一種自動跟蹤的智慧物流信息處理系統(tǒng)的設(shè)計

溫凱峰

摘 要：為了實現(xiàn)對物流貨品的跟蹤溯源、車輛的實時監(jiān)控和物流信息的采集處理，設(shè)計以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、運輸?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)控平臺實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，用戶可以登陸平臺實時獲取物流車輛的運輸情況、地理位置、物資信息。測試結(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、實時監(jiān)控、信息傳送等功能。

關(guān)鍵詞：RFID；GPRS；跟蹤；實時監(jiān)控；物流信息系統(tǒng)

中圖分類號：TP274 文獻標(biāo)識碼：A

1 引 言

目前，我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展，推動著物流體系日益完善，物流業(yè)保持穩(wěn)定快速的發(fā)展。物流包括了儲存、包裝、運輸、搬運、配送、裝卸和物流信息處理等過程，其中貨物的運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)得到了進一步的發(fā)展和應(yīng)用?？蛻粜枰獙崟r獲取貨物的位置信息，物流公司也需要實時獲取貨物運送的狀態(tài)，及時對物流車輛進行調(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)實現(xiàn)對物流運輸車輛的跟蹤和管理，實時采集貨物的運輸狀態(tài)，設(shè)計采用RFID技術(shù)實現(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)方便將運輸車輛信息傳送至監(jiān)控中心實現(xiàn)車輛的實時調(diào)度管理，物流信息管理平臺能夠為用戶提供物流貨品地理位置的查詢和相關(guān)信息的獲取，滿足了人們在物流運輸過程中對貨物信息實時獲取的需求，對現(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

本文設(shè)計的物流信息處理系統(tǒng)主要包括無線射頻識別（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瀏覽器實時查詢物流的位置信息和運送狀態(tài)。

圖1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

3.1 RFID技術(shù)

無線射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，也是一種通信技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID技術(shù)具有體積小、環(huán)境耐受性強、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，一個典型的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

時，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，實時將物流貨品相關(guān)信息傳送至監(jiān)控中心，更新物流信息的狀態(tài)，若檢測到當(dāng)前貨物信息出現(xiàn)錯誤，可通過監(jiān)控中心對貨物運輸過程進行追溯和管理。

3.2 車載終端的設(shè)計

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128K字節(jié)的內(nèi)置閃存存儲器，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50mm，具有CRC和奇偶校驗功能，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口進行處理。車載系統(tǒng)中的GPS模塊接收到衛(wèi)星信息后，計算出精確的車輛三維坐標(biāo)、時間和速度等相關(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

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)的冗余會對信息的存儲、網(wǎng)絡(luò)的傳輸和數(shù)據(jù)處理帶來負(fù)擔(dān)，還可能存在一些錯誤的數(shù)據(jù)，選用哈希表來對RFID數(shù)據(jù)進行過濾，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，取時間間隔t，將緩存的數(shù)據(jù)與哈希表中的數(shù)據(jù)進行對比，若兩者的讀取時間差小于時間間隔t則認(rèn)為是讀取到重復(fù)的數(shù)據(jù)[3]，將此數(shù)據(jù)進行過濾，若時間差大于時間間隔t則認(rèn)為是讀取到新的標(biāo)簽，然后再重復(fù)進行數(shù)據(jù)的比較，算法流程如圖4所示。

4.2 GPRS模塊的設(shè)計

系統(tǒng)采用GTM900C這款內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧的GPRS模塊實現(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)計完成后，使用AT指令實現(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)為中國移動的接入點。

接著設(shè)置移動終端的類別，通過AT + CGCLASS = “B”，設(shè)置移動終端的類別為B類，表示在同一時間內(nèi)模塊只使用GPRS上網(wǎng)或使用GSM進行語音通信。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SIM卡進行檢查，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；

//查詢信號質(zhì)量

SendAT（"AT+CSQ"，6）；

i=AssertCSQ（）；//AT+CSQ +CSQ： 12，0 OK

if（i==0）{

print（"GSMCSQOK"）；

//是否注冊網(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）；

//打開移動場景

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

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，為了方便用戶對物流貨品運輸過程的了解，查詢貨品的運輸狀態(tài)，物流信息監(jiān)控中心需要具備物流貨品始發(fā)地和目的地點的查詢，貨品運輸路徑信息的查詢、貨品所在地理位置的查詢等功能。

一個動態(tài)網(wǎng)站服務(wù)器平臺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]，客戶機上只需要一個瀏覽器，服務(wù)器安裝Oracle、Sybase、SQL Server等數(shù)據(jù)庫，通過Web Server即可實現(xiàn)瀏覽器和數(shù)據(jù)庫間的數(shù)據(jù)交互，簡化了系統(tǒng)的開發(fā)、維護和使用，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Google Map進行二次開發(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，end為結(jié)束地點，route用于顯示行車路線信息，請求路線的類型travelMode的可選項為G_TRAVEL_MODE_DRIVING或者G_TRAVEL_MODE_WALKING。endprint

5 系統(tǒng)的測試

系統(tǒng)硬件部分和軟件部分設(shè)計好后，開始進行相關(guān)功能的測試。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)送時需要設(shè)置好時間間隔，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)基本滿足對物流貨品的自動跟蹤功能和信息處理功能，運行情況穩(wěn)定，獲取信息較為準(zhǔn)確，達到設(shè)計的要求。

6 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種能夠自動跟蹤物流貨品運送過程并實時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)計過程，對系統(tǒng)的功能進行了測試。系統(tǒng)使用RFID技術(shù)實現(xiàn)無需人工干預(yù)即可自動獲取物流車輛的運輸情況，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，運用B/S模式方便用戶對物流貨物信息的查詢，系統(tǒng)雖然在一定程度上優(yōu)化了物流運輸信息的采集，提供了物流實時行車信息，但系統(tǒng)還需進一步優(yōu)化，如添加對物流貨品安全監(jiān)控的功能、對貨物異常警報功能等。該系統(tǒng)對現(xiàn)代物流業(yè)的應(yīng)用有一定的研究價值，有利于提升物流的服務(wù)質(zhì)量。

參考文獻

[1] 劉培學(xué)， 金佩芬， 陳玉杰，等. 基于RFID及3G網(wǎng)絡(luò)的物流跟蹤系統(tǒng)研究[J]. 計算機測量與控制， 2014，22（7）：2178-2181.

[2] 孫紅， 厲彥剛， 陳世平. RFID中間件數(shù)據(jù)處理研究[J]. 上海理工大學(xué)學(xué)報， 2014， 36（3）： 234-238.

[3] 任守綱， 徐煥良， 黎安，等. 基于RFID/GIS物聯(lián)網(wǎng)的肉品跟蹤及追溯系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2010， 26（10）：229-235.

[4] 佟金， 王亞輝， 樊雪梅，等. 生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流狀態(tài)監(jiān)控信息系統(tǒng)[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報：工學(xué)版， 2013， 43（6）：1707-1711.

[5] 楊晉. 第三方汽車物流企業(yè)整車物流協(xié)同信息平臺建設(shè)研究[J]. 物流技術(shù)， 2015，34（4）：265-267.

[6] 滕志軍， 郭素陽， 徐艷偉，等.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的物流運輸監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 河南科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2015，36（4）：47-50.

[7] 王曉華， 李萍. 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能物流車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 計算機應(yīng)用與軟件， 2014，31（12）：132-135.endprint