物流配送車載定位儀及裝卸記錄儀的設(shè)計

胡連珍，林敏敏，李正紅

(福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福建 福州　350002)

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物流配送車載定位儀及裝卸記錄儀的設(shè)計

胡連珍，林敏敏，李正紅

(福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福建 福州350002)

摘要：應(yīng)用GPS接收板、GPRS MODEM、微程序控制器、條碼掃描器等模塊研制了車載定位儀、裝卸記錄儀，采用GPRS無線技術(shù)，和指揮中心建立了TCP/IP連接，傳遞了車輛的位置信息、貨物裝卸信息。指揮中心可對車輛做出調(diào)度指揮，提高物流服務(wù)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：物流配送；車載定位儀；遠(yuǎn)程通訊；GPRS MODEM

1物流運輸運營需求

當(dāng)前國內(nèi)物流產(chǎn)業(yè)正處于一個高速發(fā)展的時期，物流企業(yè)相互競爭越來越激烈。[1]只有滿足客戶對物流服務(wù)的所有需求，最大限度地降低物流運輸成本，才能獲得客戶的信任和利潤。物流企業(yè)如能掌握貨物的實時狀態(tài)有助于向客戶提供物流跟蹤信息，提高服務(wù)質(zhì)量。如能掌握車輛的實時位置信息，有助于完成車輛調(diào)度和配貨，降低運輸成本，提高企業(yè)競爭力。[2]

2車輛定位配貨指揮系統(tǒng)的組成

2.1系統(tǒng)總體組成。

按照物流配送公司需求繪制車輛定位配貨指揮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，請參見圖1。如圖可見車載定位儀和裝卸記錄儀是系統(tǒng)的硬件核心部分，承擔(dān)著野外無線通訊，傳遞車輛位置信息、貨物裝卸信息的作用。

2.2總工作原理。

物流配送車輛上裝置車載定位儀，該儀器使用汽車12V供電。車載定位儀每30s向指揮中心提供車輛的實時經(jīng)緯度。駕駛員隨身攜帶裝卸記錄儀，采用手機電池供電，在裝卸貨時掃描貨物包裝條碼。兩設(shè)備均采用GPRS無線遠(yuǎn)程通訊。[3]指揮中心的車輛定位配貨指揮模塊收到每個車輛實時位置及每件貨物的裝卸信息后，根據(jù)客戶配送需求做出車輛調(diào)度的通知，安排車輛就近裝貨。通過短信平臺或網(wǎng)站發(fā)布物流信息，客戶也可通過短信、移動Web查詢自己貨物的實時狀態(tài)和位置。[4]

3車載定位儀開發(fā)

3.1工作原理。

圖1　指揮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1　command system structure diagram

如圖1所示，車載定位儀由3個模塊組成，微程序控制器(MCU)每隔30s從串口0讀取GPS接收機的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，并通過串口1控制GPRS MODEM連接GPRS網(wǎng)絡(luò)，獲得GPRS內(nèi)網(wǎng)的動態(tài)IP地址。[5]指揮中心服務(wù)器在internet上擁有固定IP地址，GPRS MODEM向服務(wù)器建立TCP/IP連接，將經(jīng)緯度數(shù)據(jù)包發(fā)送至固定IP地址的指定端口上。[6]

3.2硬件制作。

3個模塊均裝入工程塑料材質(zhì)的盒子，MCU板由螺釘固定，串口0接至GPS板的串口，串口1經(jīng)MAX232芯片接至GPRS MODEM的串口，為了良好接收衛(wèi)星信號，需外接GPS天線，保證外置的GPS天線圓盤面面向開闊天空。[7]GPRS MODEM為工業(yè)成品，自帶10cm長的硬塑天線，塑料盒不會影響GPRS信號的傳遞，所以GPRS天線不必穿孔露出，設(shè)備采用汽車電池12V供電。[8]

3.3定位儀的編程。

微程序控制器采用ATMEL AVR MEGA162，工作電壓為2.7-5.5 V，工作電流小于100ma，該MCU為雙串口，可采用ICC AVR語言編程。[9]

//gps數(shù)據(jù)接收存入緩存中斷子程序

#pragma interrupt_handler UART1_RX_interrupt:21

void UART1_RX_interrupt( void )

{

BYTE gpsdata=UDR1;

{ //新數(shù)據(jù)開始

isbag=0;

pGBUF = &GPSBuffer[0];

sbi( TIMSK, TOIE0 );

gpsStart=1;

