显示输入信息，显示模块只在有按键输入时被唤醒显示，其他时间休眠。

所述的加速度传感器模块采用高速三轴加速度传感器，能够高速采集水平方向及竖直方向的加速度。

基于所述的一种快递包裹碰撞检测系统的方法，包括以下步骤：

(1)周期性检测加速度，并暂存当前加速度和上一次检测到的加速度；

(2)判断是否发生碰撞，并利用通信模块向用户发出报警短信，同时利用存储模块记录可能发生碰撞时的加速度值及发生碰撞时对应的时间；

(3)如果需要比较准确地计算并记录当前撞击产生的冲击力，则在判断可能发生碰撞时，连续记录的n个加速度值序列及这些加速度发生时对应的时间，比较得到最大加速度值，根据牛顿第二运动定律及作用力与反作用力的关系计算冲击力。

有益效果：本发明提供的快递包裹碰撞检测系统及方法，通过快递包裹加速度的变化判断是否发生碰撞，并在可能发生碰撞时向用户远程报警和本地记录，通过加速度阈值的设置，避免了对快递包裹无损的轻微碰撞而发生的报警；同时，本系统还可以计算快递包裹在水平和竖直方向发生碰撞时受到的冲击力大小，具有成本低、计算复杂度低、报警距离远、可反复使用等优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括单片机模块101、加速度传感器模块102、存储模块103、通信模块104、人机交互模块105与电源模块106。其中单片机模块101作为主控模块，对整个系统进行管理；加速度传感器模块102周期性采集加速度；存储模块103存储可能发生碰撞时的加速度序列和对应时间；通信模块104实现在快递包裹可能发生碰撞时向用户发送报警短信；人机交互模块105用于系统设置；电源模块106为上述其他模块提供工作电源。

通信模块104采用GPRS模块或4G模块，其中，GRPS模块采用短消息报警；4G模块采用手机APP报警或者短消息报警。

人机交互模块105包括按键输入模块和显示模块，其中，按键输入模块输入参数设置，如加速度变化阈值、时间、接收报警短信手机等；显示模块显示输入信息，且显示模块只在有按键输入时被唤醒显示，其他时间休眠。

加速度传感器模块102采用高速三轴加速度传感器，能够高速采集水平方向加速度和竖直方向加速度，并得到合力加速度矢量。但根据快递包裹搬运特点，如果被抛、扔，且水平方向未受阻挡时，或者运输中出现颠簸等现象，则竖直方向更容易受到冲击；如果被脚踢、被扔出时水平方向受到阻挡、运输时速度忽快忽慢，则水平方向更易受到冲击。因此系统主要从竖直和水平两个方向的加速度变化分别来判断是否发生碰撞。

一种快递包裹碰撞检测系统的方法，包括以下步骤：

(1)周期性检测加速度，并暂存当前加速度和上一次检测到的加速度；

(2)判断是否发生碰撞，并利用通信模块向用户发出报警短信，同时利用存储模块记录可能发生碰撞时的加速度值及发生碰撞时对应的时间；

(3)如果需要比较准确地计算并记录当前撞击产生的冲击力，则在判断可能发生碰撞时，连续记录的n个加速度值序列及这些加速度发生时对应的时间，比较得到最大加速度值，根据牛顿第二运动定律及作用力与反作用力的关系计算冲击力。

本发明分别从竖直和水平两个方向的加速度变化来判断是否发生碰撞，具体方法为：

1)竖直方向加速度检测与碰撞判断

为方便描述，假设竖直向下为正方向，竖直向上为负方向。

(1)周期性检测竖直方向的加速度，并暂存当前加速度和上一次检测到的加速度，假设当前加速度为a₂，上一次检测到的加速度为a₁。

(2)判断是否发生碰撞：

①如果a₁>0，a₂>0，且|a₂-a₁|＜g(g为重力加速度)，说明没有发生碰撞；

②如果a₁>0，a₂<0，说明竖直方向受到了撞击，为避免因轻微碰撞造成的频繁撞击报警，设置冲击加速度变化阈值Δa_max，阈值Δa_max可以采用系统默认值，也可以根据快递包裹内物品的类别，利用人机交互模块进行设置。当|a₂-a₁|＞|Δa_max|时，说明当前发生的撞击可能会破坏快递包裹内的物品，则通过通信模块向用户发出报警，报警可采用手机短信或者APP报警的方式，同时在存储模块中记录加速度值a₁、a₂及加速度发生时对应的时间。

