一種自動跟蹤的智慧物流信息處理系統的設計

溫凱峰

摘 要：為了實現對物流貨品的跟蹤溯源、車輛的實時監控和物流信息的采集處理，設計以ARM微控制器為硬件核心，通過RFID技術記錄物資的包裝、倉儲、運輸等全過程，結合GPRS網絡將采集到的物資信息傳送至監控平臺實現遠程監控，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。測試結果表明，系統穩定可靠，能夠實現物流的全程跟蹤、實時監控、信息傳送等功能。

關鍵詞：RFID；GPRS；跟蹤；實時監控；物流信息系統

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A

1 引 言

目前，我國國民經濟快速發展，推動著物流體系日益完善，物流業保持穩定快速的發展。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節。隨著電子商務的興起，物流業得到了進一步的發展和應用。客戶需要實時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，及時對物流車輛進行調度管理，信息技術的發展基本滿足了物流過程中的各種需求。本文基于物聯網技術實現對物流運輸車輛的跟蹤和管理，實時采集貨物的運輸狀態，設計采用RFID技術實現基本的貨物信息獲取功能，以STM32F103為系統的主處理器，負責處理其余模塊接收到的信息，通過GPRS網絡方便將運輸車輛信息傳送至監控中心實現車輛的實時調度管理，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，對現代化物流業的發展具有一定的作用。

2 系統總體設計

本文設計的物流信息處理系統主要包括無線射頻識別（RFID）、車載終端和物流信息監控中心等部分，基本結構如圖1所示。RFID技術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內核的STM32F103為主控制器，負責外圍電路的RFID閱讀器、GPRS模塊、GPS模塊的信息處理，經過網絡把車載設備處理完成的數據上傳至監控中心實現物流車輛的調度與管理；物流信息監控中心采用B/S模式架構，結合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。

圖1 系統的總體結構

3 系統的硬件設計

3.1 RFID技術

無線射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）是一種非接觸式的自動識別技術，也是一種通信技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據。RFID技術具有體積小、環境耐受性強、速度快、非接觸、數據可加密、可重復使用和數據記憶量大等特點，一個典型的RFID系統由電子標簽、閱讀設備、天線和應用系統四部分組成，如圖2所示。在貨物表面貼上RFID電子標簽，當物流車輛經過安裝有RFID閱讀器的站點

時，閱讀器通過天線發射電磁波激活鄰近的標簽，標簽被激活后隨即發射載有資料的無線電波，閱讀器接收到電磁波并讀取標簽的信息，實時將物流貨品相關信息傳送至監控中心，更新物流信息的狀態，若檢測到當前貨物信息出現錯誤，可通過監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，其內核為Cortex-M3，工作頻率為72MHz，高達128K字節的內置閃存存儲器，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CS為低電平時開始工作，主控器向讀寫器發送指令讀取RFID標簽信息，指令格式為：指令長度（2字節）+命令字（1字節）+數據信息+CRC校驗和（2字節），讀寫器接收到指令并采集好標簽中的信息后，傳送至主控器的GPIO口進行處理。車載系統中的GPS模塊接收到衛星信息后，計算出精確的車輛三維坐標、時間和速度等相關信息，經過GPRS模塊傳送至監控中心，車載終端硬件組成如圖3所示。

4 系統的軟件設計

4.1 RFID閱讀器數據的過濾

由于RFID閱讀器采集到的標簽數據量大，數據的冗余會對信息的存儲、網絡的傳輸和數據處理帶來負擔，還可能存在一些錯誤的數據，選用哈希表來對RFID數據進行過濾，提高閱讀器的可靠性和準確性。具體方法是將貨品標簽放進哈希表中[2]，設置標簽身份（TagID）為哈希表的關鍵字，取時間間隔t，將緩存的數據與哈希表中的數據進行對比，若兩者的讀取時間差小于時間間隔t則認為是讀取到重復的數據[3]，將此數據進行過濾，若時間差大于時間間隔t則認為是讀取到新的標簽，然后再重復進行數據的比較，算法流程如圖4所示。

4.2 GPRS模塊的設計

系統采用GTM900C這款內嵌TCP/IP協議棧的GPRS模塊實現物流信息的無線網絡傳輸[4]，該模塊具有豐富的資源，可直接調用庫函數建立TCP/IP連接。硬件設計完成后，使用AT指令實現GPRS模塊與互聯網連接并接發數據。

首先設置通信波特率。可以使用“AT + IPR”命令，把波特率設為115200 bps或者其他速率。

然后設置接入網關。AT + CGDCONT = 1，“IP”，“CMNET”，接入網關為中國移動的接入點。

接著設置移動終端的類別，通過AT + CGCLASS = “B”，設置移動終端的類別為B類，表示在同一時間內模塊只使用GPRS上網或使用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業務已經開通，GPRS模塊天線已安裝正確等。

