基于RFID物流定位系統(tǒng)手持查詢終端的設(shè)計

摘要：現(xiàn)代物流運輸業(yè)的迅速發(fā)展，已經(jīng)暴露出了傳統(tǒng)人工登記和手工交接方式所存在的諸多不足。為了降低物件在運輸途中丟失的風(fēng)險，及時準(zhǔn)確地將物件送達(dá)目的地，傳統(tǒng)的物件登記管理、中轉(zhuǎn)交接和實時跟蹤方式急需改善。文中介紹了一種基于ARM及RFID的物流定位系統(tǒng)手持查詢終端的設(shè)計方法，該方法功能較全，工作可靠，且易于實現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：物流定位；手持終端；ARM；RFID

0 引言
    道路運輸物流業(yè)是我國現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一個新型產(chǎn)業(yè)，已逐漸成為我國現(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來實現(xiàn)物流定位系統(tǒng)的手持查詢終端，該查詢終端使用簡便、實用、功能齊全，可用于防止貴重物品在物流運輸中發(fā)生丟包的意外，并且可以通過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)簽放置在每一個物品的包裝中，然后在物品裝車時，通過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，手持查詢終端每隔一定時間就會自動向物品RFID發(fā)出詢問信息。如果有任何一個物品上的RFID沒有應(yīng)答，終端就會發(fā)出丟包提示信息，并把丟包信息及位置信息通過GPRS傳輸給物流管理中心；而如果每一個都有應(yīng)答，那么，終端將直接把位置信息發(fā)給物流管理中心。

2 手持查詢終端硬件設(shè)計
    本系統(tǒng)主要采用模塊化的設(shè)計思想。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。

    本手持查詢終端硬件設(shè)計中的主控模塊采用S3C2440為微處理器的開發(fā)板，它擁有較大的SDRAM內(nèi)存和FLASH存儲器，并且擁有一塊可以高清晰顯示的3．5 in LCD屏，其外圍接口也比較豐富。

3 系統(tǒng)中各模塊的設(shè)計
3．1 主控模塊的設(shè)計
   本系統(tǒng)的主模塊采用ARM芯片來提供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)計時間。本系統(tǒng)設(shè)計圖如圖3所示，其設(shè)計的板上資源如下：

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    (1)CPU處理器
    Samsung S3C2440A，主頻400 MHz，最高533 MHz。
    (2)SDRAM內(nèi)存
    在板64MB SDRAM；
    SDRAM時鐘頻率高達(dá)100 MHz。
    (3)FLASH存儲器
    在板256MB NandFlash；
    在板2 MB Nor Flash，掉電非易失，已經(jīng)安裝BIOS。
    (4)外圍接口
    3個串行口；
    1個USBHost和1個USB SlaveB型接口。
    (5)系統(tǒng)時鐘源
    12MHz無源晶振。
3．2 RFID模塊的設(shè)計
    (1)物品端RFID設(shè)計
    物品RFID可采用MSP430F2011和2．4 GHz無線模塊nRF24L01構(gòu)成RFID模塊。具有顯著的低功耗特點，僅僅使用313 V紐扣電池就能工作很長時間。該模塊提供有SpyBi下載口，還有2個發(fā)光二極管和2個用戶IO口。其中的MSP430單片機沒有使用外部晶振，而使用內(nèi)部DCO，因而可以有效地簡化系統(tǒng)，同時又能滿足物流標(biāo)簽的要求。其設(shè)計框圖如圖4所示。

    (2)手持查詢終端的RFID設(shè)計
    本設(shè)計的RFID中心節(jié)點是連接在ARM芯片上的，而開發(fā)板正好提供有一個含有6個GPIO引腳、電源線和地線的CON8。CON8是開發(fā)板按鍵電路和SPI接口復(fù)用的一個外部插座，但是，CON8是單排2 mm間距的排針接口，需要自己設(shè)計制作一個轉(zhuǎn)接板，以將其與nRF24L01相連。開發(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2．4 GHz無線收發(fā)模塊nRF2401采用的是SoC設(shè)計，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1 Mb／s；該模塊具有125個頻道，可滿足跳頻和多頻道需求；同時內(nèi)置硬件CRC檢錯電路和協(xié)議，可減少軟件開銷；系統(tǒng)的發(fā)射功率和工作頻率等所有工作參數(shù)可全部通過軟件設(shè)置；1．9～3．6 V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接收2個nRF2401的數(shù)據(jù)。本設(shè)計就采用了nRF2401芯片來進(jìn)行設(shè)計。圖6所示為nRF24L01的外圍電路圖。[!--empirenews.page--]
    需要說明的是，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。

3．3 GPS定位模塊的設(shè)計
    對于GPS模塊的選型，本系統(tǒng)對精度和啟動速度的要求并不苛刻。高性能和高精度的模塊必然高價格，對于控制開發(fā)的成本不利。經(jīng)過對各個廠家的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開發(fā)板使用，而且模塊自帶備份電池，對于保存位置信息和加快GPS尋星速度有幫助。本系統(tǒng)設(shè)計時將開發(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3．3 V TTL電平的，所以，本系統(tǒng)還需要一個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)計如圖7所示。

3．4 GPRS通信模塊的設(shè)計
    通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service，GPRS)能提供比現(xiàn)有GSM網(wǎng)96 kb／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，因為MC35i在實際生產(chǎn)生活中運用比較廣泛，質(zhì)量可靠，性能優(yōu)越，并且價格比較低廉。本系統(tǒng)在設(shè)計時將開發(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
    本手持查詢終端的程序設(shè)計采用Linux-2．6．32．2為開發(fā)環(huán)境，同時以Qtopoia 2．2．0為開發(fā)平臺來開發(fā)嵌入式軟件及圖形界面。其中，嵌入式軟件開發(fā)必須建立交叉編譯環(huán)境，所有程序代碼的編寫調(diào)試工作都要在PC機上完成，而經(jīng)過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)試運行。
    本設(shè)計的圖形界面是利用Qt Designer設(shè)計而成的，可為用戶提供良好的人機交互接口，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
    本物流定位查詢系統(tǒng)結(jié)合了GPS全球定位技術(shù)、RFID射頻識別、移動通信和嵌入式技術(shù)，可實現(xiàn)物流定位查詢系統(tǒng)的需求。本系統(tǒng)通過提供一個良好的用戶界面，給操作者帶來了便利。其中，低功耗的MSP430+nRF24L01方案提高了RFID電源的使用壽命，具有很高的市場利用價值。