}

*pGBUF++=gpsdata;//數(shù)據(jù)存入緩存

}

CPRS MODEM采用PML-900/1800模塊，工作電壓3.3-4.2V，非語音通話時電流小于1A。是由CENTEL公司推出的GSM/DCS雙頻模塊，帶GPRS功能，主要為語音傳輸、短消息和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接口。[11]該模塊集成了完整的射頻電路和GSM的基帶處理電路，內(nèi)嵌TCPIP協(xié)議，適合快速開發(fā)GPRS無線應(yīng)用產(chǎn)品，如移動電話、遠(yuǎn)程監(jiān)控、運輸調(diào)度、定位和導(dǎo)航等系統(tǒng)和產(chǎn)品。[11]MCU提供的是TTL電平串口，而GPRS MODEM提供RS232電平串口，兩者相連，需要MAX232提供電平轉(zhuǎn)換功能。通過串口使用AT指令控制模塊完成GPRS通訊工作。代碼較長，關(guān)鍵指令如下：

(1)向串口發(fā)送GPRS初始化AT指令。

AT+CSTT ，啟動任務(wù)

(2)定義PDP移動場景。

AT+CGDCONT=1,"IP","CMNET"

(3)激活PDP，獲得IP地址。

AT+CGATT=1

(4)設(shè)置模塊GPRS連接，接入點為“CMNET”。

AT+CIPCSGP=1,"CMNET"

(5)與指定的IP地址建立UDP連接。

AT+CIPSTART="UDP",218.86.0.1,11111

(6)發(fā)送數(shù)據(jù)。

AT+CIPSEND

(7)MCU收到“>”后提供要無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，最后發(fā)送。

設(shè)備開始將數(shù)據(jù)包發(fā)送到指定IP的服務(wù)器的指定端口上。

(8)關(guān)閉TCP連接。

AT+CIPCLOSE

(9)關(guān)閉移動場景。

AT+CIPSHUT

以上AT指令第4步指定GPRS連接的接入點是移動公司的“CMNET”，相對“CMWAP”而言，“CMNET”編程簡單，不必指定代理服務(wù)器即可訪問互聯(lián)網(wǎng)。[12]聯(lián)通公司聲明的接入點為“UNINET”“UNIWAP”，但是實踐表明，聯(lián)通公司兼容了移動公司的接入點，即設(shè)置“CMNET”同樣適用。[12]第5步指定了一個公網(wǎng)IP218.86.0.1，當(dāng)連接IP地址端口11111成功后，GPRS MODEM在串口回傳“CONNECT OK”。在該IP地址上架設(shè)服務(wù)器，用Winsock控件編寫的監(jiān)聽程序監(jiān)聽指定端口，可收到全部運輸車輛的實時位置信息。

3.4位置數(shù)據(jù)包編碼格式。

定位儀每隔30s向指揮中心發(fā)送“位置數(shù)據(jù)包”，例如：“01, 032134, 20150912162134, 119.234136, 26.087496, 39.12”。該數(shù)據(jù)包為自定義格式，第1數(shù)據(jù)位為信息代碼。在本項目中，定義01代表車載定位儀上傳信息。第2數(shù)據(jù)位為設(shè)備終端編號，終端編號必須絕對唯一。之后數(shù)據(jù)位分別為記錄日期+時間，經(jīng)度，緯度，速度。經(jīng)緯度從度分表示法轉(zhuǎn)換通用的度表示法。速度單位從節(jié)換算為常用的km/h。該位置數(shù)據(jù)包表明032134編號的運輸車輛到達(dá)福建農(nóng)林大學(xué)拓荒廣場附近。

3.5電源設(shè)計。

電源設(shè)計采用的是LM2941電壓模塊，輸出電壓為3.6-3.8V，輸出電流為1-1.2A。GPRS MODEM有時會忽然搜索GSM信號產(chǎn)生瞬間大電流，導(dǎo)致電源電壓波動，可能引起MCU模塊死機，在靠近MCU模塊、GPRS MODEM的電源端各加上1個16V 470μf的電容，保證了電壓穩(wěn)定性。

4裝卸記錄儀開發(fā)

4.1工作原理。

該設(shè)備隨車配置，裝卸記錄儀設(shè)備編號和車載定位儀設(shè)備編號一一對應(yīng)。設(shè)計兩個按鈕，裝車按鈕和卸車按鈕。當(dāng)貨物裝車時，駕駛員按動裝車按鈕，掃描貨物包裝條碼。設(shè)備讀取貨物編號后，自行啟動GPRS無線通訊將編號發(fā)送至指揮中心，裝車通訊過程請參見圖2。卸車通訊流程與之相似。

