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1 引言 隨著物流水平的提高，信息的提取和分析越發顯得重要，貨物運輸管理的信息化水平已成為衡量當今物流工業先進性的標志。目前，國內運輸信息化管理方法單一，大多數物流運營公司僅能提供實時的定位跟蹤與查詢服務，不能獲得運載工具上的貨物信息，無法及時發現貨物裝卸過程的失誤，特別是危險品的運輸，一旦出錯，后果不堪想象。 本文設計了一種物流貨物運輸管理系統以解決這類問題。該系統基于GPRS、GPS和RFID（無線射頻技術），采用單片機串口時分復用方式控制各功能模塊，將采集的信息在運載工具上實時顯示，并通過無線傳輸發送到遠程終端。這樣，不僅實現了對運載工具的定位，而且可以有效管理其裝載的貨物，達到及時發現錯誤，及時處理的目的，提高了貨物運輸管理中的效率，減少了時間成本。 2 硬件系統結構 1）功能模塊 系統采用三個功能模塊：RFID模塊，GPS模塊和GPRS模塊。 RFID模塊采用的是WJ公司的MPR6000，工作頻率為UHF902~928MHz，支持EPC Class0、Class1和Class0+協議。 貼在箱內各貨物上的電子標簽（Tag）寫入了貨物的基本信息和編號，RFID模塊與Tag之間可每幾微秒通信一次，實時了解運載工具上的貨物信息、以及運輸途中貨物裝卸或出入庫等情況，以便對貨物進行智能管理。 2合1模塊TRIZIUM-GPS采用Telit公司GPS和GPRS產品。 該模塊支持4800、9600、38400、57600bps等常見波特率，并集成了GPRS和GPS兩個模塊，既可以獨立工作也可以聯合工作，并且兩模塊都各自有兩對UART口（UART0和UART1）。在聯合工作模式下，GPRS模塊的UART1和GPS模塊的UART0對接，使用AT命令，GPS模塊采集的定位信息就可以傳輸到GPRS模塊的UART接口上，然后通過GPRS的UART0口傳輸到MCU。 GPS的目的在于采集定位信息，用于對運載工具進行實時定位，以便實時跟蹤、優化調度。GPRS模塊的目的就是將采集到的信息發送到遠程監控終端。 2）系統模型 系統模型如圖1所示，MUC采用AT89S51單片機，功耗低，具有4KB在線可編程Flash存儲器，片內WDT能提高系統的抗干擾能力。 圖1 系統模型 3個功能模塊共同由單片機控制，內置于運載工具內。 運行流程主要是數據采集、數據處理、數據傳輸和終端處理及反饋。單片機作為整個系統的控制核心，主要用于與3個功能模塊和遠程監控中心的通信。數據采集包括GPS模塊和RFID模塊的數據，通過串口傳入單片機進行預處理，顯示在 LCD上，同時通過GPRS模塊發送到遠程監控中心，進行終端處理分析。遠程監控中心也可以通過GPRS傳輸命令，向單片機發出提示、警告或獲取其他實時信息。 3 電路設計 1）單片機系統 電路原理圖如圖2所示，3個功能模塊受1塊51單片機控制，模塊與單片機之間采用異步串行通行模式。雖然各功能模塊提供了許多控制線，但為了簡化接口設計，均采用兩線（TXD、RXD）連接。模塊之間通信的控制通過軟件來實現，采用軟件實現控制具有使用靈活的特點，避免了過多的硬件信號的檢測。 圖2 電路原理圖 AT89S51單片機只有一對串口，這樣，如何解決單片機串口的復用問題是整個硬件的重點之一。本系統用單片機的P3.0、P3.1、P3.2三個管腳來分別控制三個功能模塊的RXD。串口通信的起始位處于“space”狀態，只有當某控制管腳為低電平時，對應的模塊才能享有使用串口的權力，達到串口時分復用的目的。 LCD顯示模塊采用OCMJ48，它是12864點陣液晶模塊。該模塊內含GB2312 1616點陣國際一級簡體漢字和ASCII88（半高）及816（全高）點英文字庫，用戶輸入區位碼或ASCII碼即可實現文本顯示。 鍵盤控制器HD7279的主要作用是提供運載工具上“人機對話”的功能，可根據實際情況隨時采集所需信息，并顯示在車載LCD上，這樣就可在貨物裝卸過程中獲得當前狀況，方便管理。 為了擴展MCU的外部ROM和RAM，單片機外接16k的E2PROM AT28C16和COMS靜態RAM IDT6116。 此外TRIZIUM-GPS模塊的邏輯電平為COMS2.8V，單片機和RFID模塊均為TTL電平，本系統采用的是SN74HC245N電平轉換芯片解決功能模塊與單片機之間電平轉換的問題。 