基于RFID電子標(biāo)簽的物流控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、基于RFID電子標(biāo)簽的物流控制系統(tǒng)的設(shè)計        摘要  提出了一種基于RFID標(biāo)簽的物流控制管理系統(tǒng)，系統(tǒng)采用RFID電子標(biāo)簽、GPRS、GPS及IC卡對重要貨物進(jìn)行全程監(jiān)控。利用RFID電子標(biāo)簽做貨物識別，利用IC卡做有關(guān)人員的身份識別，利用GPS技術(shù)做貨物實時定位，利用GPRS系統(tǒng)短信傳輸貨物信息。給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計，分析了系統(tǒng)中的通信協(xié)議，討論了系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)是一種全面解決物流控制的整體解決方案。 關(guān)鍵詞  物流控制，RFID電子標(biāo)簽，GPRS，GPS，IC卡

2、60; 1 引言 物流（logistics）指商品在空間和時間上的位移，包括采購配送、生產(chǎn)加工和倉儲加工包裝等流通環(huán)節(jié)中的物流情況，強(qiáng)調(diào)以滿足顧客的需求服務(wù)為目標(biāo)，追求物流過程的持續(xù)改進(jìn)和創(chuàng)新。在電子商務(wù)環(huán)境下，物流管理建立在信息技術(shù)和先進(jìn)管理思想基礎(chǔ)之上，成為一種集成化的運作模式。隨著供應(yīng)鏈管理(SCM，Supply Chain Management)的興起，物流管理被納入到其中。在供應(yīng)鏈概念中強(qiáng)調(diào)營銷、物流及產(chǎn)品之間的相互關(guān)系和互動作用。物流不再是作為一個單一的實體存在，而成為現(xiàn)代化管理體系中的重要環(huán)節(jié)。物流管理也不再局限于自身范圍，而是與整個生產(chǎn)、流通過程息息相關(guān)。 物流的管理離不開信息

3、技術(shù)的應(yīng)用。RFID電子標(biāo)簽是時下最為先進(jìn)的非接觸感應(yīng)技術(shù)，因其獨有的非接觸、閱讀速度快、無磨損、壽命長、便于使用等特點，現(xiàn)正廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)、領(lǐng)域。采用RFID電子標(biāo)簽技術(shù)，貨場可以收集進(jìn)出的貨柜車的各種信息，并將數(shù)據(jù)通過互連網(wǎng)綜合傳送到物流控制中心。有些重要的貨物，如劇毒品、危險品等，需要對貨物從裝載、運輸、出庫和入庫等作全程的物流監(jiān)測與控制，及時掌握貨物的信息，出現(xiàn)不安全的因素時能夠及時報警并記錄位置信息，便于人員進(jìn)行追找。因此，不僅僅需要讀取標(biāo)簽信息，更重要的是需要和局域網(wǎng)、Internet、GPS、GPRS等連接，構(gòu)成完整的監(jiān)控系統(tǒng)。 傳統(tǒng)物流控制系統(tǒng)的問題是技術(shù)分散，數(shù)據(jù)庫控制部

4、分往往和貨物進(jìn)出系統(tǒng)脫節(jié)，而貨物的運輸檢測是獨成一體。本系統(tǒng)以電子標(biāo)簽記錄貨物信息，IC卡裝載人員身份信息，系統(tǒng)通過GPRS與互連網(wǎng)相連，數(shù)據(jù)庫能實時刷新數(shù)據(jù)，監(jiān)控整個物流的過程，與傳統(tǒng)物流控制系統(tǒng)相比，大大提高了系統(tǒng)的效率和安全性。   2系統(tǒng)總體設(shè)計 整個系統(tǒng)分為移動物流數(shù)據(jù)終端和基地控制中心兩部分，其中移動物流數(shù)據(jù)終端安裝在貨物的進(jìn)（出）庫處及運輸貨車上，通過GPS獲得位置信息，通過GPRS實時向基地控制中心發(fā)送位置信息，中心通過互連網(wǎng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送至物流控制中心數(shù)據(jù)庫，見圖1。各部分模塊功能如下： 圖1 物流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖   21  移動物流數(shù)據(jù)終端 移動物

5、流數(shù)據(jù)終端由中央控制器及RFID識讀模塊、GPS接收模塊、IC卡身份識別模塊、GPRS模塊組成。 1）電子標(biāo)簽識別裝置 每個貨物上分配一個電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽上攜帶的信息具有唯一性。當(dāng)貨物入或者出庫時及在運輸過程中，電子標(biāo)簽識別裝置通過天線對標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，把貨物的信息記錄下來，利用GPRS短信服務(wù)傳遞給遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。 2）GPS定位裝置 GPS定位裝置的功能是通過接收衛(wèi)星信號出貨物的具體位置，這是貨物的全程監(jiān)控的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 3）IC卡身份識別模塊 IC卡身份識別模塊主要完成對貨物的操作人員的身份和權(quán)限的認(rèn)證，以及操作日志的記錄。要求對貨物進(jìn)行操作的人員必須有明確的身份和合法的權(quán)限，對特種

