羅忠亮，徐志鵬，李錦歡，朱定華

（韶關學院 信息科學與工程學院，廣東 韶關　512005）

基于RFID的貨物實時追蹤系統(tǒng)

羅忠亮，徐志鵬，李錦歡，朱定華

（韶關學院 信息科學與工程學院，廣東 韶關512005）

針對物流貨物易丟失和運輸事故發(fā)生的問題，文中采用基于RFID和GPRS的貨物實時追蹤系統(tǒng)監(jiān)控貨物。該系統(tǒng)以Linux系統(tǒng)為開發(fā)平臺，借助無線網(wǎng)絡通信技術，結合GPS模塊，動態(tài)采集貨物變化信息和地理位置信息，把獲取的數(shù)據(jù)匯總到監(jiān)控中心，實現(xiàn)對物流貨物的實時追蹤的目的。實驗結果表明，該系統(tǒng)時延短、人力成本低、性能穩(wěn)定，在預防物流中貨物的丟失和被替換方面有明顯優(yōu)勢。

貨物跟蹤；RFID；監(jiān)控中心；無線通信

隨著物流行業(yè)的飛速發(fā)展，貴重物品和危險物品在物流中比例越來越大，然而，貨物丟失和貨物變質或損壞問題時常發(fā)生。因此，建立和完善貨物車輛實時動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)是物流行業(yè)當前需亟待解決的關鍵問題。通過貨物智能信息化管理，對運輸車輛及貨物狀態(tài)等情況進行實時監(jiān)控和安全管理，避免物流環(huán)節(jié)中貨物丟失和被替換，減少人工操作失誤和降低運作成本，提高物流公司的信任度［1-2］。

該系統(tǒng)以Linux系統(tǒng)為開發(fā)平臺，借助無線網(wǎng)絡通信技術手段，結合GPS和RFID模塊，通過細化設計要求，動態(tài)采集物流過程中貨物變化信息和地理位置信息，把獲取的各種貨物狀態(tài)信息傳送到監(jiān)控中心進行匯總。當貨物丟失時或被替換時，實時報告給監(jiān)管中心平臺，以實現(xiàn)對貨物進行全程追蹤，有效地解決目前物流過程中危險品和貴重貨物信息不能實時采集、貨物丟失和掉包的問題，提高數(shù)據(jù)采集的準確度和便利性［3］。

1　基于RFID的貨物實時追蹤系統(tǒng)設計方案

該系統(tǒng)主要由ARM9主控平臺、GPS、GPRS、RFID和監(jiān)測中心PC機服務器5部分組成，如圖1所示。ARM9主控平臺是系統(tǒng)的主控中心，通過S3C2440主控板去控制GPRS模塊，實現(xiàn)對遠程的GPS進行通信，主控平臺直接連接服務器PC機，平臺上的GPRS模塊通過短信去定位遠程車輛和控制遠程車輛貨物門的開關；GPS模塊裝在車輛上，實現(xiàn)主控中心對其地理信息的采集；有源RFID用于對貨物進行信息記錄；監(jiān)測中心則是對車輛位置信息與貨物信息進行匯總與分析。如果在運輸中途出現(xiàn)異常，車載終端將會及時給監(jiān)管平臺服務器發(fā)送報警。

圖1　系統(tǒng)整體構架

2　貨物追蹤系統(tǒng)的硬件設計

基于RFID的物流追蹤系統(tǒng)硬件部分主要有［1］：主控平臺、通信模塊、GPS模塊、RFID模塊和電源部分等。

圖2　硬件設計圖

2.1S3C2440主控板

S3C2440的CPU基于ARM920T的低功耗、低價格和高性能的32/16位RISC嵌入式微處理器，由三星公司推出，工作頻率可達400MHz，其ARM920T核由ARM9TDMI、MMU和高速緩存3部分構成。S3C2440的片內(nèi)資源豐富，主要包含4通道的 DMA、1個 LCD控制器、2個 SPI接口、3通道的UART，支持高速總線模式和異步模式，同時也支持外部等待信號延長總線周期。

2.2傳感器

傳感器是目前信息通信系統(tǒng)和各種裝備不可缺少的采集手段，可以用來測量重量、力矩、振動、壓力、位移、流量等多種物理量，廣泛應用于國民經(jīng)濟和科學實驗的各個領域，可以將實時采集到物流貨物濕度和溫度等環(huán)境信息通過無線通信技術，如GPRS等發(fā)送到物流車輛貨物監(jiān)控中心，實現(xiàn)智能化控制。

