溫凱峰

摘 要：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)物流貨品的跟蹤溯源、車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控和物流信息的采集處理，設(shè)計(jì)以ARM微控制器為硬件核心，通過RFID技術(shù)記錄物資的包裝、倉儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)热^程，結(jié)合GPRS網(wǎng)絡(luò)將采集到的物資信息傳送至監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，用戶可以登陸平臺(tái)實(shí)時(shí)獲取物流車輛的運(yùn)輸情況、地理位置、物資信息。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)物流的全程跟蹤、實(shí)時(shí)監(jiān)控、信息傳送等功能。

關(guān)鍵詞：RFID；GPRS；跟蹤；實(shí)時(shí)監(jiān)控；物流信息系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引 言

目前，我國國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，推動(dòng)著物流體系日益完善，物流業(yè)保持穩(wěn)定快速的發(fā)展。物流包括了儲(chǔ)存、包裝、運(yùn)輸、搬運(yùn)、配送、裝卸和物流信息處理等過程，其中貨物的運(yùn)輸和物流信息處理作為物流過程的重要環(huán)節(jié)。隨著電子商務(wù)的興起，物流業(yè)得到了進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用?？蛻粜枰獙?shí)時(shí)獲取貨物的位置信息，物流公司也需要實(shí)時(shí)獲取貨物運(yùn)送的狀態(tài)，及時(shí)對(duì)物流車輛進(jìn)行調(diào)度管理，信息技術(shù)的發(fā)展基本滿足了物流過程中的各種需求。本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)物流運(yùn)輸車輛的跟蹤和管理，實(shí)時(shí)采集貨物的運(yùn)輸狀態(tài)，設(shè)計(jì)采用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)基本的貨物信息獲取功能，以STM32F103為系統(tǒng)的主處理器，負(fù)責(zé)處理其余模塊接收到的信息，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)方便將運(yùn)輸車輛信息傳送至監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)車輛的實(shí)時(shí)調(diào)度管理，物流信息管理平臺(tái)能夠?yàn)橛脩籼峁┪锪髫浧返乩砦恢玫牟樵兒拖嚓P(guān)信息的獲取，滿足了人們?cè)谖锪鬟\(yùn)輸過程中對(duì)貨物信息實(shí)時(shí)獲取的需求，對(duì)現(xiàn)代化物流業(yè)的發(fā)展具有一定的作用。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的物流信息處理系統(tǒng)主要包括無線射頻識(shí)別（RFID）、車載終端和物流信息監(jiān)控中心等部分，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。RFID技術(shù)用于對(duì)物流貨品的定位和跟蹤，快速獲取貨物的地理信息；車載終端以ARM內(nèi)核的STM32F103為主控制器，負(fù)責(zé)外圍電路的RFID閱讀器、GPRS模塊、GPS模塊的信息處理，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)把車載設(shè)備處理完成的數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)物流車輛的調(diào)度與管理；物流信息監(jiān)控中心采用B/S模式架構(gòu)，結(jié)合Google地圖的顯示，用戶可以通過Web瀏覽器實(shí)時(shí)查詢物流的位置信息和運(yùn)送狀態(tài)。

圖1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 RFID技術(shù)

無線射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，也是一種通信技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID技術(shù)具有體積小、環(huán)境耐受性強(qiáng)、速度快、非接觸、數(shù)據(jù)可加密、可重復(fù)使用和數(shù)據(jù)記憶量大等特點(diǎn)，一個(gè)典型的RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、閱讀設(shè)備、天線和應(yīng)用系統(tǒng)四部分組成，如圖2所示。在貨物表面貼上RFID電子標(biāo)簽，當(dāng)物流車輛經(jīng)過安裝有RFID閱讀器的站點(diǎn)

時(shí)，閱讀器通過天線發(fā)射電磁波激活鄰近的標(biāo)簽，標(biāo)簽被激活后隨即發(fā)射載有資料的無線電波，閱讀器接收到電磁波并讀取標(biāo)簽的信息，實(shí)時(shí)將物流貨品相關(guān)信息傳送至監(jiān)控中心，更新物流信息的狀態(tài)，若檢測(cè)到當(dāng)前貨物信息出現(xiàn)錯(cuò)誤，可通過監(jiān)控中心對(duì)貨物運(yùn)輸過程進(jìn)行追溯和管理。

3.2 車載終端的設(shè)計(jì)

