基于RFID技术的物流运输管理系统的构建

2008-05-22 10:22:50来源: RFID中国网

  引言

  随着物流水平的提高,信息的提取和分析越发显得重要,货物运输管理的信息化水平已成为衡量当今物流工业先进性的标志。目前,国内运输信息化管理方法单一,大多数物流运营公司仅能提供实时的定位跟踪与查询服务,不能获得运载工具上的货物信息,无法及时发现货物装卸过程的失误,特别是危险品的运输,一旦出错,后果不堪想象。

  本文设计了一种物流货物运输管理系统以解决这类问题。该系统基于GPRS、GPS和RFID(无线射频技术),采用单片机串口时分复用方式控制各功能模块,将采集的信息在运载工具上实时显示,并通过无线传输发送到远程终端。这样,不仅实现了对运载工具的定位,而且可以有效管理其装载的货物,达到及时发现错误,及时处理的目的,提高了货物运输管理中的效率,减少了时间成本。

  硬件系统结构

  功能模块

  系统采用三个功能模块:RFID模块,GPS模块和GPRS模块。

  RFID模块采用的是WJ公司的MPR6000,工作频率为UHF902~928MHz,支持EPC Class0、Class1和Class0+协议。

  贴在箱内各货物上的电子标签(Tag)写入了货物的基本信息和编号,RFID模块与Tag之间可每几微秒通信一次,实时了解运载工具上的货物信息、以及运输途中货物装卸或出入库等情况,以便对货物进行智能管理。

  2合1模块TRIZIUM-GPS采用Telit公司GPS和GPRS产品。

  该模块支持4800、9600、38400、57600bps等常见波特率,并集成了GPRS和GPS两个模块,既可以独立工作也可以联合工作,并且两模块都各自有两对UART口(UART0和UART1)。在联合工作模式下,GPRS模块的UART1和GPS模块的UART0对接,使用AT命令,GPS模块采集的定位信息就可以传输到GPRS模块的UART接口上,然后通过GPRS的UART0口传输到MCU。

  GPS的目的在于采集定位信息,用于对运载工具进行实时定位,以便实时跟踪、优化调度。GPRS模块的目的就是将采集到的信息发送到远程监控终端。

  系统模型

  系统模型如图1所示,MUC采用AT89S51单片机功耗低,具有4KB在线可编程Flash存储器,片内WDT能提高系统的抗干扰能力。

  

  

  图1 系统模型

  3个功能模块共同由单片机控制,内置于运载工具内。

  运行流程主要是数据采集、数据处理、数据传输和终端处理及反馈。单片机作为整个系统的控制核心,主要用于与3个功能模块和远程监控中心的通信。数据采集包括GPS模块和RFID模块的数据,通过串口传入单片机进行预处理,显示在 LCD上,同时通过GPRS模块发送到远程监控中心,进行终端处理分析。远程监控中心也可以通过GPRS传输命令,向单片机发出提示、警告或获取其他实时信息。

  电路设计

  单片机系统

  电路原理图如图2所示,3个功能模块受1块51单片机控制,模块与单片机之间采用异步串行通行模式。虽然各功能模块提供了许多控制线,但为了简化接口设计,均采用两线(TXD、RXD)连接。模块之间通信的控制通过软件来实现,采用软件实现控制具有使用灵活的特点,避免了过多的硬件信号的检测。

  

  

  

  图2 电路原理图

  AT89S51单片机只有一对串口,这样,如何解决单片机串口的复用问题是整个硬件的重点之一。本系统用单片机的P3.0、P3.1、P3.2三个管脚来分别控制三个功能模块的RXD。串口通信的起始位处于“space”状态,只有当某控制管脚为低电平时,对应的模块才能享有使用串口的权力,达到串口时分复用的目的。

  LCD显示模块采用OCMJ48,它是12864点阵液晶模块。该模块内含GB2312 1616点阵国际一级简体汉字和ASCII88(半高)及816(全高)点英文字库,用户输入区位码或ASCII码即可实现文本显示。

  键盘控制器HD7279的主要作用是提供运载工具上“人机对话”的功能,可根据实际情况随时采集所需信息,并显示在车载LCD上,这样就可在货物装卸过程中获得当前状况,方便管理。

  为了扩展MCU的外部ROM和RAM,单片机外接16k的E2PROM AT28C16和COMS静态RAM IDT6116。

  此外TRIZIUM-GPS模块的逻辑电平为COMS2.8V,单片机和RFID模块均为TTL电平,本系统采用的是SN74HC245N电平转换芯片解决功能模块与单片机之间电平转换的问题。

