基于Linux平臺(tái)上S3C2440的物流配送系統(tǒng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代的物流系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入了信息化的階段。信息化配送系統(tǒng)對(duì)信息化物流有著重要的影響。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，物流管理系統(tǒng)也從簡(jiǎn)單的方式迅速向自動(dòng)化管理演變，其主要標(biāo)志是自動(dòng)物流設(shè)備，如自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV-Automated guided vehicle）、自動(dòng)存儲(chǔ)、提取系統(tǒng)（AS/RS-Automated storage/retrieve system）、空中單軌自動(dòng)車（SKY-RAV-Rail automated vehicle）、堆垛機(jī)（Stacker crane）等，及物流計(jì)算機(jī)管理與控制系統(tǒng)的出現(xiàn)。物流系統(tǒng)的主要目標(biāo)在于追求時(shí)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(jī)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(fù)雜，其外部存在過(guò)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(dòng)定位技術(shù)

目前的移動(dòng)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(jìn)行后方交匯的定位技術(shù)，是由美國(guó)建立的一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)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(tái)三個(gè)要素，這三個(gè)要素缺一不可。通過(guò)這三個(gè)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(shí)現(xiàn)全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維導(dǎo)航定位和測(cè)速；另外，還能夠進(jìn)行高精度的時(shí)間傳遞和精密定位。

②利用移動(dòng)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(shí)別碼），Cell ID實(shí)現(xiàn)定位的基本原理：即無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上報(bào)終端所處的小區(qū)號(hào)（根據(jù)服務(wù)的基站來(lái)估計(jì)），位置業(yè)務(wù)平臺(tái)把小區(qū)號(hào)翻譯成經(jīng)緯度坐標(biāo)。這種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，無(wú)需在無(wú)線接入網(wǎng)側(cè)增加設(shè)備，對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改動(dòng)小，缺點(diǎn)是定位精度低，在市區(qū)一般可以達(dá)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(duì)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(bǔ)。

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(shí)別）。通過(guò)讀取用于標(biāo)識(shí)地理坐標(biāo)的標(biāo)簽數(shù)據(jù)來(lái)獲取定位信息。其定位精度僅取決于標(biāo)簽存儲(chǔ)定位信息的精確性，理論上可以達(dá)到任意高精度。RFID可用于倉(cāng)庫(kù)、碼頭等需要高精度定位信息的場(chǎng)所，來(lái)提供定位信息和其他輔助功能。RFID現(xiàn)在廣泛用于公交報(bào)站系統(tǒng)，公交車上的設(shè)備檢測(cè)到站點(diǎn)的射頻設(shè)備后就自動(dòng)報(bào)站。

1.2 移動(dòng)終端通信技術(shù)

目前，常用的移動(dòng)終端技術(shù)主要包括藍(lán)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(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等。

藍(lán)牙技術(shù)是一種無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開(kāi)放性全球規(guī)范，它以低成本的近距離無(wú)線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別連接。藍(lán)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，工作在全球通用的2.4 GHz ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。其數(shù)據(jù)速率為1 Mbps，采用時(shí)分雙工傳輸方案實(shí)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(dòng)用戶提供無(wú)線分組數(shù)據(jù)接入服務(wù)。GPS接收機(jī)對(duì)收到的衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)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(fù)載波。嚴(yán)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(hào)載波相位與接收機(jī)本機(jī)振蕩產(chǎn)生信號(hào)相位之差。一般在接收機(jī)鐘確定的歷元時(shí)刻量測(cè)，保持對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開(kāi)始觀測(cè)時(shí)的接收機(jī)和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始?xì)v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(jì)

2.1 物流配送系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

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

2.2 物流配送控制

中心的功能設(shè)計(jì)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(kù)服務(wù)器、業(yè)務(wù)服務(wù)器組成，通過(guò)路由器連接至Internet。GPRS／GSM通信服務(wù)器處理與各個(gè)終端之間的一對(duì)多雙向數(shù)據(jù)通信；GIS服務(wù)器主要實(shí)現(xiàn)電子地圖的功能，并負(fù)責(zé)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(biāo)信息結(jié)合起來(lái)，為控制用戶提供監(jiān)控界面；地圖數(shù)據(jù)庫(kù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)分別存儲(chǔ)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(dòng)終端的硬件設(shè)計(jì)

現(xiàn)代的移動(dòng)終端已經(jīng)擁有極為強(qiáng)大的處理能力（CPU主頻已經(jīng)接近1Ｇ）、內(nèi)存、固化存儲(chǔ)介質(zhì)以及像電腦一樣的操作系統(tǒng)。是一個(gè)完整的超小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?？梢酝瓿蓮?fù)雜的處理任務(wù)。移動(dòng)終端也擁有非常豐富的通信方式，即可以通過(guò)ＧＳＭ，ＣＤＭＡ，ＥＤＧＥ，３Ｇ等無(wú)線運(yùn)營(yíng)網(wǎng)通訊，也可以通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)，藍(lán)牙和紅外進(jìn)行通信。

這些操作均利用GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以Web Service的方式實(shí)現(xiàn)。