2.3GPS模塊

GPS是全球定位系統(tǒng)的簡稱。GPS可以提供車輛定位、防盜、防劫、車輛行駛路線及呼叫指揮等功能。通過GPS模塊實時監(jiān)控車輛當前的位置信息，在監(jiān)控中心地圖上顯示出來［4-5］，以供客戶查詢操作，如出現(xiàn)異常狀況，可以及時獲知相關信息并且提出解決辦法。

2.4無線通信網(wǎng)絡

利用當前的無線通信網(wǎng)絡，如GSM/GPRS，CDMA、LTE移動網(wǎng)等，通過無線收發(fā)設備完成數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，實現(xiàn)與監(jiān)控中心的無線通信。GPRS模塊采用SIMCOM公司推出的新一代GPRS模塊，型號為SIM300，集成完整的射頻電路和GSM基帶處理器，提供話音傳輸、短消息發(fā)送、數(shù)據(jù)業(yè)務的無線接口，尤其適合開發(fā)諸如調(diào)度、監(jiān)控和車載等系統(tǒng)的GSM/ GPRS無線應用產(chǎn)品。

2.5RFID模塊

RFID即射頻識別技術，又稱"電子標簽"，是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象，快速地進行貨物追蹤和數(shù)據(jù)交換［6］。采用通道式讀寫器和電子標簽通信方式檢查電子標簽里信息的變動，把RFID的變動信息傳輸?shù)紺PU，待數(shù)據(jù)分析完后，GPRS模塊把待傳信息發(fā)送到監(jiān)管中心。與條形碼相比，RFID掃描速度快，可多次擦寫，非接觸，穿透性能強，安全性好，數(shù)據(jù)存儲量大，可工作于各種惡劣環(huán)境。

3　貨物追蹤系統(tǒng)的軟件設計

該系統(tǒng)軟件部分主要由上位機軟件和車載終端兩部分組成［1］。服務器把分析后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，同時服務器也可接收客戶訪問需求，實時下發(fā)信息查詢車輛和貨物的動態(tài)信息；貨物監(jiān)控平臺主要由GPRS接收模塊和服務器組成，GPRS模塊將接收到的相關信息上傳到服務器。

3.1貨物追蹤系統(tǒng)的工作流程

將有源RFID采集到的貨物箱內(nèi)相關信息，如溫度、濕度、貨物ID、貨物信息、貨物位置等，通過GPRS反饋信息回服務器，主控中心對這些信息進行監(jiān)控與管理。另外，主控中心還可對車載系統(tǒng)進行管理，對車輛實行定位、車速、貨物箱門禁系統(tǒng)等監(jiān)控管理，從而達到提升貨物運輸過程中的安全性。主控平臺開發(fā)的步驟流程如圖3所示。

圖3　主控平臺開發(fā)步驟

3.2貨物追蹤系統(tǒng)的需求分析

考慮到系統(tǒng)的實用性，系統(tǒng)功能應具有信息快速獲與統(tǒng)計、報表生成及輸出打印和及時提醒等功能，出現(xiàn)特殊情況時就可很快找到事故原因。考慮到系統(tǒng)的安全性，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫需設置較高訪問權限以防止某些人惡意修改物流信息，將所有可以訪問信息用戶分為管理人員和普通人員。普通用戶權限有限，只能查看信息而不能修改信息，而管理人員權限最高，可以修改數(shù)據(jù)和密碼以及其他用戶權限。

3.3貨物追蹤系統(tǒng)的用戶界面設計

通過人機交互界面把搭建用戶和系統(tǒng)溝通的平臺，為用戶進行選擇提供條件。用戶進行操作后獲得消息，通過用戶界面反饋給用戶。本設計采用Qt進行系統(tǒng)開發(fā)，Qt是Trolltech公司的標志性產(chǎn)品，提供非常強大的 GUI編輯工具— Qt Designer，操作界面類似于 Windows下的 Visual Studio，是一個跨平臺的 C++圖形用戶界面工具包。目前Qt包括基于 Framebuffer的 Qt Embedded、快速開發(fā)工具 Qt Designer、國際化工具 Qt Linguist等部分，它具有優(yōu)良的跨平臺特性、面向對象、豐富的 APIQt、支持 OpenGL、XML支持等優(yōu)點［7］。文中開發(fā)的界面主程序流程如圖4所示。

圖4　界面開發(fā)主程序流程

4　基于RFID的貨物實時追蹤系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

4.1數(shù)據(jù)的讀取

貨物追蹤系統(tǒng)網(wǎng)絡的每一個節(jié)點作為數(shù)據(jù)采集點，在各個數(shù)據(jù)采集點上布放適當傳感器，采集車載終端和貨物環(huán)境信息數(shù)據(jù)，以十六進制作為數(shù)據(jù)格式。有源RFID標簽讀取到的十六位的十六進制編碼如圖5所示。