  外围电源电路

  各功能模块中, RFID射频模块(工作电压为4.5v)对外围电源电路要求具有稳压功能和纹波小的特点。本系统中采用12V的输入电源,由于输入输出电压差比较大,所以线性调整器并不适用于该电压转换电路。为了衰减电流的峰值,必须使用100mF的旁路等效串联电阻电容来保护电路,并且去耦电阻、去耦电容和电感也要尽可能地靠近模块的电源输入端口,其原理如图3所示。

  

  

  图3 电源电路

  

  单片机系统的程序设计

  软件结构

  系统软件完成的主要操作包括:模块及MCU的初始化、与上位机通信、数据处理及显示,其工作流程如图4所示。当系统上电初始化后,根据现场对运载工具的不同监控要求,利用键盘或等待远程命令选择功能模块。针对不同工作模式,通过对多路串行通道的设置,读取所需的状态信息。对采集所得的数据预处理后保存在外部RAM,通过LCD显示出来(包括目前运载工具内货物数量、总类、各自编码或运载工具位置信息等),并由用户按键确认后返回。即可了解货物运载及装卸情况,并发送到远程终端。

  

  

  图4 工作流程

  GPS数据的采集

  单片机与各模块间的通信都采用57600 bps的传输速率。帧格式为:无奇偶校验,一个起始位,8个数据位,1个停止位。

  在TRIZIUM-GPS模块的联合工作模式下,对定位信息的采集可以使用AT命令来完成,过程如下:

  发送:AT#GPIO=1,1,1 //在internal模式下,启动GPS功能;返回: OK

  发送:AT$GPSDATA=1 //设置GPS模块的通信管脚;返回:OK

  发送:AT$GPSDATAS= 9600 //设置GPS模块与GPRS模块的通信比特率;返回:OK

  发送:AT$GPSSAV //保存设置;下次启动时,免去初始化操作;返回:OK

  发送:AT$GPSACP //获取位置信息;返回:$GPSACP:084148,3111.80791N,12129.2586 8E,99.0,218.73,2,0.0,0.0,0.0,120207,07

  其中,80791N,12129.25868E 分别显示的是北纬和东经的度数。084148是当前格林威治时间。

  RFID数据的采集

  RFID模块的信息采集的软件实现方法和GPS类似,即发送命令,返回相应信息。其数据包帧格式为:

  起始位

  节点地址

  长度/状态

  命令

  Data 0

  …

  Data N

  CRC MSB

  CRC LSB

  在实际应用中,可根据实际需要,通过键盘设置信息采集频率,特别是在货位的装卸过程中,也可通过按键产生中断,即时采集信息,满足系统对货物监控要求。

  GPRS无线传输

  在无线传输部分,GPRS网络基于IP技术,因此基于GPRS的无线传输系统需要利用TCP/IP协议完成GPRS业务数据的装帧和拆帧,以及保证数据在网络中的安全可靠传输。MCU与无线通信模块的通信遵循PPP协议,需要将IP数据报按照PPP的帧格式封装成PPP帧,然后通过串口传给GPRS模块。

  系统要和外部网络建立连接,首先要附着于GPRS网,然后发起PDP(Packet Data Protocol分组数据协议)上下文激活过程。通过此过程,系统才能与GGSN(网关GPRS支持点)建立一条逻辑通路,跟外部网络建立连接,使数据以IP报的形式进行传送。在发送AT命令时,采用模块化操作,用一个子程序完成,程序利用程序空间换数据空间技术,以节约内存空间。

  发送AT命令子程序,以ODH表示发送结束符。其主要代码如下:

  SEND_AT:CLR ES

  MOV R3,#00H

  LOOP1: MOV A,R6

  MOVC A,@A+DPTR //DPTR 存放的是一条AT命令的ASCII码;

  //用于初始化模块,及拨号连接到GPRS网络;

  CJNE A,#0ODH,LOOP2

  LOOP2: MOV SBUF,A

  JNB TI,$

  CLR TI

  INC R3

  AJMP LOOP1

  SEND: MOV SBUF,A

  JNB TI,$

  CLR TI

  SETB ES

  RET

  GPRS模块连接到远程监控中心后,通过GPRS通信链路完成信息的交互,监控中心服务器实现与车载终端的通信及数据分析、存储和管理。

  

  结语

  本文以普遍使用的51单片机作为MCU,应用串口复用的方法设计出了一套物流运输货物管理系统。采用人机对话方式操作,无论在远程终端或运载工具上,都能实时地了解当前运载情况。这对于目前物流货物管理,特别是危险品的运输管理起到良好的改善作用。

关键字:模块  RFID  AT命令  单片机系统  物流  51单片机  电平转换  英文字库  串口

编辑:孙树宾 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2008/0522/article_668.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
模块
RFID
AT命令
单片机系统
物流
51单片机
电平转换
英文字库
串口

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 视频监控 智能卡 防盗报警 智能管理 处理器 传感器 其他技术 综合资讯 安防论坛

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved