基于RFID、GPS、GPRS的物流追蹤系統(tǒng)的研制

摘要：介紹了一種基于RFID、GPS、GPRS技術(shù)的物流追蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用GPRS數(shù)據(jù)傳輸方式結(jié)合上位機(jī)監(jiān)控管理，采用低功耗控制芯片STM32F103RBT融合了GPS技術(shù)、GPRS枝和ARM等工控領(lǐng)域的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物流環(huán)節(jié)中物品的實(shí)時(shí)追蹤，確保物流環(huán)節(jié)物流不會(huì)丟失和替換。

隨著人們生活節(jié)奏的加快，促使物流行業(yè)突飛猛進(jìn)的快速的發(fā)展，物流行業(yè)的快速發(fā)展也導(dǎo)致物流過(guò)程出現(xiàn)了一系列的問(wèn)題。近年來(lái)貴重物品在物流中的比例越來(lái)越多，同時(shí)貴重物流在物流過(guò)程中的丟失也越來(lái)越多，貴重物品丟失后無(wú)法查詢(xún)?cè)谀膫€(gè)環(huán)節(jié)丟失的問(wèn)題引起了物流行業(yè)的高度重視。不僅貴重物品需要全程監(jiān)控，危險(xiǎn)品的運(yùn)輸也急需全程的監(jiān)控，確保在危險(xiǎn)品出現(xiàn)事故時(shí)可以第一時(shí)間解決。

傳統(tǒng)的物流追蹤是通過(guò)物流人員掃描物流單上的條碼將物流的基本信息傳遞給物流管理系統(tǒng)中，這種操作方式的弊端是沒(méi)有實(shí)時(shí)性，物流人員操作有一定的滯后性，而且人為操作缺乏準(zhǔn)確性。

本文提出的貴重物品和危險(xiǎn)品的的物流追蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，引入了RFID技術(shù)，采用RFID、GPS、GPRS技術(shù)對(duì)物流環(huán)節(jié)中的物品進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)管。

利用RFID和GPS技術(shù)能夠動(dòng)態(tài)采集物流過(guò)程中物品的變化信息和地理位置信息，RFID自動(dòng)讀取物流車(chē)裝載的物品，無(wú)需人工操作，在該系統(tǒng)中加入GPRS模塊，利用當(dāng)前成熟的移動(dòng)通信技術(shù)，在沒(méi)有有線網(wǎng)絡(luò)的情況下，也能做到與管理平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的通信，既能滿(mǎn)足監(jiān)管平臺(tái)對(duì)物品實(shí)時(shí)信息的需求，當(dāng)物品出現(xiàn)丟失時(shí)或出現(xiàn)異常替換時(shí)，實(shí)時(shí)報(bào)告給監(jiān)管平臺(tái)，對(duì)物流環(huán)節(jié)中物品進(jìn)行全程追蹤。有效解決了目前貴重物品和危險(xiǎn)品物流過(guò)程中信息不能實(shí)時(shí)采集和物品丟失、掉包的問(wèn)題。

1 物流追蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

物流追蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹：基于對(duì)貴重物品物流環(huán)節(jié)的考察，提出了以STM32F103RB系列的MCU為核心的物流追蹤系統(tǒng)，利用RFID和GPS技術(shù)實(shí)時(shí)采集物流過(guò)程中的物品的具體信息如地理位置信息和物品變動(dòng)信息。利用GPRS模塊借助現(xiàn)在已經(jīng)存在的成熟的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，將RFID采集到的物品變化信息和GPS采集到的實(shí)時(shí)地理位置信息通過(guò)GPRS的傳輸方式傳輸?shù)奖O(jiān)管平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)如果車(chē)輛上的物品出現(xiàn)異常的變動(dòng)、物流車(chē)所走的線路沒(méi)有按照平臺(tái)的命令行駛，車(chē)載物流追蹤設(shè)備都將向平臺(tái)實(shí)時(shí)報(bào)警。顧客可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或者手機(jī)訪問(wèn)監(jiān)管平臺(tái)的服務(wù)器，查詢(xún)自己的物品的準(zhǔn)確詳細(xì)物流信息。取代了現(xiàn)在物流中落后的手持掃描傳輸物流動(dòng)態(tài)信息的方式，既節(jié)省了人力、物力，又確保了物流信息的準(zhǔn)確性，更重要的作用是能夠防止貴重物品的丟失和掉包，減少危險(xiǎn)品出現(xiàn)事故的危害程度。