圖5　有源RFID十六進制編碼

這十六位編碼可用來記錄貨物信息、地理信息和環(huán)境信息，其中第1、2位代表的是物品信息ID，第2、3位代表的溫度，分別為2和0，代表溫度為22℃，第5-10位則代表

坐標的經(jīng)度，第11-16位則代表坐標的緯度。

4.2數(shù)據(jù)采集

圖6　GPS模塊信息反饋圖

根據(jù)采集信息進行對比以驗證其正確性。圖6為測試數(shù)據(jù)，室內(nèi)溫度22℃，經(jīng)度為24.46.22，緯度為113.40.26。圖7為有源RFID采集到的信息，根據(jù)其返回的條碼位數(shù)，可對其解讀。第2、3位分別為1、6，根據(jù)十六進制轉換為十進制的算法，得出數(shù)據(jù)為22，同理，第5-10位十六進制數(shù)轉換為十進制數(shù)后為24，46，22，第11-16位十六進制數(shù)轉換為十進制數(shù)后為113，40，26。把有源RFID標簽采集到的信息進行進制數(shù)轉換，然后再把這些數(shù)與車載系統(tǒng)上GPS模塊上讀取的數(shù)據(jù)進行對比，從而驗證了有源RFID采集信息其準確性。

4.3數(shù)據(jù)的傳輸

在有源RFID接收器中，要對有源RFID發(fā)出的信號進行實時采集，將采集到的數(shù)據(jù)信息進行IP數(shù)據(jù)包封裝，然后以GPRS/LTE網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺貑卧小?/p>

圖7　有源RFID信息采集界面圖

5　結束語

針對當前物流車輛運輸過程中貴重物品丟失和貨物信息無法實時采集的問題，文中采用基于RFID、GPS和GPRS的貨物追蹤系統(tǒng)實現(xiàn)對貨物的實時監(jiān)控，出現(xiàn)異常情況時，能及時報警通知物流人員，可避免貴重物品和貨物的丟失。該系統(tǒng)能降低管理成本，節(jié)省掃描時間，增強了貨物的安全性，具有一定的應用價值。

［1］趙超，陳壽元，邵增珍，等.基于RFID、GPS、GPRS的物流追蹤系統(tǒng)的研制［J］.電子設計工程，2014，22（5）:147-150.

［2］陳豐照，姜代紅.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能物流配送系統(tǒng)設計與實現(xiàn)［J］.微電子學與計算機，2011，28（8）:19-21.

［3］方來華，劉驥，魏利軍，等.危險品運輸車輛監(jiān)控預警系統(tǒng)設計與開發(fā)［J］.中國安全科學學報，2008，18（5）:109-115.

［4］吳昊，劉巖，吳北平.基于天地圖的GPS車輛監(jiān)控中心系統(tǒng)設計與實現(xiàn)［J］.地理空間信息，2015，13（1）:42-47.

［5］汝程鵬.基于ARM的北斗導航/GPRS/GIS車輛監(jiān)控系統(tǒng)設計［J］.鐵道運輸與經(jīng)濟，2013，35（3）:80-84.

［6］任守綱，徐煥良，黎安.基于RFID/GIS物聯(lián)網(wǎng)的肉品跟蹤及追溯系統(tǒng)設計與實現(xiàn)物［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2010（10）:229-235.

［7］陳澤婷.基于ARM的校園LED公告板遠程控制系統(tǒng)設計［J］.現(xiàn)代計算機月刊，2012（5）:77-80.

Goods real-time tracking system based on RFID

LUO Zhong-liang，XU Zhi-peng，LI Jin-huan，ZHU Ding-hua
（School of Information Science and Engineering，Shaoguan University，Shaoguan 512005，China）

To reduce the loss of goods logistics and transport accidents，real-time cargo tracking system based on RFID and GPRS is adopted to monitor goods in this paper.The Linux system is taken as the development platform，with wireless network communication technology，combined with the GPS module，dynamic acquired the goods change information and location information，and send the acquisition data to monitoring center，achieve the real-time tracking of goods in the logistics chain. The experimental results show that the system is short time delay，lower manpower and stable performance，it has a obvious advantage to prevent goods loss in logistics and is replaced.

goods tracking；Radio Frequency Identification；monitor center；wireless communication

TN92

A

1674－6236（2016）16-0095-03

2015-08-06稿件編號：201508028

韶關市科技計劃項目（2013CX/K70）；廣東省自然科學基金項目（S2012040007376，2016A030307044）；國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（201410576013）

羅忠亮（1973—），男，湖南桂陽人，博士，副教授。研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術。