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基于r fld 和g p s 技术的数字物流车载主控中心系统研究摘要数字物流系统是在传统物流的基础上，引入高科技手段，对物流信息进行科学管理，从而使物流速度加快、准确率提高、库存减少、成本降低的数字化和高度集成化的信息管理系统。本课题将g p s ( g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m ，全球定位系统) 技术与r f i d ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ，无线射频识别) 技术相融合，研究和开发了一个基于r f i d 和g p s 技术的数字物流系统。该系统具有对流动的物体与流动的车辆信息共同进行实时监管、立体识别定位、安全性更强的特点。相对目前只基于g p s 技术的数字物流系统而言，其应用更广泛、使用更安全，智能化程度更强。本课题研究的数字物流系统主要包括两大部分：数字物流车载终端系统和数字物流车载主控中心系统。本文的主要工作是研究和开发了基于r f i d 和g p s 技术的数字物流车载主控中心系统，具体如下：首先对数字物流车载主控中心系统进行了模块化的整体方案设计，并明确各模块的功能、任务以及模块间关系，将无线数据传输、通信协议及数据库结构、人机交互界面作为研究重点。然后进行了相应模块的软、硬件研制和调试，具体为：( 1 ) 在硬件电路方面，研制并成功调试了车载主控中心系统中的硬件收发平台。该硬件收发平台由g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ，全球移动通信系统) 无线数传模块、串口输出模块、电源模块、m s p 4 3 0 微处理器等组成。通过该收发平台，可实现接收从车载终端通过g s m 系统传回的短信数据包和向车载终端发送命令信息的目的。( 2 ) 在软件方面，以m s p 4 3 0 微处理器为核心，通过编程以控制g s m 无线数传模块和串口模块，实现从g s m 模块读取短信息和通过串口向p c 机发送信息。另外，通过编写p c 机应用程序，包括人机交互界面程序、数据包协议解封装程序、坐标转换程序、数据库存储及挂接程序，以实现对数字物流车载终端运行路线进行准确跟踪、对车载终端货物属性和装卸情况等信息适时显示的目的。最后对本文所研究的数字物流车载主控中心系统进行了整机调试。测试结果表明：该系统能够快速、准确地获取车载终端采集、传送过来g p s等无线传输数据，同时对所获取的数据进一步处理和存储，并在所建立的p c 机的人机交互界面上，比较正确显示车载终端运动轨迹等相关信息。同时该人机交换界面也能为车载终端采集到的r f i d 等其它相关信息提供一个可靠、有效的显示平台。关键词：数字物流系统g p sr f i d车载主控中心系统m s p 4 30m a p o b j e c t sr e s e a r c ho nd i g i t a i ：l o g i s t i c sv e h i c l em a i nc o n t r o lc e 卜n e rs y s t 田讧b a s e do nr f i da n dg p st e c h n o l o g ya bs t r a c tt h ed i g i t a ll o g i s t i c ss y s t e mi sah i g hi n t e g r a t e di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do nt h et r a d i t i o n a ll o g i s t i c s ，w h i c ha p p l i e st h ea d v a n c e ds c i e n t i f i cm e t h o d st ob ea v a i l a b l et os p e e du pl o g i s t i c s ，t oe n h a n c ea c c u r a c y ，t od e c r e a s es t o c kr e d u c e s ，a n dt or e d u c ec o s t t h i sp a p e rw i l li n t e g r a t et h et w o- ：砖二一t e c h n o l o g i e so fg p s ( g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m ) a n dr f i d ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) i ts t u d ya n dd e v e l o pad i g i t a ll o g i s t i c sb a s e do nr f i da n dg p s t h es y s t e mh a ss o m ef e a t u r e st h a ta r ei nr e a l - t i m em o n i t o r i n go fc o m m o ni n f o r m a t i o nf o rt h ef l o wo fo b j e c t sa n dm o v e m e n to fv e h i c l e s ，i d e n t i f i c a t i o no ft h r e e d i m e n s i o n a lp o s i t i o n i n ga n ds t r o n g e rs e c u r i t yf e a t u r e s t h ed i g i t a ll o g i s t i c ss y s t e mi n c l u d e st w op a r t s ：t h ed i g i t a ll o g i s t i c sv e h i c l et e r m i n a ls y s t e ma n dt h ed i g i t a ll o g i s t i c sv e h i c