本文的智能外卖背包硬件终端选用了STM32MP157作为其主控芯片。STM32MP157是一款卓越的多核处理器，内含两个独立核心：Cortex-A7和Cortex-M4。在本系统中，Cortex-A7核心负责运行Linux操作系统，以处理包括人脸识别和用户界面等任务；而Cortex-M4核心则专门用于执行实时任务，例如温湿度检测、背包门开关控制等。智能外卖背包硬件系统框架如 图2 所示。

Cortex-A7和Cortex-M4这两个核心基于OpenAMP库中的跨处理器通信的协议和框架RPMsg通过虚拟串口进行异核通信 [3] 。这样的设计使得智能外卖背包在高性能计算与实时控制之间取得了优秀的平衡，从而确保了其快速响应和可靠性。基于虚拟串口实现异核通信框架如 图3 所示。

Cortex-M4内核启动后首先对Tcrt5000红外反射传感器、温湿度传感器DHT11、紫外灯、排风扇、定时器和串口等外设进行初始化。ESP8266模块连接在串口3上，当串口初始化成功后，首先通过串口向ESP8266模块发送AT指令将ESP8266连接至一个提前设定好的、可以访问外网的WIFI [4] 。连接WIFI成功后先发送AT + MQTTUSERCFG和AT + MQTTCLIENTID命令配置MQTT连接所使用的账号、密码和设备号，配置成功后通过AT + MQTTCONN = 0，“1 17.78.5.125”，1883，1命令连接至对应的华为云IOT服务器。华为云IOT服务器连接成功后，再通过AT指令将每个背包子状态清空，以防止设备非正常关闭时所带来的干扰。设备数据清空代码片段如 图4 所示。

由于本文所使用的ESP8266模块的MQTT传输协议一次最多只能传输255个字节，所以我们将JSON数据中的各属性集成在一个no属性中，再以特殊符号隔开，以节省传输空间(no后面的数字表示背包号)。设备属性上报格式如 图5 所示。

在设备初始化属性成功后，在主循环中使用OPENAMP_check_for_message ()函数进行轮询，以检查Cortex-A7内核是否有发送数据过来。当Cortex-M4内核的虚拟串口检测到有Cortex-A7内核发送来的数据后，回调函数void VIRT_UART0_RxCpltCallback (VIRT_UART_Handle TypeDef * huart)会将对应的标志位flag置为SET，并且通过一个二维数组t [5] [20]提取并存储其中的有效数据。其中t [0]对应的是背包号，t [1]对应的是手机号，t [2]对应的是取件码。虚拟串口回调函数部分代码如 图6 所示。

一旦一次数据提取完成，将打开对应背包号t [0]的背包门，并通过串口向ESP8266发送AT指令，以上报存储在背包号t [0]中的手机号t [1]、取件码t [2]和温湿度信息。最后，根据背包内是否已存在物品，翻转该背包的紫外线杀菌灯状态。当背包内存在物品时，紫外线杀菌灯点亮；不存在物品时，紫外线杀菌灯关闭。

此外，通过背包门顶部的红外反射传感器实时监测背包门的开关状态。当背包门打开时，对应背包门的红外传感器的输出由低电平转换为高电平。背包门状态检测的任务函数会根据红外反射传感器的电平输出实时控制对应排风扇的运行。当背包门打开时，排风扇会自动开启，以实现除尘和散味的作用。

Cortex-A7内核运行了Linux操作系统，系统启动完成后首先通过SDIO接口的WIFI芯片RTL8723DS连接至事先设定好的WIFI。

为了提高骑手的送餐效率并使操作更加简单快速，本文采用QT设计了一个统一的人机交互界面，将所有功能都整合在一个界面中。在这个界面上，骑手和食客可以通过数字键盘轻松进行外卖的存取操作 [5] 。同时，该界面还提供了一个便捷且快速的人脸识别存取功能，只需点击右侧的识别按钮即可完成操作。人脸识别界面实物如 图7 所示。

用户可通过点击界面中的【当前模式：存放】按钮切换模式，并且根据模式不同，输入的数字位数限制也会不同：存放模式时是骑手输入食客的手机号，限制为11位；取出模式时是食客输入自己的取件码，限制为6位。

当骑手或用户将脸对准摄像头时点击识别按钮，系统会拍摄一张图片，然后通过TCP Socket上传该图片至Spring Boot服务端，并且接收并解析处理Spring Boot服务端传输回来的人脸识别结果数据，然后给Cortex-M4内核下发相应的命令以完成对应的操作。

Android APP客户端作为系统中用户交互的接口，其向用户提供可视化的界面，并为用户提供订单，外卖背包控制，账户控制的功能入口；通过与服务端之间的HTTP连接通道请求相应的功能服务，以实现用户对外卖背包控制，外卖背包状态监测，订单信息查询控制，个人账户信息录入更改功能 [7] 。

其同样基于JAVA语言开发；使用MVP框架构建客户端，使用SQLITE轻量型数据库作为用户数据的临时缓存载体；采用GOOGLE的ROOM框架简便高效的访问SQLITE数据库数据，向APP提供用户数据写入读取入口；采用Retrofit + RxJava + OkHttp网络请求框架向服务端发起HTTP请求，向APP提供服务端数据请求入口；客户端框架图如下 图9 所示。

在设计数据时，考虑到客户端频繁请求服务端数据的情况，因此对重复请求数据暂存于Android系统中支持的SQLITE轻量型数据库中，一定量地减少了客户端对服务端的数据请求次数；在客户端的SQLITE数据库中存放用户账户信息，亦可实现用户账户自动登录功能；在服务端采用MySql关系型数据库存储用户账户信息，订单信息，外卖背包信息数据，其中用户信息表(User)、订单信息表(Orders)之间存在一对多关系，外卖背包状态信息表(BoxData)、订单信息表(Orders)之间存在一对一关系。系统实体关系图如下 图10 所示。

账户表用于记录用户账户基本信息，包括用户唯一标识，账户密码，用户权限(骑手mv，食客user)。账户表如下 表1 所示。

订单表用于记录用户订单基本信息，包括订单ID，下单用户名，配送用户名，菜品名称，存放背包号，订单状态。订单表如下 表2 所示。

外卖背包状态表用于记录外卖背包基本信息，包括背包号，取件码，物品所属用户名，湿度，温度。外卖背包状态表如下 表3 所示。