以嵌入式ARM處理器為核心的物流管理無線PDA終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

科技的發(fā)展帶來了物流業(yè)的巨大變化，從機(jī)械化向自動(dòng)化、智能化發(fā)展。我國物流業(yè)起步較晚，目前還處于人工管理或半自動(dòng)管理狀態(tài)，效率不高。隨著物流業(yè)的發(fā)展，倉儲(chǔ)規(guī)模不斷擴(kuò)大，貨物種類不斷增多，帶來一系列連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致傳統(tǒng)的物流業(yè)日漸吃力。

設(shè)計(jì)將嵌入式擴(kuò)展技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用于物流控制領(lǐng)域，采用嵌入式處理器以及豐富的外圍擴(kuò)展接口，用液晶觸摸屏顯示貨物信息，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互。結(jié)合條碼采集器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)實(shí)地采集數(shù)據(jù)信息，并通過無線傳輸實(shí)時(shí)連接服務(wù)器數(shù)據(jù)庫；實(shí)現(xiàn)的功能有：貨物實(shí)時(shí)出入庫；實(shí)時(shí)查詢貨物信息及時(shí)調(diào)度；簡便快捷、避免人為錯(cuò)誤、精簡人力、管理庫存、縮短繁雜程序、節(jié)省時(shí)間、提高服務(wù)質(zhì)量等。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)倉儲(chǔ)物流管理系統(tǒng)，由上位機(jī)程序、單片機(jī)、無線通信模塊、PDA終端組成。上位機(jī)程序具有登錄、系統(tǒng)設(shè)置、個(gè)人信息修改、入庫登記、入庫瀏覽、出庫登記、出庫瀏覽、庫存登記、庫存瀏覽和查詢等功能。

同時(shí)PDA終端具有登錄、入庫、出庫、查詢的功能。貨物、管理員及存貨人信息全部通過條形碼掃描儀錄入PDA終端。通過觸摸屏進(jìn)行人機(jī)交互。PDA終端通過無線通信模塊與上位機(jī)進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)交互。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由PC、MSP430單片機(jī)、RF24L01無線模塊、ARM處理器、觸摸屏、SD卡、條形碼掃描儀組成，如圖1所示。

2 PC上位機(jī)軟硬件設(shè)計(jì)

2.1 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)概述

系統(tǒng)應(yīng)用于倉庫的物流管理，需要較好的應(yīng)用程序界面，同時(shí)需要滿足跨平臺(tái)的要求，因而使用C#程序設(shè)計(jì)語言和Access數(shù)據(jù)庫，在Visual Studio 2010下使用。NET開發(fā)環(huán)境完成上位機(jī)程序及數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)NET環(huán)境具有良好的跨平臺(tái)性和優(yōu)秀的GUI界面交互能力。

上位機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)的功能是組織和保存數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)管理員進(jìn)行系統(tǒng)管理、個(gè)人信息修改、出庫、入庫、查詢以及處理PDA通過無線發(fā)送的處理請求。

2.2 上位機(jī)軟件總體架構(gòu)

首先管理員登錄進(jìn)入主界面，創(chuàng)建系統(tǒng)操作主線程。在本機(jī)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)沒置、個(gè)人信息更改、查詢、出庫、入庫和瀏覽等功能。同時(shí)創(chuàng)建副線程上，實(shí)現(xiàn)和MSP430的串口通信處理PDA發(fā)來的處理請求，和主線程的數(shù)據(jù)交互使用事件和委托技術(shù)。使用多線程可以避免處理下位機(jī)請求時(shí)造成GUI失去響應(yīng)。軟件架構(gòu)如圖2所示。

2.3 上位機(jī)通信程序模塊

上位機(jī)通過配置計(jì)算機(jī)串口，接收和發(fā)送單片機(jī)數(shù)據(jù)和請求。通過多線程和事件委托技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

當(dāng)串口收到單片機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)在副線程引發(fā)事件，然后剮線程通過委托函數(shù)，將數(shù)據(jù)交給主線程處理，從而實(shí)現(xiàn)了PDA終端的登錄、入庫、出庫、查詢的請求，并通過串口將處理的結(jié)果發(fā)送給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示。

2.4 上位機(jī)操作模塊

上位機(jī)也可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理、個(gè)人信息修改、出庫、入庫、查詢及瀏覽的功能。這是在主線程上接收用戶的操作，引發(fā)事件，從而執(zhí)行相應(yīng)的響應(yīng)函數(shù)。

2.5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫分為兩部分；數(shù)據(jù)庫使用Access數(shù)據(jù)庫；驅(qū)動(dòng)使用ADO.NET.