6、貨物的全程監(jiān)控包括從貨物登記、出入庫、上下火車、途中押運等，當(dāng)非法用戶或不具備權(quán)限的用戶強(qiáng)行操作貨物（如火車偷盜事件）時，將產(chǎn)生實時報警信息。合法用戶的操作將記錄操作的時間、操作類型信息。 4）GPRS模塊 系統(tǒng)的GPRS模塊利用手機(jī)模塊和SIM卡，進(jìn)行短消息的發(fā)送，發(fā)送的短消息包括貨物的登記信息、運輸人員、上下車、位置信息、報警信息等。 22 基地控制中心 1）GPRS通信處理機(jī) GPRS通信處理機(jī)負(fù)責(zé)接收各貨物發(fā)來的短消息，通過互連網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳給控制中心。 2）基地控制中心管理系統(tǒng) 基地控制中心管理系統(tǒng)采用了客戶機(jī)/服務(wù)器和瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)。B/S結(jié)構(gòu)部分提供非專業(yè)人員通過

7、INTERNET或INTRENET進(jìn)行信息查詢。為使網(wǎng)絡(luò)查詢系統(tǒng)更加人性化，B/S結(jié)構(gòu)軟件前端界面采用了地理信息系統(tǒng)，把各種數(shù)據(jù)信息放在地圖上，當(dāng)貨物不斷送來定位信息時，貨物在地圖上的位置也在不斷改變，通過WEB服務(wù)器和GIS發(fā)布服務(wù)器把各種信息發(fā)布出去。C/S結(jié)構(gòu)部分主要完成用戶管理、卡管理、設(shè)備管理、圖紙管理、地理信息管理等系統(tǒng)維護(hù)功能，同時完成控制命令的下達(dá)功能，客戶端放在監(jiān)控中心，每個功能操作都有權(quán)限的限制。   3 電子標(biāo)簽識讀模塊設(shè)計 讀取RFID電子標(biāo)簽中的設(shè)備信息可由ASIC 芯片RI-R6C-001A來實現(xiàn)。RI-R6C-001A是TI公司最新開發(fā)的針對RFID讀寫

8、的多協(xié)議收發(fā)器，支持的協(xié)議包括：Tagit協(xié)議，ISO15693-2，ISO14443-2（TYPE A），因此可讀寫多種電子標(biāo)簽，適用范圍廣。由于RI-R6C-001A對外只提供四個引腳：SCLOCK（串行時鐘）、DIN（串行數(shù)據(jù)輸入）、DOUT（串行數(shù)據(jù)輸出）和M-ERR（Manchester協(xié)議錯誤標(biāo)志）,其硬件接口電路相對簡單，SCLOCK、DIN和DOUT分別連接MCU的SPI串行接口SCK、MOSI和MISO上。時鐘線是雙向的,發(fā)送數(shù)據(jù)時由MCU控制,接收數(shù)據(jù)時則由ASIC 控制，ASIC在時鐘的上升沿鎖存數(shù)據(jù)。DOUT除了具有在接收數(shù)據(jù)期間的數(shù)據(jù)輸出功能外, 還有表征ASIC 內(nèi)

9、部FIFO的功能。M-ERR線用于在同時讀多張卡的時候表征數(shù)據(jù)的沖突情況，平時為低電平,沖突時此線會升為高電平。將該引腳連接到MCU的中斷輸入端上，用于檢測數(shù)據(jù)輸入是否有錯誤。 Tag-it電子標(biāo)簽與移動物流控制器之間的通信是半雙工的，首先MCU通過RI-R6C-001A主動發(fā)送一個請求（包含命令和參數(shù)），電子標(biāo)簽被動發(fā)回一個應(yīng)答（包含發(fā)送的數(shù)據(jù)和狀態(tài)）。在軟件設(shè)計上，通過同步串行接口(SPI)，并遵照RI-R6C-001A的命令應(yīng)答協(xié)議就可實現(xiàn)RFID電子標(biāo)簽的讀寫操作。 RI - R6C-001A的基本命令/應(yīng)答時序如下： 圖2  RI-R6C-001A芯片基本命令/應(yīng)答時序 &

10、#160; S1表示命令傳輸開始，ES1表示命令傳輸停止，長度均為1位。CMD為命令字節(jié)，長度為8位（普通模式）或1位（寄存器模式），用于規(guī)定ASIC 與電子標(biāo)簽通訊時的有關(guān)參數(shù)，包括支持的射頻協(xié)議、調(diào)制方式、調(diào)制深度、波特率等。本系統(tǒng)中CMD為30H，表示系統(tǒng)支持的射頻協(xié)議是ISO15693(256 選1) ,采用FM調(diào)制方式,調(diào)制率10 % ,返回數(shù)據(jù)波特率為6. 67kb/ s。data為發(fā)送給電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)，其長度由需要傳送的信息而定，因此數(shù)據(jù)長度是任意的，數(shù)據(jù)位的順序則依據(jù)射頻協(xié)議ISO15693而定。S2 用于表示電子標(biāo)簽響應(yīng)數(shù)據(jù)的開始, ES2 則表示電子標(biāo)簽響應(yīng)數(shù)據(jù)的結(jié)束。TA

