基于Linux平臺上S3C2440的物流配送系統(tǒng)設(shè)計

現(xiàn)代的物流系統(tǒng)已經(jīng)進入了信息化的階段。信息化配送系統(tǒng)對信息化物流有著重要的影響。隨著計算機科學和自動化技術(shù)的發(fā)展，物流管理系統(tǒng)也從簡單的方式迅速向自動化管理演變，其主要標志是自動物流設(shè)備，如自動導引車（AGV-Automated guided vehicle）、自動存儲、提取系統(tǒng)（AS/RS-Automated storage/retrieve system）、空中單軌自動車（SKY-RAV-Rail automated vehicle）、堆垛機（Stacker crane）等，及物流計算機管理與控制系統(tǒng)的出現(xiàn)。物流系統(tǒng)的主要目標在于追求時間和空間效益。

物流系統(tǒng) 是由物流各要素所組成的，物流各要素之間是存在有機聯(lián)系的綜合體，物流系統(tǒng)主要受內(nèi)部環(huán)境以及外部環(huán)境的要素影響，使物流系統(tǒng)整體構(gòu)成十分復雜，其外部存在過多的不確定因素，其內(nèi)部存在著相互依賴的物流功能因素。

1 相關(guān)核心技術(shù)概述

1.1 移動定位技術(shù)

目前的移動定位技術(shù)已經(jīng)非常成熟，最主要的有3類：

①利用衛(wèi)星進行后方交匯的定位技術(shù)，是由美國建立的一個衛(wèi)星導航定位系。GPS功能必須具備GPS終端、傳輸網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控平臺三個要素，這三個要素缺一不可。通過這三個要素，可以提供車輛防盜、反劫、行駛路線監(jiān)控及呼叫指揮等功能。利用該系統(tǒng)，用戶可以在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)全天候、連續(xù)、實時的三維導航定位和測速；另外，還能夠進行高精度的時間傳遞和精密定位。

②利用移動通信技術(shù)提供位置服務(wù)的定位技術(shù)，即Cell-ID（Cell Identification，小區(qū)識別碼），Cell ID實現(xiàn)定位的基本原理：即無線網(wǎng)絡(luò)上報終端所處的小區(qū)號（根據(jù)服務(wù)的基站來估計），位置業(yè)務(wù)平臺把小區(qū)號翻譯成經(jīng)緯度坐標。這種方法實現(xiàn)簡單，無需在無線接入網(wǎng)側(cè)增加設(shè)備，對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改動小，缺點是定位精度低，在市區(qū)一般可以達到300-500m，郊區(qū)幾公里。Cell-ID方式在城市及人口密集區(qū)域能提供相對高的精度，與GPS在城市高層建筑、林蔭道、地下隧道等遮蔽情況下性能降低形成較好的互補。

③利用射頻設(shè)備記錄位置的定位技術(shù)，即RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）。通過讀取用于標識地理坐標的標簽數(shù)據(jù)來獲取定位信息。其定位精度僅取決于標簽存儲定位信息的精確性，理論上可以達到任意高精度。RFID可用于倉庫、碼頭等需要高精度定位信息的場所，來提供定位信息和其他輔助功能。RFID現(xiàn)在廣泛用于公交報站系統(tǒng)，公交車上的設(shè)備檢測到站點的射頻設(shè)備后就自動報站。

1.2 移動終端通信技術(shù)

目前，常用的移動終端技術(shù)主要包括藍牙技術(shù)、GPRS接入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、構(gòu)筑在GPRS基礎(chǔ)上的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等。

藍牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動設(shè)備通信環(huán)境建立一個特別連接。藍牙采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4 GHz ISM（即工業(yè)、科學、醫(yī)學）頻段。其數(shù)據(jù)速率為1 Mbps，采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸。

