基于RFID物流定位系統(tǒng)手持查詢終端的設(shè)計(jì)

引言

道路運(yùn)輸物流業(yè)是我國(guó)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一個(gè)新型產(chǎn)業(yè),已逐漸成為我國(guó)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要組成部分。本文介紹了一種利用ARM來(lái)實(shí)現(xiàn)物流定位系統(tǒng)的手持查詢終端，該查詢終端使用簡(jiǎn)便、實(shí)用、功能齊全，可用于防止貴重物品在物流運(yùn)輸中發(fā)生丟包的意外，并且可以通過(guò)GPS及GPRS向物流管理中心提供查詢物品當(dāng)前位置信息的服務(wù)。

1系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示。在物品裝車前，使用者先把本系統(tǒng)的RFID標(biāo)簽放置在每一個(gè)物品的包裝中，然后在物品裝車時(shí)，通過(guò)RFID把物品信息錄入到手持查詢終端中。這樣，當(dāng)車在行駛時(shí)，手持查詢終端每隔一定時(shí)間就會(huì)自動(dòng)向物品RFID發(fā)出詢問(wèn)信息。如果有任何一個(gè)物品上的RFID沒(méi)有應(yīng)答，終端就會(huì)發(fā)出丟包提示信息，并把丟包信息及位置信息通過(guò)GPRS傳輸給物流管理中心;而如果每一個(gè)都有應(yīng)答,那么，終端將直接把位置信息發(fā)給物流管理中心。

圖1物流定位系統(tǒng)手持查詢終端工作原理圖

2手持查詢終端硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要采用模塊化的設(shè)計(jì)思想。根據(jù)目前物流定位查詢系統(tǒng)的發(fā)展需求和技術(shù)方案的比較，所確定的本系統(tǒng)的硬件構(gòu)成電路原理圖如圖2所示。

圖2嵌入式京更件結(jié)構(gòu)

本手持查詢終端硬件設(shè)計(jì)中的主控模塊采用S3C2440為微處理器的開(kāi)發(fā)板，它擁有較大的SDRAM內(nèi)存和FLASH存儲(chǔ)器，并且擁有一塊可以高清晰顯示的3.5inLCD屏，其外圍接口也比較豐富。

3系統(tǒng)中各模塊的設(shè)計(jì)

3.1主控模塊的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的主模塊采用ARM芯片來(lái)提供DSP、Java應(yīng)用系統(tǒng)解決方案，從而極大地縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如圖3所示，其設(shè)計(jì)的板上資源如下:

（1）CPU處理器

SamsungS3C2440A，主頻400MHz，最高533MHz。

（2）SDRAM內(nèi)存

在板64MBSDRAM:

SDRAM時(shí)鐘頻率高達(dá)100MHz。

（3）FLASH存儲(chǔ)器

在板256MBNandFlash:

在板2MBNorFlash，掉電非易失，已經(jīng)安裝BIOS。

（4）外圍接口

3個(gè)串行口；

1個(gè)USBHost和1個(gè)USBSlaveB型接口。

（5）系統(tǒng)時(shí)鐘源

12MHz無(wú)源晶振。

3.2RFID模塊的設(shè)計(jì)

(1)物品端RFID設(shè)計(jì)

物品RFID可采用MSP430F2011和2.4GHz無(wú)線模塊nRF24L01構(gòu)成RFID模塊。具有顯著的低功耗特點(diǎn)，僅僅使用3.3V紐扣電池就能工作很長(zhǎng)時(shí)間。該模塊提供有Spy-Bi下載口，還有2個(gè)發(fā)光二極管和2個(gè)用戶IO口。其中的MSP430單片機(jī)沒(méi)有使用外部晶振，而使用內(nèi)部DCO，因而可以有效地簡(jiǎn)化系統(tǒng)，同時(shí)又能滿足物流標(biāo)簽的要求。其設(shè)計(jì)框圖如圖4所示。

(2)手持查詢終端的RFID設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的RFID中心節(jié)點(diǎn)是連接在ARM芯片上的，而開(kāi)發(fā)板正好提供有一個(gè)含有6個(gè)GPIO引腳、電源線和地線的CON8。CON8是開(kāi)發(fā)板按鍵電路和SPI接口復(fù)用的一個(gè)外部插座，但是，CON8是單排2mm間距的排針接口，需要自己設(shè)計(jì)制作一個(gè)轉(zhuǎn)接板，以將其與nRF24L01相連。開(kāi)發(fā)板與nRF24L01的硬件連接電路如圖5所示。

(3)射頻模塊的硬件電路

由于2.4GHz無(wú)線收發(fā)模塊nRF2401采用的是SoC設(shè)計(jì)，因而只需少量外圍元件便可組成射頻收發(fā)電路。而采用GMSK調(diào)制，其速率可達(dá)到1Mb/s；該模塊具有125個(gè)頻道，可滿足跳頻和多頻道需求；同時(shí)內(nèi)置硬件CRC檢錯(cuò)電路和協(xié)議，可減少軟件開(kāi)銷；系統(tǒng)的發(fā)射功率和工作頻率等所有工作參數(shù)可全部通過(guò)軟件設(shè)置；1.9~3.6V低電壓工作，功耗很低；而RF收發(fā)器卻能以非常高的速率發(fā)送數(shù)據(jù)；采用芯片上內(nèi)嵌的DuoCeiver雙信道接收模式可同時(shí)接收2個(gè)nRF2401的數(shù)據(jù)[4]。本設(shè)計(jì)就采用了nRF2401芯片來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖6所示為nRF24L01的外圍電路圖。

需要說(shuō)明的是，圖6所示的部分硬件電路只構(gòu)成了nRF24L01的前端部分，主要包括電源、晶振、天線、濾波電路和數(shù)字控制端口等。

3.3GPS定位模塊的設(shè)計(jì)

對(duì)于GPS模塊的選型，本系統(tǒng)對(duì)精度和啟動(dòng)速度的要求并不苛刻。高性能和高精度的模塊必然高價(jià)格，對(duì)于控制開(kāi)發(fā)的成本不利吐經(jīng)過(guò)對(duì)各個(gè)廠家的GPS模塊的綜合比較，認(rèn)為飛凌公司生產(chǎn)的GPS模塊比較合適。這款GPS模塊適合搭配ARM開(kāi)發(fā)板使用，而且模塊自帶備份電池，對(duì)于保存位置信息和加快GPS尋星速度有幫助。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)將開(kāi)發(fā)板COM3分配給GPS模塊，由于該GPS模塊提供的是RS232電平的串口,而這款Micro2440的COM3是3.3VTTL電平的,所以，本系統(tǒng)還需要一個(gè)TTL轉(zhuǎn)RS232的電平轉(zhuǎn)換電路，這里采用的電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)如圖7所示。

3.4GPRS通信模塊的設(shè)計(jì)

通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(GeneralPacketRadioService，GPRS)能提供比現(xiàn)有GSM網(wǎng)96kb/s更高的傳輸速率，該方式采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無(wú)線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、跳頻規(guī)則以及相同的TDMA幀結(jié)構(gòu)。因此,本系統(tǒng)采用GPRS模塊來(lái)與物流管理中心的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和傳輸。

GPRS模塊采用MC35i，因?yàn)镸C35i在實(shí)際生產(chǎn)生活中運(yùn)用比較廣泛，質(zhì)量可靠，性能優(yōu)越，并且價(jià)格比較低廉。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)將開(kāi)發(fā)板的COM2分配給GPRS模塊，并與GPS模塊同樣采用專用電平轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)接板，以使ARM9芯片和GPRS模塊相連。其連接原理圖如圖8所示。

4手持查詢終端的軟件程序設(shè)計(jì)

本手持查詢終端的程序設(shè)計(jì)采用Linux-2.6.32.2為開(kāi)發(fā)環(huán)境，同時(shí)以Qtopoia2.2.0為開(kāi)發(fā)平臺(tái)來(lái)開(kāi)發(fā)嵌入式軟件及圖形界面。其中，嵌入式軟件開(kāi)發(fā)必須建立交叉編譯環(huán)境，所有程序代碼的編寫(xiě)調(diào)試工作都要在PC機(jī)上完成，而經(jīng)過(guò)編譯連接生成的可執(zhí)行文件則需要放在ARM板上的Linux系統(tǒng)中調(diào)試運(yùn)行。

本設(shè)計(jì)的圖形界面是利用QtDesigner設(shè)計(jì)而成的，可為用戶提供良好的人機(jī)交互接口，主要包括條形碼掃描、查詢標(biāo)簽、查看記錄、GPS信息、GPRS發(fā)送數(shù)據(jù)、信息上傳、上傳設(shè)置、用戶信息和有關(guān)本程序的功能。系統(tǒng)功能框圖如圖9所示。

5結(jié)語(yǔ)

本物流定位查詢系統(tǒng)結(jié)合了GPS全球定位技術(shù)、RFID射頻識(shí)別、移動(dòng)通信和嵌入式技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)物流定位查詢系統(tǒng)的需求。本系統(tǒng)通過(guò)提供一個(gè)良好的用戶界面，給操作者帶來(lái)了便利。其中，低功耗的MSP430+nRF24L01方案提高了RFID電源的使用壽命，具有很高的市場(chǎng)利用價(jià)值。

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