2）外圍電源電路 各功能模塊中， RFID射頻模塊（工作電壓為4.5v）對外圍電源電路要求具有穩壓功能和紋波小的特點。本系統中采用12V的輸入電源，由于輸入輸出電壓差比較大，所以線性調整器并不適用于該電壓轉換電路。為了衰減電流的峰值，必須使用100mF的旁路等效串聯電阻電容來保護電路，并且去耦電阻、去耦電容和電感也要盡可能地靠近模塊的電源輸入端口，其原理如圖3所示。 圖3 電源電路 4 單片機系統的程序設計 1）軟件結構 系統軟件完成的主要操作包括：模塊及MCU的初始化、與上位機通信、數據處理及顯示，其工作流程如圖4所示。當系統上電初始化后，根據現場對運載工具的不同監控要求，利用鍵盤或等待遠程命令選擇功能模塊。針對不同工作模式，通過對多路串行通道的設置，讀取所需的狀態信息。對采集所得的數據預處理后保存在外部RAM，通過LCD顯示出來（包括目前運載工具內貨物數量、總類、各自編碼或運載工具位置信息等），并由用戶按鍵確認后返回。即可了解貨物運載及裝卸情況，并發送到遠程終端。 圖4 工作流程 2）GPS數據的采集 單片機與各模塊間的通信都采用57600 bps的傳輸速率。幀格式為：無奇偶校驗，一個起始位，8個數據位，1個停止位。 在TRIZIUM-GPS模塊的聯合工作模式下，對定位信息的采集可以使用AT命令來完成，過程如下： 發送：AT#GPIO=1,1,1 發送：AT$GPSDATA=1 發送：AT$GPSDATAS= 9600 發送：AT$GPSSAV 發送：AT$GPSACP $GPSACP:084148,3111.80791N,12129.2586 8E,99.0,218.73,2,0.0,0.0,0.0,120207,07 其中，80791N,12129.25868E 分別顯示的是北緯和東經的度數。084148是當前格林威治時間。 3）RFID數據的采集 RFID模塊的信息采集的軟件實現方法和GPS類似，即發送命令，返回相應信息。其數據包幀格式為： 起始位 節點地址 長度/狀態 命令 Data 0 … Data N CRC MSB CRC LSB 在實際應用中，可根據實際需要，通過鍵盤設置信息采集頻率，特別是在貨位的裝卸過程中，也可通過按鍵產生中斷，即時采集信息，滿足系統對貨物監控要求。 4）GPRS無線傳輸 在無線傳輸部分，GPRS網絡基于IP技術，因此基于GPRS的無線傳輸系統需要利用TCP/IP協議完成GPRS業務數據的裝幀和拆幀，以及保證數據在網絡中的安全可靠傳輸。MCU與無線通信模塊的通信遵循PPP協議，需要將IP數據報按照PPP的幀格式封裝成PPP幀，然后通過串口傳給GPRS模塊。 系統要和外部網絡建立連接，首先要附著于GPRS網，然后發起PDP（Packet Data Protocol分組數據協議）上下文激活過程。通過此過程，系統才能與GGSN（網關GPRS支持點）建立一條邏輯通路，跟外部網絡建立連接，使數據以IP報的形式進行傳送。在發送AT命令時，采用模塊化操作，用一個子程序完成，程序利用程序空間換數據空間技術，以節約內存空間。 發送AT命令子程序，以ODH表示發送結束符。其主要代碼如下： SEND_AT:CLR ES MOV R3,#00H LOOP1: MOV A,R6 MOVC A,@A+DPTR //DPTR 存放的是一條AT命令的ASCII碼; //用于初始化模塊，及撥號連接到GPRS網絡； CJNE A,#0ODH,LOOP2 LOOP2: MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI INC R3 AJMP LOOP1 SEND: MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI SETB ES RET GPRS模塊連接到遠程監控中心后，通過GPRS通信鏈路完成信息的交互，監控中心服務器實現與車載終端的通信及數據分析、存儲和管理。 5 結語 本文以普遍使用的51單片機作為MCU，應用串口復用的方法設計出了一套物流運輸貨物管理系統。采用人機對話方式操作,無論在遠程終端或運載工具上，都能實時地了解當前運載情況。這對于目前物流貨物管理，特別是危險品的運輸管理起到良好的改善作用。 |