GPRS技術(shù)是一種新的GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它可以給移動用戶提供無線分組數(shù)據(jù)接入服務(wù)。GPS接收機對收到的衛(wèi)星信號，進行解碼或采用其它技術(shù)，將調(diào)制在載波上的信息去掉后，就可以恢復載波。嚴格而言，載波相位應(yīng)被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻 移影響的衛(wèi)星信號載波相位與接收機本機振蕩產(chǎn)生信號相位之差。一般在接收機鐘確定的歷元時刻量測，保持對衛(wèi)星信號的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測時的接收機和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始歷元的相位整數(shù)也是不知道的，即整周模糊度，只能在數(shù)據(jù)處理中作為參數(shù)解算。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 物流配送系統(tǒng)模塊設(shè)計

物流配送系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

2.2 物流配送控制

中心的功能設(shè)計控制中心由GPRS／GSM通信服務(wù)器、GIS服務(wù)器、Web服務(wù)器、地圖數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、業(yè)務(wù)服務(wù)器組成，通過路由器連接至Internet。GPRS／GSM通信服務(wù)器處理與各個終端之間的一對多雙向數(shù)據(jù)通信；GIS服務(wù)器主要實現(xiàn)電子地圖的功能，并負責地圖數(shù)據(jù)的傳輸；Web服務(wù)器則是將電子地圖和各目標信息結(jié)合起來，為控制用戶提供監(jiān)控界面；地圖數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫分別存儲電子地圖數(shù)據(jù)和監(jiān)控業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.3 移動終端的硬件設(shè)計

現(xiàn)代的移動終端已經(jīng)擁有極為強大的處理能力（CPU主頻已經(jīng)接近1Ｇ）、內(nèi)存、固化存儲介質(zhì)以及像電腦一樣的操作系統(tǒng)。是一個完整的超小型計算機系統(tǒng)?？梢酝瓿蓮碗s的處理任務(wù)。移動終端也擁有非常豐富的通信方式，即可以通過ＧＳＭ，ＣＤＭＡ，ＥＤＧＥ，３Ｇ等無線運營網(wǎng)通訊，也可以通過無線局域網(wǎng)，藍牙和紅外進行通信。

這些操作均利用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)以Web Service的方式實現(xiàn)。

基于S3C2440的移動終端硬件設(shè)計如圖3所示。S3C2440模塊（包括各種硬件接口及嵌入式Linux軟件等）負責對GPS信號的接收處理、視圖顯示及對數(shù)據(jù)的處理。從GPS模塊中獲取定位數(shù)據(jù)，從RFID模塊與CellID模塊獲得更詳細的定位信息作為補充，然后將位置信息通過GPRS發(fā)送給控制中心。實現(xiàn)終端和控制中心的信息上傳和下傳功能。

RFID模塊主要負責對當前物流載體的數(shù)據(jù)采集，以獲得RFID定位信息，并將采集到的RFID信息通過藍牙模塊傳輸給S3C2440。GPS模塊根據(jù)衛(wèi)星定位獲得當前位置信息，同樣通過藍牙模塊進行傳輸（如距離比較近，也可以有線傳輸）。Cell-ID模塊主要通過無線數(shù)據(jù)傳輸獲得定位信息，然后通過GPRS模塊傳輸給中心控制器。LCD模塊主要提供人機交互的功能，除了顯示屏外還需配備鍵盤等輸入設(shè)備，或者直接采用液晶屏。存儲器模塊除了擴展的片外RAM外，還需給嵌入式數(shù)據(jù)庫提供一定的存儲空間。

2.4 軟件設(shè)計

2.4.1 軟件總體設(shè)計

如圖4所示，按照功能可以將軟件分為以下4部分。

①用戶界面。要實現(xiàn)一個友好的用戶界面，以便用戶在S3C2440 LCD屏上直觀地獲得圖文并茂的信息，以及選擇服務(wù)功能和輸入信息。

②地圖數(shù)據(jù)處理。主要實現(xiàn)電子地圖的數(shù)據(jù)組織、地圖顯示、地圖標圖功能、定位導航功能，便于用戶使用地理信息的服務(wù)功能。終端處理的數(shù)據(jù)包括GPS數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)。