(3)如果需要比较准确地计算并记录当前撞击产生的冲击力，则当判断竖直方向可能发生碰撞时，连续记录n个竖直方向的加速度值序列b_i(i＝1,…,n)，直到检测到的加速度值为正为止。则有：

b₁＝a₁＞0，b₂＝a₂＜0，…b_n-1＜0，b_n＞0

取|b_i|(i＝2,…,(n-1))中的最大值，即a_max＝max(|b₂|,|b₃|,…|b_n-₁|)。

则快递包裹内的物品在竖直方向受到撞击时的冲击力约为：

F＝ma_max

其中，m为快递包裹内物品的质量。

2)水平方向加速度检测与碰撞判断

为方便描述，假设与快递包裹运动方向同向的加速度为正方向，与运动方向反向的加速度为负方向。

(1)周期性检测水平方向加速度，并暂存当前加速度和上一次检测到的加速度，假设当前加速度为a₁'，上一次检测到的加速度为a'₂。

当快递包裹被脚踢或者被扔出时，前方受到阻挡、运输速度忽快忽慢时，在没有撞击到前方物品时，快递包裹内物品因受到空气阻力或与箱体之间的摩擦力，加速度与快递包裹的运动方向相反，但加速度值变化较小。而一旦撞到前方物品时，则速度快速减小，反向加速度值快速增加，反向加速度越大，冲击力越大。

(2)判断是否发生碰撞：

①如果a₁'＝0，a'₂＝0，则说明快递包裹在水平方向速度没有发生变化，没有发生碰撞；

②如果a1'＝0，a'₂>0，则说明快递包裹水平方向上的速度发生了变化，可能发生碰撞，为避免因轻微碰撞造成的频繁报警，设置水平方向加速度变化阈值Δa'_max，阈值Δa'_max可以采用系统默认值，也可以根据快递包裹内物品的类别，利用人机交互模块进行设置。当|a'₂-a₁'|≥|Δa'_max|时，才利用通信模块向用户报警，报警可采用手机短信或者APP报警的方式，同时利用存储模块记录可能发生碰撞时的水平加速度值a₁'、a'₂及a₁'、a'₂发生时的对应时间。

③如果a₁'<0，a'₂<0，且|a'₂-a₁'|≥|Δa'_max|，则说明可能发生了碰撞，利用通信模块向用户报警，同时利用存储模块记录可能发生碰撞时的水平加速度值a₁'、a'₂及a₁'、a'₂发生时的对应时间。

(3)如果需要比较准确地计算并记录当前撞击产生的冲击力，则当判断水平方向可能发生碰撞时，连续记录n个水平方向加速度值序列b_i'(i＝1,…,n)，并同时记录这些加速度发生时对应的时间。

①当a₁'＝0，a'₂>0，且|a'₂-a₁'|≥|Δa'_max|时，记录加速度，直到加速度值由正变负为止，即：

b₁'＝a₁'＝0，b'₂＝a'₂＞0，…b'_n-1＞0，b'_n＜0

取|b_i'|(i＝2,…,(n-1))中的最大值，即a'_max＝max(|b'₂|,|b₃'3|,…|b'_n-₁|)。

则此时快递包裹内的物品在水平方向受到撞击时的冲击力约为：

F′＝ma′_max

其中m为快递包裹内物品的质量。

②当a₁'<0，a'₂<0，且|a'₂-a₁'|≥|Δa'_max|时，记录加速度由负变为0或正为止，即：

b₁'＝a1'＜0，b'₂＝a'₂＜0，…b'_n-1＜0，b'_n≥0

取|b_i'|(i＝2,…,(n-1))中的最大值，即a'_max＝max(|b'₂|,|b₃'|,…|b'_n-₁|)。

则此时快递包裹内的物品在水平方向受到撞击时的冲击力约为：

F′＝ma′_max。

Claims (7)

1.一种快递包裹碰撞检测系统，其特征在于，包括单片机模块(101)，所述的单片机模块(101)与加速度传感器模块(102)、存储模块(103)、通信模块(104)、人机交互模块(105)及电源模块(106)连接，所述的单片机模块(101)管理整个检测系统，加速度传感器模块(102)周期性采集加速度，存储模块(103)存储发生碰撞时的加速度序列和对应时间。

2.根据权利要求1所述的一种快递包裹碰撞检测系统，其特征在于，所述的通信模块(104)采用GPRS模块或4G模块。

3.根据权利要求2所述的一种快递包裹碰撞检测系统，其特征在于，所述的GRPS模块采用短消息报警；所述的4G模块采用手机APP或短消息报警。

4.根据权利要求1所述的一种快递包裹碰撞检测系统，其特征在于，所述的人机交互模块(105)包括按键输入模块和显示模块。

5.根据权利要求4所述的一种快递包裹碰撞检测系统，其特征在于，所述的按键输入模块进行参数设置，所述的显示模块显示输入信息。

6.根据权利要求1所述的一种快递包裹碰撞检测系统，其特征在于，所述的加速度传感器模块(102)采用高速三轴加速度传感器，能够高速采集水平方向及竖直方向的加速度。

7.基于权利要求1所述的一种快递包裹碰撞检测系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)周期性检测加速度，并暂存当前加速度和上一次检测到的加速度；

(2)判断是否发生碰撞，并利用通信模块向用户发出报警短信，同时利用存储模块记录可能发生碰撞时的加速度值及发生碰撞时对应的时间；

(3)如果需要比较准确地计算并记录当前撞击产生的冲击力，则在判断可能发生碰撞时，连续记录的n个加速度值序列及这些加速度发生时对应的时间，比较得到最大加速度值，根据牛顿第二运动定律及作用力与反作用力的关系计算冲击力。