基于嵌入式的物流盤(pán)點(diǎn)PDA無(wú)線(xiàn)終端設計

　　科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步帶來(lái)了物流業(yè)的巨大變化，從機械化向自動(dòng)化、智能化發(fā)展。我國物流業(yè)起步較晚，目前還處于人工管理或半自動(dòng)管理狀態(tài)，效率不高。隨著(zhù)物流業(yè)的發(fā)展，倉儲規模不斷擴大，貨物種 類(lèi)不斷增多，帶來(lái)一系列連鎖反應，導致傳統的物流業(yè)日漸吃力。

　　嵌入式擴展技術(shù)的發(fā)展可為物流MA控制領(lǐng)域提供強大靈活的解決方案。本文研究方案將嵌入式擴展技術(shù)系統應用于物流控制領(lǐng)域，采用嵌入式處理器以及豐富的外圍擴展接口，配以液晶觸摸屏，實(shí)現了人機交互。結合條碼采集器，實(shí)現實(shí)時(shí)采集數據信息，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸實(shí)時(shí)連接服務(wù)器數據庫;實(shí)時(shí)盤(pán)點(diǎn)貨物、出入庫;實(shí)時(shí)查詢(xún)信息及時(shí)調度;還具有存儲語(yǔ)音數據、簡(jiǎn)便快捷、避免人為錯誤、精簡(jiǎn)人力、管理庫存、縮短繁雜程序、節省時(shí)間、提高服務(wù)質(zhì)量等特點(diǎn)。

　　1 系統硬件設計

　　1.1硬件系統組成

　　目標硬件平臺主要分3部分：處理器核心、芯片內的外圍電路、板級外圍電路。本系統主要包括ARM處理器、存儲器、條碼掃描儀、無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片、LCD顯示及觸摸屏。其結構圖如圖1所示。

　　1.2 主要硬件的選型及電路設計

　　1.2.1 嵌入式處理器

　　本系統采用Samsung公司的S3C44BOX處理器，該處理器是專(zhuān)門(mén)為手持設備和一般應用提供的高性?xún)r(jià)比微處理器 ，使用ARM7TDMI核，工作在66 MHz。該芯片含有非常豐富的片上資源，幾乎所有常用的芯片級總線(xiàn)結構都有對應的硬件控制器，外圍擴展非常方便。

　　1.2.2 外部存儲器

　　為了滿(mǎn)足物流PDA的應用需要，本系統采用Flash、SDRAM、NAND Falsh存儲器。

　　閃速存儲器(Flash Memory)的主要特點(diǎn)是掉電保存信息。它既有ROM的特點(diǎn)，又有高存取速度，且易于擦除和重寫(xiě)，功耗小。在系統中通常用于存放操作系統和程序代碼，以及一些在系統掉電后需要保存的用戶(hù)數據等[2]。系統上電或復位后從此獲得第一條指令并開(kāi)始執行。本系統選用一片16 bit AM29LV160B線(xiàn)性Flash存儲器，單片存儲容量為2 MB。Flash與S3C44BOX通過(guò)一電阻與片選端nGCS0連接，外接上拉電阻;數據線(xiàn)與地址線(xiàn)分別相連;讀出寫(xiě)入端分別接nOE、nWE。

　　SDRAM具有存儲容量大、價(jià)格便宜、掉電不保存的特點(diǎn)，本系統中主要用于存放運行程序及數據堆棧等。本系統采用現代公司的57V系列HY57V641620，它是4 Banks×1 M×16 bit的SDRAM芯片,單片存儲容量為4組×16 M bti(8 MB)。為了滿(mǎn)足復雜物流數據信息系統的需求，充分發(fā)揮32位CPU的數據處理能力，系統用2塊8 ns的HY57V641620并聯(lián)組成32 bit SDRAM存儲器系統[3]。通過(guò)nSCS選通，再由nSRAS、nSCAS來(lái)分別選通行地址和列地址尋址。

