物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)——物流追蹤

1、物流追蹤技術(shù)一 背景介紹現(xiàn)代物流是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)之一，已被認(rèn)為是企業(yè)在降低物質(zhì)消耗、提高勞動生產(chǎn)率之外創(chuàng)造利潤的第三重要源泉，極大地降低了生產(chǎn)成本。但是目前物流運輸?shù)臓I運水平普遍不高，給工商制造企業(yè)的發(fā)展帶來了很大不便，產(chǎn)品脫銷、訂單流失、貨物失竊等事件時常發(fā)生。物流追蹤技術(shù)作為物流增值服務(wù)的一種實現(xiàn)方式和物流過程可視化的重要手段。在應(yīng)用方面，首先，物流追蹤技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域進一步拓展。在運輸貨物和車輛追蹤方面，追蹤技術(shù)開始應(yīng)用于多式聯(lián)運，實現(xiàn)多式聯(lián)運貨物全程追蹤。物流追蹤技術(shù)也進一步延伸到倉儲和生產(chǎn)物流中，基于條碼的倉儲貨物識別和生產(chǎn)物流中的貨物識別應(yīng)用得到了進一步發(fā)展。同時基于射頻的物流追蹤技

2、術(shù)在醫(yī)藥、零售等行業(yè)開始示范應(yīng)用。其次，物流追蹤技術(shù)應(yīng)用開始深入到物流與供應(yīng)鏈的多個環(huán)節(jié)中，包括倉儲、運輸、配送和生產(chǎn)物流等作業(yè)中，呈現(xiàn)出追蹤全程化、可視化的發(fā)展趨勢，實現(xiàn)整個作業(yè)過程的實時追蹤和可視化1。 在技術(shù)研究方面，物流追蹤技術(shù)的研究主要集中在多種追蹤技術(shù)融合、追蹤數(shù)據(jù)的異構(gòu)共享、追蹤數(shù)據(jù)的鏈?zhǔn)讲樵兊确矫?。國家“十五”攻關(guān)項目“多式聯(lián)運下物流追蹤關(guān)鍵技術(shù)研究開發(fā)”等一批研究項目已經(jīng)通過驗收。 1.多種追蹤技術(shù)融合。物流追蹤技術(shù)從傳統(tǒng)的以GPS/GIS為主體技術(shù)，轉(zhuǎn)向GPS、GIS、GPS、藍牙技術(shù)、條碼技術(shù)、射頻技術(shù)等多種追蹤相關(guān)技術(shù)的融合，同時追蹤技術(shù)與運輸管理系統(tǒng)、倉儲管理系統(tǒng)、配

3、送管理系統(tǒng)、企業(yè)管理信息系統(tǒng)等管理信息系統(tǒng)呈現(xiàn)出進一步的集成。 2.追蹤數(shù)據(jù)的異構(gòu)共享。追蹤數(shù)據(jù)來自于多個業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)和多種信息系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)的格式和內(nèi)容具有比較強的異構(gòu)性，目前主要采用XML技術(shù)實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的共享。XML技術(shù)將異構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)格式，實現(xiàn)信息的共享。 3.追蹤數(shù)據(jù)的鏈?zhǔn)讲樵?。鏈?zhǔn)讲樵儗崿F(xiàn)物流過程全程追蹤中多數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)級聯(lián)接查詢。實現(xiàn)方式有同系統(tǒng)非異構(gòu)鏈?zhǔn)讲樵兒彤愊到y(tǒng)跨平臺鏈?zhǔn)讲樵儍煞N。 展望2014年，物流追蹤技術(shù)的應(yīng)用將進一步在供應(yīng)鏈的采購、運輸、倉儲等環(huán)節(jié)上得到應(yīng)用，同時以射頻技術(shù)為代表的物流追蹤技術(shù)將在醫(yī)藥、汽車、零售等行業(yè)進一步得到應(yīng)用。同時，射頻技術(shù)、追蹤數(shù)

4、據(jù)的異構(gòu)技術(shù)、追蹤技術(shù)與管理信息系統(tǒng)的集成技術(shù)在研究方面會得到重視1。 二 功能描述 微控制器MCU：是一種具備了處理器、記憶體、週邊I/O等功效的內(nèi)嵌型控制晶片 RFID：是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機械或光學(xué)接觸。RFID（射頻身份識別） 是一種非接觸式的自動識別技術(shù)由比米粒還小的感應(yīng)標(biāo)簽和一套讀寫裝置組成感應(yīng)標(biāo)簽由一個與硅片粘在一起的簡易天線和內(nèi)置封裝玻璃或塑料模塊組成它的工作原理非常簡單先是集成電路向讀寫器發(fā)出信號讀寫器收到信號后產(chǎn)生一定的電場或磁場該磁場或電場又和標(biāo)簽內(nèi)的裝置產(chǎn)生相互作用使標(biāo)簽內(nèi)部產(chǎn)生一定的電流進而形成不

5、同的電壓產(chǎn)生由“0”或“1”來表示的信號這些信號又被讀卡器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號由集成電路識別出來4。 GPS：一種具有全方位、全天候、全時段、高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能為全球用戶提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時等導(dǎo)航信息。 GPRS：是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。5工作流程：帶有電子鉛封或者電子標(biāo)簽的物品裝車時,RFID 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(wù)器,監(jiān)管平臺服務(wù)器將采集到的物流信息存入數(shù)據(jù)庫,可以通過訪問數(shù)據(jù)庫

