引言
信箱是接收邮件的重要设施，一般用于接收无追踪的平常信函。然而，由于需要人工确认是否有邮件被投入信箱，这不仅需要时常检查信箱，而且无法做到及时接收邮件。本文设计了一种简易的基于红外漫反射的信报箱内信件检测方法，旨在将现有的信箱改造成具有邮件检测和上报功能的“物联网”信报箱。
该信报箱主要分为四个部分：箱体、供电、传感器和通信。其中，箱体部分是装载信函和安装检测设施的基础；供电部分提供干电池安装载体；传感器部分用于检测箱体内是否存在物体；通信部分则是当传感器检测到物体时，通过4G网络向云平台发送信息，从而通知用户有邮件到达。
选择检测方式
检测路线
在设计初期，主要考虑了三种方法用于信箱检测：视频检测、振动（压力）检测和红外线检测。
视频检测虽然具有高度灵活性，但由于需要处理大量数据，导致成本升高、设计难度加大，并且会消耗大量电能，因此被首先排除。
振动传感器容易受到外部影响，且在邮件投入时压电片输出电平信号时间过短，难以与通信模块有效互动，因此也不适合作为主要的检测和通信方法。
鉴于上述考虑，最终选择了红外线检测的方法。红外线检测具有成本低、功耗小、设计简单的优点，并且能够有效地检测到信箱内是否存在物体，适合用于信箱的智能化改造。
红外线检测方法
主要的红外线检测方法有对射式和漫反射式。对射式红外线检测器通常由两个部分组成，一个部分用于发射红外线，另一个部分则用于检测是否接收到红外线，通过检测是接收端是否有红外线射入来判断是否有物体；漫反射式红外线检测器的发射器和接收器位于同一侧，通过检测是否有红外线被物体漫反射回以达到检测的效果。
在文献调研时发现了一些有关邮政信筒采用对射式检测的案例。对射式红外线方法具有检测距离长的优势，更适用于覆盖邮筒这样的大容积区域。然而，对射式方法同时需要为发射端和接收端供电，这可能在信报箱有限空间中造成布线困难。
相反，漫反射式检测方法在空间狭窄的信报箱中可能更为适用。漫反射检测设备只需在信报箱的一侧安装，可以更好地适应信箱的有限空间，并且不需要在箱体内部进行复杂的布线。
考虑到信报箱的空间限制和布线难题，本文将选择漫反射式红外线检测方法作为解决方案，以更好地适应既有信报箱的条件和需求。
选择红外线漫反射设备
根据需求，本文需要找到一种设备，其在通常（未接收到漫反射）状态不输出电平信号，而在有信函投入（接收到漫反射）时输出电平信号。据此在淘宝上选中了一款用于控制LED灯带亮灭的“多功能手扫感应开关模块”作为红外线漫反射检测设备。
这一设备有4个功能选择引脚，焊接不同的引脚具有不同的功能：
| 工作类型 | 工作模式 | 焊接位置 |
| 手扫开关 | 触发时改变通断，电流渐变 | 不焊接 |
| 手扫开关 | 触发时改变通断，电流即时变化 | AB |
| 遮挡开关 | 放开灭，遮挡亮 | CD |
| 遮挡开关 | 放开亮，遮挡灭 | AB、CD |
要实现目标功能，我们需要将C、D触电进行焊接。
选择通信方式
为了简化设计难度和降低使用成本，本文选择了现有的“云报”平台。通过购买并正确接入设备，即可实现微信、电话和短信通知功能。
“云报”设备有两种触发方式：
- 常规通电触发款：当端子短接或接入高电平后触发，需要保持到完成上报过程，不上报时不耗电，现报现开机，延迟较大。
- 1路信号触发款：当信号端和负极短接后触发，仅需保持0.5秒以上即可，平常耗电，上报速度快，约3秒左右。
针对信报箱上报的需求来说，3秒的延迟影响不大。而常规通电触发款可以降低通信模块的能耗，提高电池续航。此外，当端子直接用跳线帽短接时，仅需将红外线漫反射输出端与通信模块电源直接连接，无需另外布线。因此，本文选择了常规通电触发款。
将设施安装在信报箱上
先按照如图情况焊接电线，然后再采用热熔胶将其安装在信报箱箱体上。若电池盒装在信报箱内，为方便更换电池，电池盖不安装在电池盒上。同时，通信模块的薄膜天线直接贴在信报箱壁上，但如果信号不佳，可以考虑外接天线。
根据测试，7号电池仅可供系统续航不足2周，因此本文认为应当首选在信报箱外安装带盖的5号电池电池盒。
工作原理：当有信函投入信报箱时，它会落到底部并使红外线漫反射回到红外线漫反射设备，导致设备处于导通状态。随后，通信模块通电开机，并向平台发送信号。平台将根据用户选择的方式发送相关信息。
在测试时发现：红外线漫反射模块安转过低时，由于信报箱并不平整，底板可能会被检测为内有物体。由于红外线漫反射模块触发和解除阈值可能存在差异，有时存在可以触发但无法断开的问题。因此需要特别注意红外线漫反射模块安装高度，建议在充分测试后确定。
物联网信报箱墙上测试
在完成基本的测试环节后，我们需要将信报箱托在墙上进行进一步测试。测试发现：由于信报箱放置在白色墙壁上，光线昏暗的情况下，红外光的干扰较小，导致检测距离明显增加，甚至在没有信函时也触发了通信模块。为了解决这个问题，在信报箱后加装哑光黑色材质来吸收红外光，并重新进行了测试，这次测试取得了成功。
物联网信报箱安装
我们使用膨胀螺丝将信报箱固定在墙面上。在加装吸光材质且其厚度较厚的情况下，我们需要将吸光材质与背板（或者在镂空信报箱的情况下是墙壁）用胶条粘合好。这样做是为了防止信函落入吸光材质后无法被检测到。
总结与展望
本文设计了一种基于红外漫反射的信报箱检测方法，旨在将传统的信箱改造成具有邮件检测和上报功能的“物联网”信报箱，以便于用户更便捷地收取邮件。通过对信报箱的设计和功能进行分析，本文确定了信报箱的主要组成部分，并选择了红外漫反射作为检测方案。此外，本文还介绍了信报箱的安装测试过程，并提出了可能遇到的问题及解决方案。
然而，本文提出的方案仍然存在一些问题，其中包括但不限于缺少防水设计、无法应对柔软物体卡在信报箱中间等情况，还有待进一步的探讨。
本文为本博客原创，未经允许不得转载。如有存在的问题欢迎指出。
不错的设计思路