車載終端安裝在物流車輛上，包括了主控制器模塊、RFID閱讀器模塊、GPS模塊和GPRS模塊。主控制器模塊選用資源豐富、低功耗、處理速度快的32位ARM微控制器STM32F103，其內(nèi)核為Cortex-M3，工作頻率為72MHz，高達(dá)128K字節(jié)的內(nèi)置閃存存儲(chǔ)器，還有豐富的I/O接口資源，供電電壓2.0V至3.6V，消耗功率低。RFID閱讀器模塊選擇成本低、體積小、低功耗、高度集成的非接觸式讀寫卡芯片MFRC522[1]，支持ISO 14443A/MIFARE，通信距離高達(dá)50mm，具有CRC和奇偶校驗(yàn)功能，工作電壓2.5V至3.3V，采用SPI通信方式，當(dāng)CS為低電平時(shí)開始工作，主控器向讀寫器發(fā)送指令讀取RFID標(biāo)簽信息，指令格式為：指令長度（2字節(jié)）+命令字（1字節(jié)）+數(shù)據(jù)信息+CRC校驗(yàn)和（2字節(jié)），讀寫器接收到指令并采集好標(biāo)簽中的信息后，傳送至主控器的GPIO口進(jìn)行處理。車載系統(tǒng)中的GPS模塊接收到衛(wèi)星信息后，計(jì)算出精確的車輛三維坐標(biāo)、時(shí)間和速度等相關(guān)信息，經(jīng)過GPRS模塊傳送至監(jiān)控中心，車載終端硬件組成如圖3所示。

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1 RFID閱讀器數(shù)據(jù)的過濾

由于RFID閱讀器采集到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)的冗余會(huì)對(duì)信息的存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)的傳輸和數(shù)據(jù)處理帶來負(fù)擔(dān)，還可能存在一些錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，選用哈希表來對(duì)RFID數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，提高閱讀器的可靠性和準(zhǔn)確性。具體方法是將貨品標(biāo)簽放進(jìn)哈希表中[2]，設(shè)置標(biāo)簽身份（TagID）為哈希表的關(guān)鍵字，取時(shí)間間隔t，將緩存的數(shù)據(jù)與哈希表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，若兩者的讀取時(shí)間差小于時(shí)間間隔t則認(rèn)為是讀取到重復(fù)的數(shù)據(jù)[3]，將此數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，若時(shí)間差大于時(shí)間間隔t則認(rèn)為是讀取到新的標(biāo)簽，然后再重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的比較，算法流程如圖4所示。

4.2 GPRS模塊的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用GTM900C這款內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧的GPRS模塊實(shí)現(xiàn)物流信息的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸[4]，該模塊具有豐富的資源，可直接調(diào)用庫函數(shù)建立TCP/IP連接。硬件設(shè)計(jì)完成后，使用AT指令實(shí)現(xiàn)GPRS模塊與互聯(lián)網(wǎng)連接并接發(fā)數(shù)據(jù)。

首先設(shè)置通信波特率?？梢允褂谩癆T + IPR”命令，把波特率設(shè)為115200 bps或者其他速率。

然后設(shè)置接入網(wǎng)關(guān)。AT + CGDCONT = 1，“IP”，“CMNET”，接入網(wǎng)關(guān)為中國移動(dòng)的接入點(diǎn)。

接著設(shè)置移動(dòng)終端的類別，通過AT + CGCLASS = “B”，設(shè)置移動(dòng)終端的類別為B類，表示在同一時(shí)間內(nèi)模塊只使用GPRS上網(wǎng)或使用GSM進(jìn)行語音通信。endprint

最后使用AT + CGACT = 1，1命令代表激活GPRS功能。如果返回“OK”，表明GPRS模塊連接成功；如果返回“ERROR”，對(duì)SIM卡進(jìn)行檢查，確保GPRS業(yè)務(wù)已經(jīng)開通，GPRS模塊天線已安裝正確等。

GPRS連接網(wǎng)絡(luò)具體程序如下：

u8 GPRSConnect（void）{

u8 i，err=0；

//設(shè)定工作模式ECHO

SendAT（"ATE1"，4）；

err=WaitForStr（"OK"，2，2）；//ATE1 OK

if（err>0） return err；

//查詢信號(hào)質(zhì)量

SendAT（"AT+CSQ"，6）；

i=AssertCSQ（）；//AT+CSQ +CSQ： 12，0 OK

if（i==0）{

print（"GSMCSQOK"）；

//是否注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)

SendAT（"AT+CGREG？"，9）；

err=WaitForStr（"+CGREG："，7，2）；//AT+CGREG？ +CGREG： 0，3 OK

if（err>0） return err；

//是否附著gprs網(wǎng)絡(luò)

SendAT（"AT+CGATT？"，9）；

err=WaitForStr（"+CGATT："，7，2）；//AT+CGATT？ +CGATT： 0 OK

if（err>0） return err；

delay_100ms（10）；

//先關(guān)閉所有場(chǎng)景

SendAT（"AT+CIPSHUT"，10）；

err=WaitForStr（"SHUT OK"，7，15）；//AT+CIPSHUT SHUT OK

if（err>0） return err；

delay_100ms（10）；

//打開APN

SendAT（"AT+CSTT"，7）；

err=WaitForStr（"OK"，2，5）；//AT+CSTT OK

if（err>0） return err；

delay_100ms（20）；

//打開移動(dòng)場(chǎng)景

SendAT（"AT+CIICR"，8）；

delay_100ms（20）；

err=WaitForStr（"OK"，2，10）；//AT+CIICR OK

if（err>0） return err；

delay_100ms（5）；

//獲取本機(jī)IP

SendAT（"AT+CIFSR"，8）；

err=WaitForStr（"+CIFSR"，6，2）；//AT+CIFSR 10.222.243.153

if（err>0） return err；

}

else return err；

return err；

}

4.3 物流信息監(jiān)控中心的設(shè)計(jì)