　　NAND Flash價(jià)格便宜、存儲量大、性?xún)r(jià)比高，并且十分輕便、抗震性也好，適合用于做數碼產(chǎn)品。本文采用K9F2808U0B 16 M×8位存儲芯片,電壓范圍2.7 V～3.6 V，當USB控制芯片處于SLAVE模式時(shí)，就可以從PC機下載文件，存儲在NAND Flash中。當盤(pán)點(diǎn)人員拿著(zhù)PDA盤(pán)點(diǎn)時(shí)，系統可直接調用存儲的數據文件，盤(pán)點(diǎn)人員清點(diǎn)完畢時(shí)，也可以在NAND Flash中保留一份數據，以供隨時(shí)查詢(xún)，還可以保存語(yǔ)音數據。通過(guò)GPC15來(lái)選通NAND Flash,相應的nOE、nWE 進(jìn)行讀寫(xiě)操作。各個(gè)存儲器與處理器的連接電路圖如圖2所示。

　　1.2.3 LCD液晶顯示及觸摸屏模塊

　　ARM處理器S3C44BOX包括LCD控制器，可支持灰度LCD和彩色LCD。本設計通過(guò)譯碼器選通2個(gè)74HC245分別來(lái)控制LCD像素輸出和控制信號。本文選用分辨率為320×240的TFT彩色3.9寸顯示器LQ039Q2DS54及ADS7843觸摸屏驅動(dòng)芯片。S3C44BOX通過(guò)端口PG模擬串行的SIO接口與用觸摸屏控制芯片ADS7843進(jìn)行數據傳輸，完成對觸摸屏觸摸位置坐標的讀取。ADS7843主要完成電極電壓的切換，接觸點(diǎn)處電壓值的采集以及A/D轉換[4]。接口電路圖如圖3所示。

　　1.2.4 接口設計

　　(1)RS232接口設計

　　由于S3C44BOX只有2通道UART，并沒(méi)有集成RS-232C接口，因此選用MAX202作為UART到RS-232C的電平轉換芯片，以便其與PC 機等其他設備進(jìn)行串行通信，獲取數據及語(yǔ)音信息，方便更新數據。選用9針的DB9頭，用到3條線(xiàn):GND、RXD、TXD。

　　(2)JTAG接口

　　因為S3C44BOX中集成了JTAG信號，只需將信號線(xiàn)引出便可對設備進(jìn)行調試。

　　(3)音頻接口設計

　　為了存儲語(yǔ)音信息，選用Philips公司的UDA1314芯片完成聲音信號的模數轉換。該芯片在單片芯片上集成立體聲模數轉換器和數模轉換器，芯片的模數轉換部分包括可編程的增益放大器和數字自動(dòng)增益控制器，采用位元流轉換技術(shù)進(jìn)行信號處理。鑒于其低功耗、低電壓的特性，UDA1341TS非常適用于PDA等便攜式設備。

　　(4) USB接口設計

　　USB接口是一種成本低、占用空間小、接口規格統一、快速、雙向共享、即插即用的新一代標準接口總線(xiàn)，為嵌入式系統設備廣泛應用。本文采用的CH372芯片是一款USB總線(xiàn)的通用設備接口器件。在本地端具有8位數據總線(xiàn)和讀、寫(xiě)、片選控制線(xiàn)以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機的系統總線(xiàn)上。在計算機系統中，CH372的配套軟件提供了簡(jiǎn)潔易用的操作接口，與本地端的單片機通信就如同讀寫(xiě)文件。CH372內置了USB通信中的底層協(xié)議，具有省事的內置固件模式和靈活的外置固件模式。在內置固件模式下，CH372自動(dòng)處理默認端點(diǎn)O的所有事務(wù)，本地端只負責數據交換，所以程序非常簡(jiǎn)潔。在外置固件模式下，由外部單片機根據需要自行處理各種USB請求，從而可以實(shí)現符合各種USB類(lèi)規范的設備[5]。