11、G data為電子標(biāo)簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)，包括FLAGS、響應(yīng)內(nèi)容和CRC16。  1         4 通信協(xié)議的設(shè)計 系統(tǒng)是典型的主從分布式系統(tǒng)，協(xié)議的中心思想是輪流查詢。所傳遞的信息為絕對量信息，絕對量信息是指貨物編號、運送人、位置等數(shù)據(jù)；所傳遞的信息分為數(shù)字量和開關(guān)量，數(shù)字量為32位正整數(shù)，表示IC卡、RFID卡、位置等數(shù)據(jù)；開關(guān)量為一位二進(jìn)制數(shù)，表示貨物的運送狀態(tài)。 圖3 幀結(jié)構(gòu)   完整的幀格式如圖3所示。節(jié)點之間所有的通信都以包的形式進(jìn)行，包的長度固定，每個包前可以選擇若干個前導(dǎo)字節(jié)（P

12、reamable），以穩(wěn)定傳輸線路的狀態(tài)。第一字節(jié)為（8，4，4）漢明編碼的從站地址，在網(wǎng)絡(luò)傳輸該字節(jié)時，應(yīng)將其第9位設(shè)置為1，以引發(fā)接收方 的接收中斷，該地址指明欲訪問的從接點地址（SNA）。第二字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)信息流控制信息。第三個字節(jié)為數(shù)據(jù)場，數(shù)字量在前，開關(guān)量在后。上行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀包括32字節(jié)的數(shù)字量；下行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀包括4字節(jié)的控制信息和4字節(jié)的狀態(tài)信息。數(shù)據(jù)場后面是校驗字段（PCS），校驗方法采用CRC16。 上行傳輸數(shù)據(jù)場數(shù)字量中第1-4字節(jié)數(shù)據(jù)為IC卡身份數(shù)據(jù)，第5-8字節(jié)為RFID貨物數(shù)據(jù)，第9-13字節(jié)為位置數(shù)據(jù)，第14-16字節(jié)為預(yù)留數(shù)據(jù)，第17-20字節(jié)為軟件糾錯數(shù)據(jù)，包括是

13、否重發(fā)、重發(fā)的數(shù)據(jù)編號等，第21-24字節(jié)為控制數(shù)據(jù)，包括切斷汽車油路、關(guān)閉倉庫出入道閘等控制信息。其他信息在上行數(shù)據(jù)的開關(guān)量中做了相應(yīng)定義，包括貨物的控制處理等。 GPS到控制器，RFID到控制器，包括IC卡到控制器，都按照這種格式傳送數(shù)據(jù)，以保證傳輸?shù)耐该餍浴?通信的最大問題在于噪聲干擾，為此，在系統(tǒng)設(shè)計中除了硬件的抗干擾處理外，在協(xié)議設(shè)計和和軟件設(shè)計上采取了軟件糾錯方法，保證數(shù)據(jù)的正確傳輸。   5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵是保證貨物的安全，雖然使用了RFID，IC卡進(jìn)行雙重驗證，但是，必須對整個系統(tǒng)進(jìn)行安全策略的設(shè)計，以保證物流系統(tǒng)的安全性。首先，系統(tǒng)讀取RFID，如果有

14、信號，接收貨物的數(shù)據(jù)保存，接著，讀取IC卡數(shù)據(jù)并通過GPRS傳給基地，以驗證貨物運送人的身份。GPS模塊一直接收衛(wèi)星信號以位置數(shù)據(jù)，并間隔2分鐘（可調(diào)節(jié)）通過GPRS傳給基地中心，軟件流程示意圖見圖4。 一些特殊的貨物，需要實施多重檢驗，包括需要主管部門IC卡簽名等。當(dāng)貨物在運輸過程中，如果遇到特殊情況，如搶劫、原料泄露時，司機(jī)可以按下緊急開關(guān)，基地控制中心可以第一時間知道貨物狀況，自動報告給各級部門進(jìn)行 緊急處理。                

15、;                   圖4 移動物流控制器程序工作示意圖   6 結(jié)束語 系統(tǒng)在設(shè)計中綜合運用了各種技術(shù)，特別是RFID和IC卡身份的雙重認(rèn)證，保證了系統(tǒng)的安全性，今后需要研究的是，運用指紋識別結(jié)合RFID的技術(shù)，運用GPS加CDMA的技術(shù)，以及多種物流控制數(shù)據(jù)庫與前端RFID數(shù)據(jù)兼容的問題。     1 劉守義，毛豐江. 智能卡技術(shù)M. 西安:西安科技大學(xué)出版社,2004 2 德 Klaus Finkenzeller ,陳大才,王卓人. 射頻識別(RFID) 技術(shù)M . 北京:電子出版社,2001. 3 W. Rankl, Smart Card HandbookM. Wiley & Sons, 2000 4 Reference Guide of S6700 Multi Protocol Transceiver IC RI-R6C-001A ,TI-RFID，2002 5 ISO