基于RFID、GPS、GPRS的物流追蹤系統的研制

摘要：介紹了一種基于RFID、GPS、GPRS技術(shù)的物流追蹤系統。該系統采用GPRS數據傳輸方式結合上位機監控管理，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)現對物流環(huán)節中物品的實(shí)時(shí)追蹤，確保物流環(huán)節物流不會(huì )丟失和替換。

隨著(zhù)人們生活節奏的加快，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)展也導致物流過(guò)程出現了一系列的問(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)在哪個(gè)環(huán)節丟失的問(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控，危險品的運輸也急需全程的監控，確保在危險品出現事故時(shí)可以第一時(shí)間解決。

傳統的物流追蹤是通過(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確性。

本文提出的貴重物品和危險品的的物流追蹤系統的設計中，引入了RFID技術(shù)，采用RFID、GPS、GPRS技術(shù)對物流環(huán)節中的物品進(jìn)行動(dòng)態(tài)監管。

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，在該系統中加入GPRS模塊，利用當前成熟的移動(dòng)通信技術(shù)，在沒(méi)有有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的情況下，也能做到與管理平臺數據庫之間的通信，既能滿(mǎn)足監管平臺對物品實(shí)時(shí)信息的需求，當物品出現丟失時(shí)或出現異常替換時(shí)，實(shí)時(shí)報告給監管平臺，對物流環(huán)節中物品進(jìn)行全程追蹤。有效解決了目前貴重物品和危險品物流過(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 物流追蹤系統的設計方案

物流追蹤系統結構介紹：基于對貴重物品物流環(huán)節的考察，提出了以STM32F103RB系列的MCU為核心的物流追蹤系統，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的傳輸方式傳輸到監管平臺的數據庫，同時(shí)如果車(chē)輛上的物品出現異常的變動(dòng)、物流車(chē)所走的線(xiàn)路沒(méi)有按照平臺的命令行駛，車(chē)載物流追蹤設備都將向平臺實(shí)時(shí)報警。顧客可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )或者手機訪(fǎng)問(wèn)監管平臺的服務(wù)器，查詢(xún)自己的物品的準確詳細物流信息。取代了現在物流中落后的手持掃描傳輸物流動(dòng)態(tài)信息的方式，既節省了人力、物力，又確保了物流信息的準確性，更重要的作用是能夠防止貴重物品的丟失和掉包，減少危險品出現事故的危害程度。

物流追蹤系統的框圖如圖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，當帶有電子鉛封或者電子標簽的物品裝車(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)行數據處理后，將處理后的信息通過(guò)GPRS傳輸方式傳輸到監管平臺服務(wù)器，監管平臺服務(wù)器將采集到的物流信息存入數據庫，此時(shí)客戶(hù)和物流監管平臺可以通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)數據庫進(jìn)行物流信息的查詢(xún)。當物流車(chē)在行駛過(guò)程中，RFID不斷掃描車(chē)內的的物品，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)器監管平臺通過(guò)移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )將要變化的信息傳輸到車(chē)載終端，車(chē)載終端將根據命令信息允許帶有電子標簽的物品進(jìn)行合法變動(dòng)。如果中途出現異常變動(dòng)，車(chē)載終端將立刻向監管平臺服務(wù)器發(fā)送報警信息。

2 物流追蹤系統的各部分功能設計開(kāi)發(fā)

2.1 車(chē)輛車(chē)載終端設計分析

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)載終端處理器設計分析

STM32F103RBT6是物流追蹤系統車(chē)載終端的MPU和軟件運行的平臺，STM32F103是32位標準RISC嵌入式微處理器，該類(lèi)處理器工作頻率為72 MHz，內置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，內嵌串行單線(xiàn)JTAG調試接口，內嵌跟蹤模塊(ETM)，可以提供芯片運行時(shí)清晰的指令運行與數據流動(dòng)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(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)接到運輸任務(wù)后就通過(guò)車(chē)載終端的人機界面和按鍵啟動(dòng)車(chē)載終端并于監管平臺連接，進(jìn)行登記。在裝載過(guò)程中讀取所有物品標簽并與監管平臺進(jìn)行校對。然后在運輸過(guò)程中與監管平臺不斷進(jìn)行通信傳輸平臺需要的信息。物流追蹤車(chē)載終端的結構組成如圖2所示。

2.1.2 GPS模塊設計分析

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的導航衛星信號，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)際設計中采用AMS117—3.3為其提供3.3 V穩定電源。其定位數據支持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接口的數據輸入輸出，其中UART默認波特率為9 600，8位數據位，無(wú)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據輸出格式均可使用軟件進(jìn)行設置。在本設計考慮到實(shí)用性和低功耗的原則，設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星情況下，還能夠為系統提供精確地授時(shí)服務(wù)。