③GPS通信模塊。S3C2440模塊通過藍牙與GPS模塊相連接，對接收到的GPS數(shù)據(jù)進行處理，才能得到所需要的定位信息（比如經(jīng)緯度數(shù)據(jù)等）。利用籃牙進行串口通信的編程，包括打開串口、配置串口、發(fā)送接收數(shù)據(jù)、關(guān)閉串口4個步驟。

④GPRS通信模塊。利用GPRS無線物流在S3C2440和控制中心之間進行雙向通信。本文采用WebService的方式來進行。

2.4.2 GPS與RFID數(shù)據(jù)提取

GPS接收機只要處于工作狀態(tài)，就會源源不斷地把接收并計算出的GPS導航定位信息通過串口傳送到計算機中。從串口接收數(shù)據(jù)后將其放置于緩存內(nèi)，在沒有進一步處理之前緩存中是一長串字節(jié)流，這些信息在沒有經(jīng)過分類提取之前是無法加以利用的。因此，必須通過程序?qū)⒏鱾€字段的信息從緩存字節(jié)流中提取出來，將其轉(zhuǎn)化成有實際意義的、可供使用的定位信息數(shù)據(jù)。從“$G-PRMC”幀中獲取定位數(shù)據(jù)的代碼如下：

RFID模塊通過串口將信息傳輸至移動終端，信息傳輸流程如圖5所示。當接收緩沖區(qū)內(nèi)字節(jié)個數(shù)達到或者超過該值后就取出數(shù)據(jù)并對相應(yīng)事件進行處理。程序設(shè)計的主要任務(wù)是：讀出標簽ID信息（讀ID命令）；向標簽寫入存放在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息（寫信息）；讀取標簽中寫入的數(shù)據(jù)信息，查詢數(shù)據(jù)庫以得到具體的產(chǎn)品信息（讀信息）；實時顯示讀標簽信息的結(jié)果。

2.4.3 移動終端S3C2440模塊軟件設(shè)計

模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)不同功能分別進行編寫和調(diào)試，等到各個模塊都調(diào)試成功后，將各個模塊連成整體，組成軟件系統(tǒng)。

終端S3C2440模塊完成的主要內(nèi)容包括兩部分：

成從移動終端到遠程控制中心的定位信息的上行傳輸。當遠程控制中心要從移動終端獲取定位信息時，可以發(fā)送命令給S3C2440。這時S3C2440便產(chǎn)生一個中斷，并發(fā)送命令給各定位模塊來獲取定位信息，將定位信息進行處理后再通過GPRS模塊傳給遠程控制中心；或者是移動終端由人員鍵盤控制產(chǎn)生中斷，然后采集定位信息傳送給遠程控制中心。

收控制中心到移動終端的下行傳輸?shù)男畔??？刂浦行目梢詫⒏鞣N數(shù)據(jù)傳送給終端設(shè)備。比如，控制中心通過GIS發(fā)現(xiàn)當前移動終端所選道路擁塞，則可以給移動終端發(fā)一條改變路線的建議信息，這樣非常方便地實現(xiàn)了遠程控制中心與移動終端的交互。

C2440上行至控制中心的軟件設(shè)計主要流程如圖6所示。

結(jié)語

本文以GPS定位數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，GPRS網(wǎng)絡(luò)作為承載網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合物流業(yè)發(fā)展實際需要，將物流配送過程數(shù)字化與信息化，實現(xiàn)了對物流配送系統(tǒng)的監(jiān)控與管理。射頻識別技術(shù)、定位技術(shù)、傳感器技術(shù)以及無線通信技術(shù)在未來必將深入到物流業(yè)的各個方面。

參考文獻:

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