l em a i nc o n t r o lc e n t e rs y s t e m a tp r e s e n t ，i nt e r m so fl o g i s t i c ss y s t e mo n l yb a s e do ng p st e c h n o l o g y ，i ti st y p i c a lo fb r o a d e ra p p l i c a t i o n ，m o r es e c u r i t y , m o r e i n t e l l i g e n t t h ep a p e rm a i ns t u d ya n dd e v e l o pt h ed i g i t a ll o g i s t i c sv e h i c l em a i nc o n t r o lc e n t e rs y s t e mb a s e do nr f i da n dg p st e c h n o l o g y t h em a i nw o r ko ft h i sp a p e ri sa sf o l l o w s ：f i r s t l y ，t ot h ed i g i t a ll o g i s t i c sm a i nc o n t r o l c e n t e rs y s t e m ，t h ep a p e rm a k eaw h o l ed e s i g nf o re v e r ym o d u l e ，a n dd e f i n i t et h ef u n c t i o n s ，r e l a t i o n sa n da s s i g n m e n t so fd i f f e r e n tm o d u l e s o u rs t u d yf o c u s e so nw i r e l e s sd a t at r a n s m i s s i o n ，c o m m u n i c a t i o np o t o c o l sa n dd a t a b a s es t r u c t i o n s ，t h em u t u a li n t e r f a c eo fp e o p l ea n dc o m p u t e r s e c o n d l y , t h es o t t w a r em o d u l e sa n dt h eh a r d w a r em o d u l e so fv e c h i l em a i nc o n t r o ls y s t e mh a v eb e e nd e v e l o p e da n dd e b u g g e d t h es p e c i f i cc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ：( 1 ) i nh a r d w a r ec i r c u i ta s p e c t s ，t h ep a p e rd e v e l o pa n dd e b u gt h et r a n s c e i v e rb o a r do fv e h i c l em a i nc o n t r o lc e n t e rs y s t e m u s i n gb yt h et r a n s c e i v e rb o a r d ，t h ep a p e rc a ni m p l e m e n tt or e c e i v et h en o t e so fv e h i c l et e r r a i n a t e sa n dt os e n do r d e ri n f o r m a t i o nt h et r a n s c e i v e rb o a r di n c l u d e sg s m( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) c o m m u n i c a t i o nm o d u l e ，s e r i a lo u t p u tm o d u l e ，e l e c t r i cp o w e rm o d u l ea n dm s p 4 30m i c r o p r o c e s s o rm o d u l e ( 2 ) i ns o f t w a r ea s p e c t s ，a st h ec o r eo fm s p 4 30 ，i tp r o g r a mi no r d e rt oc o n t r o lg s mm o d u l ea n ds e r i a lm o d u l ea n da c h i e v et or e a dn o t ef r o mg s mm o d u l ea n dt os e n di n f o r m a t i o nb ys e r i a lp o r t i na d d i t i o n ，t h ea p p l i c a t i o np r o g r a m so ft h ep c ( p e r s o n a lc o m p u t e r ) ，w h i c hi n c l u d et h ep r o g r a m so ft h em u t u a li n t e r f a c eo fp e o p l ea n dc o m p u t e r , t h ep r o g r a m so fd e c a p s u l a t i n gd a t ap a c k e tp r o t o c o l ，t h ep r o g r a m so fc o o r d i n a t et r a n s f o r m a t i o na n dt h ep r o g r a m so fd a t a b a s es t o r i n ga n dh a n g i n g ，c a na c h i e v et ot r a c kt h e d