物流追蹤系統(tǒng)的框圖如圖1所示，物流車(chē)上裝有車(chē)載終端，車(chē)載終端集成了GPS模塊、RFID讀寫(xiě)器、GPRS模塊，當(dāng)帶有電子鉛封或者電子標(biāo)簽的物品裝車(chē)時(shí)，RFID讀寫(xiě)器將所有裝車(chē)的物品進(jìn)行掃描，掃描完成后將物品的基本信息和GPS地理位置信息通過(guò)微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，將處理后的信息通過(guò)GPRS傳輸方式傳輸?shù)奖O(jiān)管平臺(tái)服務(wù)器，監(jiān)管平臺(tái)服務(wù)器將采集到的物流信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)，此時(shí)客戶(hù)和物流監(jiān)管平臺(tái)可以通過(guò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行物流信息的查詢(xún)。當(dāng)物流車(chē)在行駛過(guò)程中，RFID不斷掃描車(chē)內(nèi)的的物品，如果物品沒(méi)有異常變化定時(shí)將GPS地理位置信息上傳到服務(wù)器，如果物流車(chē)中物品需要進(jìn)行合法變動(dòng)時(shí)，服務(wù)器監(jiān)管平臺(tái)通過(guò)移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將要變化的信息傳輸?shù)杰?chē)載終端，車(chē)載終端將根據(jù)命令信息允許帶有電子標(biāo)簽的物品進(jìn)行合法變動(dòng)。如果中途出現(xiàn)異常變動(dòng)，車(chē)載終端將立刻向監(jiān)管平臺(tái)服務(wù)器發(fā)送報(bào)警信息。

2 物流追蹤系統(tǒng)的各部分功能設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

2.1 車(chē)輛車(chē)載終端設(shè)計(jì)分析

車(chē)載終端包含微控制器MCU、GPS模塊、GPRS模塊和RFID模塊以及供電電源部分。

2.1.1 車(chē)載終端處理器設(shè)計(jì)分析

STM32F103RBT6是物流追蹤系統(tǒng)車(chē)載終端的MPU和軟件運(yùn)行的平臺(tái)，STM32F103是32位標(biāo)準(zhǔn)RISC嵌入式微處理器，該類(lèi)處理器工作頻率為72 MHz，內(nèi)置128 kB的FLASH存儲(chǔ)器和20 kB的SRAM，存儲(chǔ)器支持CF卡、SRAM、PSRAM、NOR和NAND存儲(chǔ)器，內(nèi)嵌串行單線JTAG調(diào)試接口，內(nèi)嵌跟蹤模塊(ETM)，可以提供芯片運(yùn)行時(shí)清晰的指令運(yùn)行與數(shù)據(jù)流動(dòng)的信息，擁有睡眠，停機(jī)，待機(jī)模式3種低功耗模式。該信息采集終端配置了u—Blox公司的NEO—5Q高性能GPS芯片、RFID讀寫(xiě)器部分、西門(mén)子公司的GPRS模塊MC52i、液晶顯示部分和SD卡等。

物流車(chē)接到運(yùn)輸任務(wù)后就通過(guò)車(chē)載終端的人機(jī)界面和按鍵啟動(dòng)車(chē)載終端并于監(jiān)管平臺(tái)連接，進(jìn)行登記。在裝載過(guò)程中讀取所有物品標(biāo)簽并與監(jiān)管平臺(tái)進(jìn)行校對(duì)。然后在運(yùn)輸過(guò)程中與監(jiān)管平臺(tái)不斷進(jìn)行通信傳輸平臺(tái)需要的信息。物流追蹤車(chē)載終端的結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

2.1.2 GPS模塊設(shè)計(jì)分析

為了滿(mǎn)足高精度定位的要求，物流追蹤車(chē)載終端采用NEO-5Q GPS模塊接受定位信息。由瑞士u—Blox公司推出的采用最新的第五代定位引擎u—Blox 5，該模組具有50個(gè)通道的u—Blox引擎，100多萬(wàn)個(gè)有效相關(guān)器，能夠同步追蹤GPS和Galileo的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，熱啟動(dòng)和輔助啟動(dòng)首次定位時(shí)間小于1秒。同時(shí)支持AssistNow Online和AssistNow Office等A—GPS功能。

該GPS芯片工作電壓的范圍為2.7～3.6 V，在實(shí)際設(shè)計(jì)中采用AMS117—3.3為其提供3.3 V穩(wěn)定電源。其定位數(shù)據(jù)支持NMEA-0183協(xié)議和UBX二進(jìn)制。如圖3所示為GPS模塊電路原理圖。

NEO-5Q的TXD引腳和RXD引腳分和STM32F103RBT6的RXD2和TXD2連接在一起。該模塊支持UART、USB、I2C和SPI接口的數(shù)據(jù)輸入輸出，其中UART默認(rèn)波特率為9 600，8位數(shù)據(jù)位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位。NEO-5Q能夠提供達(dá)4 Hz的定位跟新速率，其定位跟新速率和定位數(shù)據(jù)輸出格式均可使用軟件進(jìn)行設(shè)置。在本設(shè)計(jì)考慮到實(shí)用性和低功耗的原則，設(shè)置其定位跟新速率為1 Hz，輸出協(xié)議為NMEA-0183，輸出格式為GPRMC(建議使用最小GPS定位信息)。GPS芯片在搜索到有效衛(wèi)星情況下，還能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供精確地授時(shí)服務(wù)。