6、進行物流信息的查詢3。三、可行性分析采用微控制器MCU，各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積最小的。內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機程序指令，常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內(nèi)，可靠性高。分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。低電壓，低功耗，便于便攜。采用RFID，非接觸操作，長距離識別（幾厘米至幾十米），因此完成識別工作時無須人工干預(yù)，應(yīng)用便利； 無機械磨損，壽命長，并可工作于各種油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境； 可識別高速運動物體并可同時識別多個電子標(biāo)簽 2；它與RF條碼技術(shù)比較，RFID技術(shù)具

7、有如下圖的優(yōu)勢：采用GPS，毋庸置疑，定位精度高，觀測時間短，測站間無須通視，可提供三維坐標(biāo)，操作簡便，全天候作業(yè)，在這次的方案設(shè)計上是不可或缺的。它所具備高精度定位的特點，大大提升了測量的精確性。各個點可以直接從GPS衛(wèi)星發(fā)出的訊號中獲取其所需的三維定位信息。GPS定位精度可以達到0.10.0lppm，而且可以保持精度十分均勻；布點更靈活，不受太多的條件限制，只需要滿足站點上空的視野開闊就可以；還具備適應(yīng)性很強和操作更簡便的優(yōu)勢6。采用GPRS，它是分組交換技術(shù)，具有“實時在線”、“按量計費”、“快捷登錄”、“高速傳輸”、“自如切換”的優(yōu)點。與GSM比較,GPRS有具有的技術(shù)優(yōu)勢：GPRS是

8、在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸方式，與原有的GSM比較，GPRS在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有非常明顯的優(yōu)勢：更有效的利用無線網(wǎng)絡(luò)信道資源，特別適合突發(fā)性、頻繁的小流量數(shù)據(jù)傳輸；支持的數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾矢?，理論峰值達115kbps；計費方式更加靈活，可以支持按數(shù)據(jù)流量來進行計費；GPRS還能支持在進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r進行語音通話等等。四、方案設(shè)計1. 車載終端處理器設(shè)計該處理器運用STM32F103RBT6，它是物流追蹤系統(tǒng)車載終端的MPU 和軟件運行的平臺,STM32F103 是32 位標(biāo)準(zhǔn)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FLA

9、SH 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u-Blox 公司的NEO-5Q 高性能GPS 芯片、RFID 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(wù)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(biāo)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

10、臺需要的信息。2. GPS 模塊設(shè)計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 個通道的u-Blox 引擎,100 多萬個有效相關(guān)器,能夠同步追蹤GPS和Galileo 的導(dǎo)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2.73.6 V,在實際設(shè)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-018

11、3 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(rèn)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(shè)置。在本設(shè)計考慮到實用性和低功耗的原則,設(shè)置其定位跟新速率為1 Hz,輸出協(xié)議為NMEA0183,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(wù)。3. GPRS

12、 模塊設(shè)計車載終端選用的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?jǐn)?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3.34.4 V,電流消耗在睡眠狀態(tài)是3.0 mA,在閑置的狀態(tài)下是10.0 µA,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100 µA。功率在900 MHz 時是2 W,在1 800 MHz 時是1 W。數(shù)據(jù)特征

13、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(rèn)波特率為9 600,8 位數(shù)據(jù)位,無奇偶校驗位。4. RFID 模塊設(shè)計分析RFID 模塊主要是采用通道式讀寫器和電子標(biāo)簽通信的方式,檢查電子標(biāo)簽的變動信息,將電子標(biāo)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)

14、管平臺。RFID 標(biāo)簽,也稱智能標(biāo)簽,由于其一系列優(yōu)點,正得到越來越廣泛的應(yīng)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(biāo)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(fù)合。智能標(biāo)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(yù)。它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),與條形碼相比,智能標(biāo)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、13.56 MHz、9.15 MHz、2.45 GHz、5.8 GHz。本系統(tǒng)采用的是一種無源R FID H4006 芯片

15、。其基本性能如下:工作頻率范圍為1015 兆赫茲,通常選用13.56 MHz 來進行身份識別。片內(nèi)有一個64 位可編程存儲器,可用于存儲相關(guān)信息。H4006的信息傳輸方式采用負(fù)載調(diào)制,編碼為密勒碼,數(shù)據(jù)傳輸速率為26 484 波特( 亦可為其他速率,但需預(yù)先選定)。由于H4006 內(nèi)含諧振電路和電源濾波電容,因而使用更方便。H4006 在無線方式下為只讀存貯卡,其編程采用在線編程方式。RFID 模塊中另一個重要的部分是高頻多通道讀寫器,本系統(tǒng)選用的是捷通的四通道高頻讀寫器,該讀寫器能夠一次識讀200 個標(biāo)簽,將該讀寫器裝載物流車廂頂部即可,通過485 總線的方式與控制器相連接。5. 物流監(jiān)管平

16、臺設(shè)計物流監(jiān)管平臺主要是GPRS 接收模塊和服務(wù)器組成,GPRS 模塊將接收到的物流信息上傳到服務(wù)器,服務(wù)器進行數(shù)據(jù)分析后存入數(shù)據(jù)庫,同時服務(wù)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。6. 車載物流終端的程序設(shè)計物流車載終端設(shè)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(dāng)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(dāng)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(biāo)簽信息,將采集到的信息上傳到上位機平臺。6.總結(jié)討論對于當(dāng)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，比如空運旅客的行李或者貨物等問題，可以通過該系統(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。參考文獻：1