圖2　裝車工作流程圖Fig.2　cargo loading work flow chart

4.2設(shè)備開發(fā)。

條碼掃描元件選用BE220系列嵌入式條碼識讀引擎，該元件集成了高性能解碼板，能快速識別目前市場上國際標(biāo)準(zhǔn)的一維及二維條碼，提供各類輸出控制接口，包括電源控制、指示燈控制、解碼輸出等控制接口。該模塊開發(fā)原理和車載定位儀相似，和指揮中心先建立TCP/IP連接，發(fā)送裝車數(shù)據(jù)包或卸車數(shù)據(jù)包成功后，等待指揮中心回應(yīng)正確標(biāo)志，并點亮不同顏色的LED燈。

裝車數(shù)據(jù)包舉例如下：“05,026712,20150912082513, 35300109121600162”。第1數(shù)據(jù)位為信息代碼，“05”代表貨物裝車，“026712”裝卸記錄儀的設(shè)備終端號，絕對唯一?！?0150912162513”表示時間，可利用GPRS讀取固定IP服務(wù)器發(fā)布的時鐘，這樣裝卸記錄儀不必加裝時鐘模塊降低設(shè)備成本?！?530012015091600162”為貨物條碼，由貨物源地址郵編、發(fā)貨日期、貨物序號組成。該裝車數(shù)據(jù)包表明從福建省南平市延平區(qū)2015年09月16日的00162號貨物已裝車。

卸車數(shù)據(jù)包舉例如下：“06,026712,20150912162711, 3530012015091600162”。第1數(shù)據(jù)位用“06”表示貨物卸車。該卸車數(shù)據(jù)包表明福建省南平市延平區(qū)2015年09月16日的00162號貨物已卸貨。

5指揮中心程序開發(fā)

使用VFP9.0語言調(diào)用Winsock控件編程，監(jiān)聽指定端口，接收車載定位儀、裝卸記錄儀發(fā)來的數(shù)據(jù)包。連接SQL SERVER數(shù)據(jù)庫，存儲車輛實時位置數(shù)據(jù)。舉一實際工作案例如下。當(dāng)指揮中心收到上文的“卸車數(shù)據(jù)包”后查詢匹配的車載定位儀的最后一個“位置數(shù)據(jù)包”(如上文)，獲知車輛處于福建農(nóng)林大學(xué)拓荒廣場附近。通過數(shù)據(jù)庫查詢獲知該貨物配送終點也為福建農(nóng)林大學(xué)，指揮中心啟動物流信息發(fā)布模塊自動發(fā)送短信給收貨人，請收貨人至拓荒廣場收貨。用短信告知周邊預(yù)約客戶配送車輛已到達(dá)拓荒廣場，可以送貨。駕駛員收到新的貨物后，用隨車攜帶的便攜式條碼打印機打印條碼，粘貼在貨物的外包裝上，并用裝卸記錄儀裝車功能掃描。當(dāng)貨物到達(dá)配送中心后，按條碼補錄信息，開始新的配送行程。

6.結(jié)束語

車載定位儀制作成本約為600元，裝卸記錄儀制作成本約為700元，如能采用GPRS MODEM開發(fā)板取代GPRS MODEM工業(yè)成品，可降低成本100元左右。兩設(shè)備已在福建省南平市福源運輸車隊試用，初步達(dá)到了設(shè)計意圖。既達(dá)到就近配貨，降低運輸成本的作用，又提高了物流服務(wù)質(zhì)量，具有良好的推廣前景。

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Class No.:TP391Document Mark：A

(責(zé)任編輯：蔡雪嵐)

The Development of Vehicle Locator and Cargo Handling Recorder in Logistics Distribution

Hu Lianzhen, Lin Minmin, Li Zhenghong

(School of Transportation and Civil Engineering, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou,Fujian 350002，China)

Abstract：Vehicle locator and cargo handling recorder was developed by GPRS MODEM, MCU and bar code scanner element. Using GPRS wireless technology, people can establish a TCP/IP connection with the command center. It can be used to transmitted location information and cargo handling information to users . The command center can dispatch and command to the vehicle to improve logistics service quality.

Key words：logistics distribution; vehicle locator; remote communication; GPRS; MODEM

中圖分類號：TP391

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-6758(2016)03-0042-4

基金項目：福建省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目“第三方物流貨場可視化管理系統(tǒng)的設(shè)計”(201510389063)；福建省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目“UHF頻段RFID手持終端系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化”(201510389079)。

作者簡介：胡連珍，學(xué)生，福建農(nóng)林大學(xué)。

林敏敏，學(xué)生，福建農(nóng)林大學(xué)。

李正紅，教授，福建農(nóng)林大學(xué)。