GPRS連接網絡具體程序如下：

u8 GPRSConnect（void）{

u8 i，err=0；

//設定工作模式ECHO

SendAT（"ATE1"，4）；

err=WaitForStr（"OK"，2，2）；//ATE1 OK

if（err>0） return err；

//查詢信號質量

SendAT（"AT+CSQ"，6）；

i=AssertCSQ（）；//AT+CSQ +CSQ： 12，0 OK

if（i==0）{

print（"GSMCSQOK"）；

//是否注冊網絡

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網絡

SendAT（"AT+CGATT？"，9）；

err=WaitForStr（"+CGATT："，7，2）；//AT+CGATT？ +CGATT： 0 OK

if（err>0） return err；

delay_100ms（10）；

//先關閉所有場景

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 物流信息監控中心的設計

在車載終端處理好各種信息后，通過GPRS網絡發送到監控中心上，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，物流信息監控中心需要具備物流貨品始發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。

一個動態網站服務器平臺至少要包括操作系統、Web服務器、應用程序服務、數據庫幾部分，監控中心采用B/S結構（Browser/Server，瀏覽器/服務器模式）[5]，客戶機上只需要一個瀏覽器，服務器安裝Oracle、Sybase、SQL Server等數據庫，通過Web Server即可實現瀏覽器和數據庫間的數據交互，簡化了系統的開發、維護和使用，原理如圖5所示。

圖5 B/S結構原理圖

用戶只需要使用Internet登陸到客戶端即可查詢貨物相關的物流信息，客戶端采用JavaScript技術通過API接口對Google Map進行二次開發[6]，把Google地圖服務嵌入到物流信息監控中心網頁中，結合硬件部分的GPS模塊，獲取物流車輛的相關地理位置信息，為用戶提供可視化的物流車輛行駛路徑，通過使用如下函數的設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

}）；

}

以上函數中參數start為起始地點，end為結束地點，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 系統的測試

系統硬件部分和軟件部分設計好后，開始進行相關功能的測試。給車載系統供電，系統正常工作，通過Web服務器發送指令采集指定貨物信息，相應的RFID閱讀器讀取物品上貼附的RFID標簽信息，通過GPRS網絡把貨物RFID標簽信息和GPS定位信息發送到監控中心，GPRS傳輸速率平均有40kbps，在數據發送時需要設置好時間間隔，本系統設置每隔10s向監控中心發送一次數據包[7]，即每隔10s更新一次監控中心數據，降低數據包傳輸的丟失率，用戶打開Web服務器端輸入需要查詢的物品編號后，網站頁面中顯示相應的物流GPS坐標信息并且通過Google Map顯示車輛的行駛路徑，查詢結果如圖6所示。系統基本滿足對物流貨品的自動跟蹤功能和信息處理功能，運行情況穩定，獲取信息較為準確，達到設計的要求。

6 結束語

本文設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，介紹了軟硬件的設計過程，對系統的功能進行了測試。系統使用RFID技術實現無需人工干預即可自動獲取物流車輛的運輸情況，結合了GPS模塊使用，能夠更準確將物流車輛的行駛路徑和位置信息通過GPRS網絡告知用戶，運用B/S模式方便用戶對物流貨物信息的查詢，系統雖然在一定程度上優化了物流運輸信息的采集，提供了物流實時行車信息，但系統還需進一步優化，如添加對物流貨品安全監控的功能、對貨物異常警報功能等。該系統對現代物流業的應用有一定的研究價值，有利于提升物流的服務質量。

參考文獻

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

[2] 孫紅， 厲彥剛， 陳世平. RFID中間件數據處理研究[J]. 上海理工大學學報， 2014， 36（3）： 234-238.

[3] 任守綱， 徐煥良， 黎安，等. 基于RFID/GIS物聯網的肉品跟蹤及追溯系統設計與實現[J]. 農業工程學報， 2010， 26（10）：229-235.

[4] 佟金， 王亞輝， 樊雪梅，等. 生鮮農產品冷鏈物流狀態監控信息系統[J]. 吉林大學學報：工學版， 2013， 43（6）：1707-1711.

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

[6] 滕志軍， 郭素陽， 徐艷偉，等.北斗衛星導航的物流運輸監控系統[J]. 河南科技大學學報：自然科學版，2015，36（4）：47-50.

[7] 王曉華， 李萍. 基于無線傳感器網絡的智能物流車輛監控系統的設計[J]. 計算機應用與軟件， 2014，31（12）：132-135.endprint