基于S3C2440的移動(dòng)終端硬件設(shè)計(jì)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(fù)責(zé)對(duì)GPS信號(hào)的接收處理、視圖顯示及對(duì)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(xì)的定位信息作為補(bǔ)充，然后將位置信息通過(guò)GPRS發(fā)送給控制中心。實(shí)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(fù)責(zé)對(duì)當(dāng)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(guò)藍(lán)牙模塊傳輸給S3C2440。GPS模塊根據(jù)衛(wèi)星定位獲得當(dāng)前位置信息，同樣通過(guò)藍(lán)牙模塊進(jìn)行傳輸（如距離比較近，也可以有線傳輸）。Cell-ID模塊主要通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸獲得定位信息，然后通過(guò)GPRS模塊傳輸給中心控制器。LCD模塊主要提供人機(jī)交互的功能，除了顯示屏外還需配備鍵盤(pán)等輸入設(shè)備，或者直接采用液晶屏。存儲(chǔ)器模塊除了擴(kuò)展的片外RAM外，還需給嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)提供一定的存儲(chǔ)空間。

2.4 軟件設(shè)計(jì)

2.4.1 軟件總體設(shè)計(jì)

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(shí)現(xiàn)一個(gè)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(shí)現(xiàn)電子地圖的數(shù)據(jù)組織、地圖顯示、地圖標(biāo)圖功能、定位導(dǎo)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(guò)藍(lán)牙與GPS模塊相連接，對(duì)接收到的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行串口通信的編程，包括打開(kāi)串口、配置串口、發(fā)送接收數(shù)據(jù)、關(guān)閉串口4個(gè)步驟。

④GPRS通信模塊。利用GPRS無(wú)線物流在S3C2440和控制中心之間進(jìn)行雙向通信。本文采用WebService的方式來(lái)進(jìn)行。

2.4.2 GPS與RFID數(shù)據(jù)提取

GPS接收機(jī)只要處于工作狀態(tài)，就會(huì)源源不斷地把接收并計(jì)算出的GPS導(dǎo)航定位信息通過(guò)串口傳送到計(jì)算機(jī)中。從串口接收數(shù)據(jù)后將其放置于緩存內(nèi)，在沒(méi)有進(jìn)一步處理之前緩存中是一長(zhǎng)串字節(jié)流，這些信息在沒(méi)有經(jīng)過(guò)分類提取之前是無(wú)法加以利用的。因此，必須通過(guò)程序?qū)⒏鱾€(gè)字段的信息從緩存字節(jié)流中提取出來(lái)，將其轉(zhuǎn)化成有實(shí)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(guò)串口將信息傳輸至移動(dòng)終端，信息傳輸流程如圖5所示。當(dāng)接收緩沖區(qū)內(nèi)字節(jié)個(gè)數(shù)達(dá)到或者超過(guò)該值后就取出數(shù)據(jù)并對(duì)相應(yīng)事件進(jìn)行處理。程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：讀出標(biāo)簽ID信息（讀ID命令）；向標(biāo)簽寫(xiě)入存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)信息（寫(xiě)信息）；讀取標(biāo)簽中寫(xiě)入的數(shù)據(jù)信息，查詢數(shù)據(jù)庫(kù)以得到具體的產(chǎn)品信息（讀信息）；實(shí)時(shí)顯示讀標(biāo)簽信息的結(jié)果。

2.4.3 移動(dòng)終端S3C2440模塊軟件設(shè)計(jì)

模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)不同功能分別進(jìn)行編寫(xiě)和調(diào)試，等到各個(gè)模塊都調(diào)試成功后，將各個(gè)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(dòng)終端到遠(yuǎn)程控制中心的定位信息的上行傳輸。當(dāng)遠(yuǎn)程控制中心要從移動(dòng)終端獲取定位信息時(shí)，可以發(fā)送命令給S3C2440。這時(shí)S3C2440便產(chǎn)生一個(gè)中斷，并發(fā)送命令給各定位模塊來(lái)獲取定位信息，將定位信息進(jìn)行處理后再通過(guò)GPRS模塊傳給遠(yuǎn)程控制中心；或者是移動(dòng)終端由人員鍵盤(pán)控制產(chǎn)生中斷，然后采集定位信息傳送給遠(yuǎn)程控制中心。

收控制中心到移動(dòng)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(guò)GIS發(fā)現(xiàn)當(dāng)前移動(dòng)終端所選道路擁塞，則可以給移動(dòng)終端發(fā)一條改變路線的建議信息，這樣非常方便地實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制中心與移動(dòng)終端的交互。

C2440上行至控制中心的軟件設(shè)計(jì)主要流程如圖6所示。

結(jié)語(yǔ)

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(shí)際需要，將物流配送過(guò)程數(shù)字化與信息化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物流配送系統(tǒng)的監(jiān)控與管理。射頻識(shí)別技術(shù)、定位技術(shù)、傳感器技術(shù)以及無(wú)線通信技術(shù)在未來(lái)必將深入到物流業(yè)的各個(gè)方面。

參考文獻(xiàn):

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