i g i t a ll o g i s t i c st e r m i n a la n dd i s p l a yt i m e l yt h et e r m i n a lr u n n i n gr o u t e sf i n a l l y , t h ep a p e rh a sd e b u g g e dt h ew h o l ev e h i c l em a i nc o n t r o lc e n t e rs y s t e m t h er e s u l to fd e b u g g i n gf n d i c a t et h a tt h es y s t e mc a nr a p i d l ya n da c c u r a t e l ya c q u i r et h ew i r e l e s si n f o r m a t i o nf r o mt h ev e h i c l et e r m i n a t e s ，a n dp r o c e s sa n ds t o r et h ed a t af r o mr f i da n dg p s t h eu s e f u li n f o r m a t i o nc a nd i s p l a yt h em u t u a li n t e r f a c eo fp e o p l ea n dc o m p u t e r a tt h es a m et i m et h em u t u a li n t e r f a c eo fp e o p l ea n dc o m p u t e rc a nb ee x c h a n g e df o ra u t o m o t i v et e r m i n a l st ot h ea c q u i s i t i o no fr f i da n do t h e rr e l e v a n ti n f o r m a t i o nt op r o v i d ear e l i a b l ea n de f f e c t i v ep l a t f o r mf o rt h ed i s p l a yk e yw o r d s ：d i g i t a ll o g i s t i c ss y s t e m ；g p s ；r f i d ；v e h i c l em a i nc o n t r o lc e n t e rs y s t e m ；m s p 4 30 ：m a p o b je c t s广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明学位论文原创性声明本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。论文作者签名：力咿年占月7 日学位论文使用授权说明本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务：学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。清选择发布时间：口即时发布口解密后发布( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定)论文作者签名：丫般导师签名广西大掌硕士掌位论文基于r f i d 和g p s 技术的教字物流车载主控中心系统研究第一章绪论1 1 数字物流系统概述数字物流系统是在传统物流的基础上，引入高科技手段，对物流信息进行科学管理，从而使物流速度加快、准确率提高、库存减少、成本降低的数字化和高度集成化的信息管理系统n 。3 1 。数字物流系统主要由车载终端系统和车载主控中心两大部分组成。本课题研究的主要内容是数字物流车载主控中心系统。该系统是数字物流系统中的一个重要组成部分。1 2 本课题的研究意义从数字物流的定义可以看出，保证信息流的及时与畅通，并将数据信息提交给物流信息管理平台进行处理，就必须建立一个以仓储、运输、配送及跟踪为一体的数字物流体系结构。g p s 全球定位系统是美国布设的第二代卫星无线电导航系统，通过空间2 4 颗g p s 专用卫星，用无线电波向地面监控站发播卫星轨道即每时刻的精确位置，地面上用g p s 接收机同时接收4 颗以上卫星信号，根据卫星提供的精确数据计算地面点位置。g p s 具有精度高、速度快、全天候、距离远等特点，它能向任意多用户提供高精度、全天候、连续、? 实时的三维测速、三维定位和授时h 1 。随着物流业的发展壮大，运输量的增多，对运输车辆的经营管理和合理调度就成为货物运输管理系统中的一个重要问题。过去，用于交通管理系统的设备主要是无线电通信设备，由调度中心向车辆驾驶员发出调度命令，驾驶员只能根据自己的判断说出车辆所在的大概位置，而在生疏地带或在夜间则无法确认自己的方位时甚至会迷路。因此，从调度管理和安全管理方面，其应用受到限制。g p s 定位技术的出现给车辆、轮船等交通工具的导航定位提供了具体的实时的定位能力瞄1利用全球定位系统g p s 确定货车的位置，再通过移动技术发短信传输到控制中心，控制中心通过短信接收装置，将数据采集接受，通过计算机进行处理分析，最后以图形化方式，及时显示货车位置，通过这种方式，物流控制中心不但可以监控自己一城一地的物流状况，更可以将自己物流系统调度延伸到全国，而不用建立起自己的通讯网络，实现了低成本，大范围，体现了物流的效率。当控制中心需要调整某个车辆运输时，只需在计算机上下达指令，计算机自动将其翻译成语音，同时也将其变成短信通过移动网络发出，司机收到语音与短信通知后可调整自己路线。当遇到特别情况司机可与主控中心通过无线移动网络直接通话，主控中心根据具体情况下达指令阻1 。传统的g p s 车载终端系统主要用于车辆的定位、监控中心远程调度等。广西大掌硕士学位论文基于r f i d 和g p s 技术的数字物流车载主控中心系统研究然而，随着信息时代快速发展，只有g p s 技术是远不能实现数字物流系统要求的。车载货物的智能识别是数字物流系统的重要环节，将g p s 和r h d 技术相结合非常必要。