　　通過(guò)USB接口與帶USB接口的微型條碼掃描儀組合，就可以輕松的連接PDA，以采集物流貨物的數據。使物流數據采集變得輕松、快捷。接口設計電路圖如圖4所示。

　　1.2.5 無(wú)線(xiàn)通信模塊設計

　　選用NORDIC公司推出的一款帶2.4 GHz無(wú)線(xiàn)收發(fā)器nRF2401和增強型8051內核的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊。nRF24E1體積小、功耗低，是集成無(wú)線(xiàn)收發(fā)、8051、ADC以及其他外圍設備的高度集成芯片。它包含了125個(gè)頻點(diǎn)，能夠實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)通信，同時(shí)可采用改頻和跳頻來(lái)避免干擾。nRF24E1最大傳輸速率可達1 M/s，其最大發(fā)射功率為0 dBm，在比較理想環(huán)境中，其室內傳輸距離可達30 m～40 m，室外傳輸距離可達100 m～200 m。電路圖如5所示。

　　從條碼掃描儀中獲取的數據經(jīng)過(guò)處理器傳到nRF2401，之后無(wú)線(xiàn)發(fā)送到AP(無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn))，再通過(guò)AP傳到后臺計算機數據庫，使現場(chǎng)與后臺數據相關(guān)連，獲取正確的實(shí)時(shí)數據。高效簡(jiǎn)便地實(shí)現物流清點(diǎn)、進(jìn)出庫以及貨源信息的統計查詢(xún)。

　　2 軟件設計

　　下位機的操作系統核心是S3C44BOX操作系統，采用Linux內核，通過(guò)Bootloader初始化硬件，引導內核和文件系統來(lái)啟動(dòng)Linux系統。軟件設計如下：

　　(1)引導加載程序Bootloader設計與實(shí)現。Bootloader是處理器復位后進(jìn)入操作系統之前執行的第一段代碼，加載引導啟動(dòng)整個(gè)系統。分為2個(gè)階段，階段一主要是對CPU核和存儲器密切相關(guān)的處理以及初始化工作，這部分主要在Flash中。階段二主要實(shí)現一般流程及外圍擴展的支持，可以精簡(jiǎn)不需要的驅動(dòng)程序，減少內核運行空間。

　　(2)Linux內核移植。通過(guò)修改內核的啟動(dòng)代碼、處理器體系與結構部分，對主寄存器進(jìn)行修改。通常需要由Bootloader設置的常見(jiàn)啟動(dòng)參數有：ATAG_CORE、ATAG_MEM、ATAG_CMDLINE、ATAG_RAMDISK、ATAG_INITRD等。通過(guò)arch/arm/makefile添加開(kāi)發(fā)板的編譯支持,生成內核影像和模塊;通過(guò)cpu/mips/start.s修改初始化代碼和入口;通過(guò) board/myboard/lowlevel_init.s初始化硬件的匯編代碼;通過(guò)include/configs/drivers實(shí)現設備驅動(dòng)程序的修改[6]。

　　(3)文件系統移植。用nfs作為根文件系統。

　　(4)應用程序設計。通過(guò)Qt/Embeded設計開(kāi)發(fā)用戶(hù)圖形界面。

　　嵌入式移動(dòng)無(wú)線(xiàn)PDA終端的誕生改進(jìn)了物流盤(pán)點(diǎn)的繁雜程度和數據的實(shí)時(shí)性，使調度和管理更加精確。本文將條碼掃描儀與移動(dòng)PDA巧妙結合，實(shí)現了集數據采集、數據處理、數據顯示、數據修改等功能于一體的移動(dòng)終端。本文與其他設備相比較，具有面向物流、簡(jiǎn)便、小巧的特性，功能強大，可以隨時(shí)隨地采集數據、傳輸數據、查詢(xún)數據，還可以存儲語(yǔ)音數據等，使物流數據實(shí)時(shí)、調度及時(shí)、錯誤減少、人力物力遞減。