一是管理員表，字段有用戶名“ID”,用戶密碼“PWD”,用戶角色“RoleName”,用戶真實(shí)名“RealName”,用戶聯(lián)系方式“Phon e”.主鍵為用戶“ID”.

二是貨物信息表單，字段有入庫編號“InID”,貨物條碼“MID”,入庫時(shí)間“InDate”,送存人“InDealer”,入庫管理員“InSav er”,備注“Remark”,出庫日期“OutDate”,領(lǐng)取人“OutDealer”,出庫管理員“OutSaver”,庫存狀態(tài)“IsOut”.主鍵為“InID”.

2.6 單片機(jī)軟件流程

單片機(jī)軟件主要有兩個(gè)功能：一是實(shí)現(xiàn)無線模塊RF24L01的發(fā)送和接收；二是實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)的通信，框圖如圖5所示。

3 PDA端軟硬件設(shè)計(jì)

3.1 PDA端設(shè)計(jì)概述

PDA端以S3C6410高性能嵌入式處理器為核心硬件平臺(tái)，以嵌入式Linux為操作系統(tǒng)。終端系統(tǒng)采用“硬件平臺(tái)+嵌入式操作系統(tǒng)+應(yīng)用軟件”的系統(tǒng)架構(gòu)來設(shè)計(jì)。硬件平臺(tái)以s3c6410為核心，采用核心板加主板的設(shè)計(jì)方式，并輔以必要的外圍電路。軟件部分包括嵌入式操作系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)、應(yīng)用軟件。采用模塊化的設(shè)計(jì)，GUI界面采用QT/E進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了3D效果。應(yīng)用軟件將條形碼掃描槍得到的數(shù)據(jù)處理后，通過無線模塊與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，完成操作員登錄、貨物入庫、出庫、查詢等功能。圖6為PDA端簡單的軟硬件框圖。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)選用Linux操作系統(tǒng)的原因是其在嵌入式方面有著低成本、易移植、內(nèi)核可裁剪、穩(wěn)定高效等優(yōu)勢。

設(shè)計(jì)采用Linux2.6.36.2的內(nèi)核，調(diào)試階段使用NFS（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)）方便調(diào)試，調(diào)試結(jié)束使用cramfs的形式將文件系統(tǒng)燒錄到NAND Flash中。GUI界面使用嵌入式QT平臺(tái)進(jìn)行編寫。

PDA端的軟件設(shè)計(jì)主要包括QT應(yīng)用程序，C語言程序和內(nèi)核模塊3個(gè)層面。內(nèi)核模塊程序主要是對ARM開發(fā)板GPIO口的驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對GPIO口12個(gè)引腳的讀寫操作的封裝。C語言程序使用交叉編譯工具arm-linux-gcc編譯，通過調(diào)用內(nèi)核模塊中的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了條形碼掃描槍和nRF24L01無線模塊的驅(qū)動(dòng)，以供QT應(yīng)用程序調(diào)用。QT應(yīng)用程序通過外部調(diào)用相應(yīng)的C語言程序，實(shí)現(xiàn)了對條形碼掃描槍和nRF24L01無線模塊兩個(gè)模塊的控制。并使用3D的主界面實(shí)現(xiàn)與用戶的交互。系統(tǒng)工作流程圖如圖7所示。

3.3 硬件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件驅(qū)動(dòng)主要包括nRF24L01無線模塊和條形碼掃描槍兩個(gè)部分：條形碼掃描槍使用PS/2協(xié)議，通過ARM開發(fā)板的GPIO口實(shí)現(xiàn)與ARM處理器的交互；nRF24L01使用SPI協(xié)議，通過ARM開發(fā)板的GPIO口實(shí)現(xiàn)與ARM處理器的交互。通過與上位機(jī)協(xié)定好的通信格式，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)采用嵌入式ARM處理器，功能強(qiáng)大、外圍借口豐富，可實(shí)現(xiàn)多種功能，并有無線收發(fā)模塊，可以實(shí)現(xiàn)采集信息在PDA端和主機(jī)之間的交換，實(shí)時(shí)查詢貨物信息，方便數(shù)據(jù)處理。嵌入式移動(dòng)無線PDA終端的誕生改進(jìn)了物流盤點(diǎn)的繁雜程度和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，使調(diào)度和管理更加精確。將條碼掃描儀與移動(dòng)PDA的巧妙結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)修改等功能于一體的移動(dòng)終端。與其他設(shè)備相比較，具有面向物流、簡便、小巧的特性，功能強(qiáng)大，可以隨時(shí)隨地采集數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)、查詢數(shù)據(jù)，使物流數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)化、調(diào)度及時(shí)、錯(cuò)誤減少、人力物力遞減。