在車載終端處理好各種信息后，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心上，為了方便用戶對(duì)物流貨品運(yùn)輸過程的了解，查詢貨品的運(yùn)輸狀態(tài)，物流信息監(jiān)控中心需要具備物流貨品始發(fā)地和目的地點(diǎn)的查詢，貨品運(yùn)輸路徑信息的查詢、貨品所在地理位置的查詢等功能。

一個(gè)動(dòng)態(tài)網(wǎng)站服務(wù)器平臺(tái)至少要包括操作系統(tǒng)、Web服務(wù)器、應(yīng)用程序服務(wù)、數(shù)據(jù)庫幾部分，監(jiān)控中心采用B/S結(jié)構(gòu)（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器模式）[5]，客戶機(jī)上只需要一個(gè)瀏覽器，服務(wù)器安裝Oracle、Sybase、SQL Server等數(shù)據(jù)庫，通過Web Server即可實(shí)現(xiàn)瀏覽器和數(shù)據(jù)庫間的數(shù)據(jù)交互，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)和使用，原理如圖5所示。

圖5 B/S結(jié)構(gòu)原理圖

用戶只需要使用Internet登陸到客戶端即可查詢貨物相關(guān)的物流信息，客戶端采用JavaScript技術(shù)通過API接口對(duì)Google Map進(jìn)行二次開發(fā)[6]，把Google地圖服務(wù)嵌入到物流信息監(jiān)控中心網(wǎng)頁中，結(jié)合硬件部分的GPS模塊，獲取物流車輛的相關(guān)地理位置信息，為用戶提供可視化的物流車輛行駛路徑，通過使用如下函數(shù)的設(shè)置還能夠在地圖中查閱兩點(diǎn)間的行車路線：

function find（start， end） {

map = new GMap2（document.getElementById（"map_canvas"））；

map.addControl（new GSmallZoomControl（））；

map.setCenter（new GLatLng（28.549809， 102.177082）， 9）；

directionsPanel = document.getElementById（"route"）；

directions = new GDirections（map， directionsPanel）；

directions.load（"from： " + start + " to： " + end， {

travelMode ： G_TRAVEL_MODE_DRIVING

}）；

}

以上函數(shù)中參數(shù)start為起始地點(diǎn)，end為結(jié)束地點(diǎn)，route用于顯示行車路線信息，請(qǐng)求路線的類型travelMode的可選項(xiàng)為G_TRAVEL_MODE_DRIVING或者G_TRAVEL_MODE_WALKING。endprint

5 系統(tǒng)的測(cè)試

系統(tǒng)硬件部分和軟件部分設(shè)計(jì)好后，開始進(jìn)行相關(guān)功能的測(cè)試。給車載系統(tǒng)供電，系統(tǒng)正常工作，通過Web服務(wù)器發(fā)送指令采集指定貨物信息，相應(yīng)的RFID閱讀器讀取物品上貼附的RFID標(biāo)簽信息，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)把貨物RFID標(biāo)簽信息和GPS定位信息發(fā)送到監(jiān)控中心，GPRS傳輸速率平均有40kbps，在數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)需要設(shè)置好時(shí)間間隔，本系統(tǒng)設(shè)置每隔10s向監(jiān)控中心發(fā)送一次數(shù)據(jù)包[7]，即每隔10s更新一次監(jiān)控中心數(shù)據(jù)，降低數(shù)據(jù)包傳輸?shù)膩G失率，用戶打開Web服務(wù)器端輸入需要查詢的物品編號(hào)后，網(wǎng)站頁面中顯示相應(yīng)的物流GPS坐標(biāo)信息并且通過Google Map顯示車輛的行駛路徑，查詢結(jié)果如圖6所示。系統(tǒng)基本滿足對(duì)物流貨品的自動(dòng)跟蹤功能和信息處理功能，運(yùn)行情況穩(wěn)定，獲取信息較為準(zhǔn)確，達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。

6 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一種能夠自動(dòng)跟蹤物流貨品運(yùn)送過程并實(shí)時(shí)獲取物流位置信息的物流信息處理系統(tǒng)，介紹了軟硬件的設(shè)計(jì)過程，對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行了測(cè)試。系統(tǒng)使用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)無需人工干預(yù)即可自動(dòng)獲取物流車輛的運(yùn)輸情況，結(jié)合了GPS模塊使用，能夠更準(zhǔn)確將物流車輛的行駛路徑和位置信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)告知用戶，運(yùn)用B/S模式方便用戶對(duì)物流貨物信息的查詢，系統(tǒng)雖然在一定程度上優(yōu)化了物流運(yùn)輸信息的采集，提供了物流實(shí)時(shí)行車信息，但系統(tǒng)還需進(jìn)一步優(yōu)化，如添加對(duì)物流貨品安全監(jiān)控的功能、對(duì)貨物異常警報(bào)功能等。該系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)代物流業(yè)的應(yīng)用有一定的研究價(jià)值，有利于提升物流的服務(wù)質(zhì)量。

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