摘要：介紹了一種基于RFID射頻識別技術(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)的設計中，引入了RFID射頻識別技術(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射頻識別技術(shù)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，利用當前成熟的移動通信技術(shù)，在沒有有線網(wǎng)絡的情況下，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，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，車載物流追蹤設備都將向平臺實時報警。顧客可以通過網(wǎng)絡或者手機訪問監(jiān)管平臺的服務器，查詢自己的物品的準確詳細物流信息。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超高頻讀寫器、GPRS模塊，當帶有電子鉛封或者電子標簽的物品裝車時，RFID超高頻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)管平臺服務器，監(jiān)管平臺服務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器，如果物流車中物品需要進行合法變動時，服務器監(jiān)管平臺通過移動無線網(wǎng)絡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)管平臺服務器發(fā)送報警信息。
2 物流追蹤系統(tǒng)的各部分功能設計開發(fā)
2.1 車輛車載終端設計分析
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位標準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Blox公司的NEO;5Q高性能GPS芯片、RFID超高頻讀寫器部分、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。
2.1.2 GPS模塊設計分析
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Blox引擎，100多萬個有效相關(guān)器，能夠同步追蹤GPS和Galileo的導航衛(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。
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置。在本設計考慮到實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(wèi)星情況下，還能夠為系統(tǒng)提供精確地授時服務。
2.1.3 GPRS模塊設計分析
車載終端選用的GPRS通信模塊是西門子的MC52i，該模塊是一款雙頻的GSM/GPRS模塊，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧;具有快速GPRS技術(shù)，該模塊體積小、重量輕、功耗低，支持數(shù)據(jù)、語音、短信息和傳真等功能，AT命令控制符合GSM07.05，工作頻率在900/1 800 MHz。
MC52i支持的電壓范圍是3.3～4.4 V，電流消耗在睡眠狀態(tài)是3.0 mA，在閑置的狀態(tài)下是10.0μA，在通話狀態(tài)下電流消耗是300 mA，最高時可達到2.0 A，在掉電狀態(tài)下電流僅為100μA。功率在900 MHz時是2 W，在1 800 MHz時是1 W。數(shù)據(jù)特征為CSD最大達到14.4 kbps、USSD、不透明模式。該模塊使用方便具備電源接口，1.8 V/3.0 V SIM卡接口，全雙工UART接口，TTL輸出，50歐姆天線連接器。
MC52i的TXD引腳和RXD引腳分和STM32F103RBT6的RXD和TXD連接在一起。該模塊支持UART接口的數(shù)據(jù)輸入輸出，其中UART默認波特率為9 600，8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗位。
2.1.4 RFID模塊設計分析
RFID射頻識別模塊主要是采用YXUK5分體式超高頻讀寫器和RFID電子標簽通信的方式，檢查電子標簽的變動信息，將RFID電子標簽的變動信息傳輸?shù)紺PU，進行數(shù)據(jù)分析處理后通過GPRS模塊將需要傳送的信息傳送到監(jiān)管平臺。
RFID電子標簽，也稱智能標簽，由于其一系列優(yōu)點，正得到越來越廣泛的應用。通常是由印刷層、芯片層與底層構(gòu)成。芯片層在印刷層與底層之間，是標簽的核心部分，芯片層不能承受印刷壓力，因此通常的做法是先印好印刷層，做好底層，再與芯片層復合。智能標簽是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，識別工作無須人工干預。它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，與條形碼相比，RFID智能電子標簽是可擦寫的，非接觸性的，可同時讀取，數(shù)據(jù)存儲容量大，且包含的是單個產(chǎn)品的信息。按照頻率劃分，包括125 kHz、13.56MHz、9.15MHz、2.45 GHz、5.8 GHz。本系統(tǒng)采用的是一種無源超高頻RFID H4芯片。其基本性能如下：工作頻率范圍為902-928MHz，片內(nèi)有一個96位可編程存儲器，可用于存儲相關(guān)信息。H4的信息傳輸方式采用負載調(diào)制，編碼為密勒碼，由于H4內(nèi)含諧振電路和電源濾波電容，因而使用更方便。H4在無線方式下為只讀存貯卡，其編程采用在線編程方式。
2.2 物流監(jiān)管平臺設計分析
物流監(jiān)管平臺主要是GPRS接收模塊和服務器組成，GPRS模塊將接收到的物流信息上傳到服務器，服務器進行數(shù)據(jù)分析后存入數(shù)據(jù)庫，同時服務器也可以接收到客戶的訪問需求，實時下發(fā)信心查詢物流車和貨物的動態(tài)信息。
3 軟件設計
該系統(tǒng)的軟件部分主要由上位機軟件和車載物流終端兩部分組成。在此詳細介紹車載物流終端的軟件設計。
物流車載終端設備在開機后進行初始化，初始化包括GPS初始化、GPRS初始化、RFID初始化3個部分，初始化正常后進入while循環(huán)等待上位機的中斷請求，當上位機出現(xiàn)中斷請求時，控制器采集GPS模塊和RFID的數(shù)據(jù)，通過GPRS模塊上傳到上位機平臺，上位機平臺對采集來的數(shù)據(jù)進行分析處理，檢查是否出現(xiàn)異常變動情況。當上位機沒有中斷請求時，車載中斷控制器進行計時等待，等到規(guī)定時間后自動采集GPS模塊的地理位置信息和RFID的標簽信息，將采集到的信息上傳到上位機平臺。
4 結(jié)束語
文中針對當今物流過程中的貴重物品丟失和物流信息無法實時性采集的問題，研究了基于GPS、GPRS和RFID射頻識別的物流追蹤系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)能夠?qū)F重物品在物流過程中實時監(jiān)控，一旦出現(xiàn)異常情況，能夠及時報警通知物流人員，減少貴重物品和危險品的丟失。在接下來的研究中不僅將物流信息實時的上傳到物流監(jiān)管平臺，更進一步的與顧客進行信息溝通，使顧客能夠?qū)崟r了解并監(jiān)管自己物品的物流過程，是物流行業(yè)更加安全，操作更加高效。
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