一種基于RFID、GPS、GPRS技術(shù)的物流追蹤系統(tǒng)設(shè)計

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)，實現(xiàn)對物流環(huán)節(jié)中物品的實時追蹤，確保物流環(huán)節(jié)物流不會丟失和替換。

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)致物流過程出現(xiàn)了一系列的問題。近年來貴重物品在物流中的比例越來越多，同時貴重物流在物流過程中的丟失也越來越多，貴重物品丟失后無法查詢在哪個環(huán)節(jié)丟失的問題引起了物流行業(yè)的高度重視。不僅貴重物品需要全程監(jiān)控，危險品的運輸也急需全程的監(jiān)控，確保在危險品出現(xiàn)事故時可以第一時間解決。

傳統(tǒng)的物流追蹤是通過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有實時性，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品的的物流追蹤系統(tǒng)的設(shè)計中，引入了RFID技術(shù)，采用RFID、GPS、GPRS技術(shù)對物流環(huán)節(jié)中的物品進行動態(tài)監(jiān)管。

利用RFID和GPS技術(shù)能夠動態(tài)采集物流過程中物品的變化信息和地理位置信息，RFID自動讀取物流車裝載的物品，無需人工操作，在該系統(tǒng)中加入GPRS模塊，利用當(dāng)前成熟的移動通信技術(shù)，在沒有有線網(wǎng)絡(luò)的情況下，也能做到與管理平臺數(shù)據(jù)庫之間的通信，既能滿足監(jiān)管平臺對物品實時信息的需求，當(dāng)物品出現(xiàn)丟失時或出現(xiàn)異常替換時，實時報告給監(jiān)管平臺，對物流環(huán)節(jié)中物品進行全程追蹤。有效解決了目前貴重物品和危險品物流過程中信息不能實時采集和物品丟失、掉包的問題。

1 物流追蹤系統(tǒng)的設(shè)計方案

物流追蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹：基于對貴重物品物流環(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)實時采集物流過程中的物品的具體信息如地理位置信息和物品變動信息。利用GPRS模塊借助現(xiàn)在已經(jīng)存在的成熟的移動通信網(wǎng)絡(luò)，將RFID采集到的物品變化信息和GPS采集到的實時地理位置信息通過GPRS的傳輸方式傳輸?shù)奖O(jiān)管平臺的數(shù)據(jù)庫，同時如果車輛上的物品出現(xiàn)異常的變動、物流車所走的線路沒有按照平臺的命令行駛，車載物流追蹤設(shè)備都將向平臺實時報警。顧客可以通過網(wǎng)絡(luò)或者手機訪問監(jiān)管平臺的服務(wù)器，查詢自己的物品的準(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，物流車上裝有車載終端，車載終端集成了GPS模塊、RFID讀寫器、GPRS模塊，當(dāng)帶有電子鉛封或者電子標(biāo)簽的物品裝車時，RFID讀寫器將所有裝車的物品進行掃描，掃描完成后將物品的基本信息和GPS地理位置信息通過微控制器進行數(shù)據(jù)處理后，將處理后的信息通過GPRS傳輸方式傳輸?shù)奖O(jiān)管平臺服務(wù)器，監(jiān)管平臺服務(wù)器將采集到的物流信息存入數(shù)據(jù)庫，此時客戶和物流監(jiān)管平臺可以通過訪問數(shù)據(jù)庫進行物流信息的查詢。當(dāng)物流車在行駛過程中，RFID不斷掃描車內(nèi)的的物品，如果物品沒有異常變化定時將GPS地理位置信息上傳到服務(wù)器，如果物流車中物品需要進行合法變動時，服務(wù)器監(jiān)管平臺通過移動無線網(wǎng)絡(luò)將要變化的信息傳輸?shù)杰囕d終端，車載終端將根據(jù)命令信息允許帶有電子標(biāo)簽的物品進行合法變動。如果中途出現(xiàn)異常變動，車載終端將立刻向監(jiān)管平臺服務(wù)器發(fā)送報警信息。

2 物流追蹤系統(tǒng)的各部分功能設(shè)計開發(fā)

2.1 車輛車載終端設(shè)計分析

車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 車載終端處理器設(shè)計分析

STM32F103RBT6是物流追蹤系統(tǒng)車載終端的MPU和軟件運行的平臺，STM32F103是32位標(biāo)準(zhǔn)RISC嵌入式微處理器，該類處理器工作頻率為72 MHz，內(nèi)置128 kB的FLASH存儲器和20 kB的SRAM，存儲器支持CF卡、SRAM、PSRAM、NOR和NAND存儲器，內(nèi)嵌串行單線JTAG調(diào)試接口，內(nèi)嵌跟蹤模塊(ETM)，可以提供芯片運行時清晰的指令運行與數(shù)據(jù)流動的信息，擁有睡眠，停機，待機模式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讀寫器部分、西門子公司的GPRS模塊MC52i、液晶顯示部分和SD卡等。

物流車接到運輸任務(wù)后就通過車載終端的人機界面和按鍵啟動車載終端并于監(jiān)管平臺連接，進行登記。在裝載過程中讀取所有物品標(biāo)簽并與監(jiān)管平臺進行校對。然后在運輸過程中與監(jiān)管平臺不斷進行通信傳輸平臺需要的信息。物流追蹤車載終端的結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

2.1.2 GPS模塊設(shè)計分析

為了滿足高精度定位的要求，物流追蹤車載終端采用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個通道的u—Blox引擎，100多萬個有效相關(guān)器，能夠同步追蹤GPS和Galileo的導(dǎo)航衛(wèi)星信號，熱啟動和輔助啟動首次定位時間小于1秒。同時支持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，在實際設(shè)計中采用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，無奇偶校驗位。NEO-5Q能夠提供達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行設(shè)置。在本設(shè)計考慮到實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，還能夠為系統(tǒng)提供精確地授時服務(wù)。