r f i d 技术，即无线射频识别技术( 也称电子标签) 是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，作为条形码的无线版本，r f i d 技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点，其应用将给零售、物流等产业带来革命性交化1 7 一。随着r f i d 技术发展和完善，利用电子标签，结合一些数据采集技术，可形成现场作业系统。从而将企业管理系统延伸到作业人员的手掌中或叉车上，由信息引导作业，使物流各个环节的工作更方便、更灵活、更智能【7 1 。例如，在货物入库时，叉车司机只需在收货处用车载r f i d 阅读器读取货物上电子标签中携带的货物信息，然后根据车载终端屏幕上给出的提示将货物运送到指定位置；在货物出库时，叉车上的货物可以直接装载到运输车辆上，货物的相关信息由安装在车辆顶部的r f i d 设备读取；在运输途中，如果有货物丢失，监控调度中心能通过车载终端中的r f i d 阅读器模块及时获取丢失货物的相关信息( 货物的生产和出厂日期，货物要送往的目的地，以及丢失货物的数量等。将无线射频识别i 强i d 技术与卫星定位g p s 技术融合，能形成一个流动的物体与流动车辆信息共同实时监管的立体识别定位安全网络，这是仅用g p s 技术难以达到的。g p s跟踪定位技术与r f i d 智能识别技术有着各自的优势，g p s 跟踪定位技术不受时间和空间的限制能全天候、实时、连续地提供高精度的位置、速度及时间信息，在物体跟踪定位、车辆导航等领域有着广阔的应用空间；r f i d 无需接触和人工干预，在物品的管理上有独到的优势。将g p s 定位和r f i d 技术结合将极大加强物流中车辆和货物的安全管理，有着非常大的市场应用空间。数字物流系统主要包括两个组成部分：数字物流车载终端系统和数字物流车载主控中心系统。本文主要研究基于r f i d 和g p s 技术的数字物流车载主控中心系统。该系统是一个集收发模块、通信协议及数据库模块、人机交互模块以及动态显示与数据组织、整理、加工和存储为一体的智能系统。数字物流车载主控中心可以说是数字物流系统中一个非常重要的部分：在仓储环节，主控中心可获得进仓货物的数量和出仓物品的数量等相关信息；在运输环节，主控中心可获得车辆准确的定位信息和车辆运行情况信息；在配送环节，主控中心负责控制、调度和指挥车辆；在跟踪环节，主控中心可以对车辆和货物的状态进行跟踪 2 6 - 2 7 1 。因此，研究和设计基于g p s 和r f i d 技术的数字物流车载主控中心系统是非常必要的。基于g p s 和r f i d 技术的数字物流车载主控中心系统是一个集成化程度很高的系统。利用该系统，物流公司能实时跟踪车载终端，能实现与车载终端之间的数据无线传输，能实现远程控制调度的控制系统。它能够通过g s m 系统，与车载终端之间进行短信数据收发，快速、精确地获取物流货物的属性信息( 产地、成分、等级、生产日期等等) ，及货物的数量、要送达的目的地等相关状态信息，提高仓储管理的效率。在货物运输途中，2广西大学硕士掌位论文基于r f i d 和g p s 技术的数事物流车载主控中心系统研究通过车载终端之间的通信，能够动态、适时地显示车辆的运行状态及时准确地掌握物流车辆的信息，提高运输车辆的。另外，通过该系统，可实时掌握货物在途信息，根据变化调整运输计划，有效利用公司的车辆资源，最大限度地缩小不良影响，降低经营成本，增加企业经济效益，完善物流服务，提高企业的竞争力，赢得更多稳定的市场份额。随着信息技术的发展，系统集成度的提高，开展基于r y i d 技术和g p s 技术数字物流系统的研究，将有助于推动我国数字物流相关硬件设备的产业化，促进相关标准的形成，从而大大提高物流业的整体工作效率。1 3 本课题的国内外应用现状目前，r f i d 和g p s 技术在国内外的研究和分别应用已经非常广泛，但是将两者结合起来的研究和应用还相当少。国外一些发达国家已开始了这方面的研究，但在国内这方面的研究还没真正开始饽1 。美国的凤凰城s k yh a r b o r 国际机场现在就在使用t r a n s c o r e 公司为其开发的基于r f i d 和g p s 技术的车辆跟踪系统n 们。该系统可以为各种运营车辆排定服务顺序，为机场今后的管理升级和加强对车辆跟踪和安检做好准备。该机场安装了这一系统后，经济收益增加了2 5 ，交通堵塞减少2 0 。据机场有关负责人估计，如果没有这种无线跟踪系统，机场的工作人员至少要增加一倍甚至两倍，才能满足联邦航空管理总局的临时强化安检要求。扫本的k o k u y o 公司已经开始运用先进的r f i d ( 电子标签) 和g p s 来追踪目标。这项技术可以实现很多应用n 们，一些偏执的父母可以利用这个服务，选择追踪老人，小孩甚至迷失方向的淘气宠物。使用该项技术可以实现很多功能，如果追踪目标超出预定义范围5 公里，系统自动会发送一封报警邮件给监护人。除了守护功能以外，当地支持中心也会实施“超出安全策略 以确保该目标不会偏离太远。但是，据本文调查所知，在国内将g p s 和r f i d 技术同时应于物流管理系统的研究，目前尚未见相关其它报道。1 4 研究内容和主要工作一研究内容：本课题研究基于g p s 和r f i d 技术的数字物流车载系统，主要功能是进行车辆的监控、调度以及管理，同时对车上的货物进行监控管理。它将全球领先的g p s 卫星定位技术、g s m 全球移动通信技术、r f i d 电子标签技术以及计算机网络通信与数据处理等技术集成在一起。整个系统又可以分为两个独立的子系统：数字物流车载终端系统和数字物流车载主控中心系统，如图l l 所示：3广西大掌硕士掌位论文基于r f i d 和g p s 技术的数字物流车载主控中心系统研究数字物数字物流车载流车载终端系主控中统心系统图1 - 1 数字物流车载系统的基本结构框图f i g 1 - lt h ef u n d a m e n t a ls t r u c t u r eo fd i g i t a ll o g i s t i c sv e h i c l es y s t e m1 数字物流车载终端系统该子系统主要完成g p s 和r f i d 信息的采集，并将信息进行封装与发送。该部分由课题小组其它成员设计完成。2 数字物流车载主控中心系统这部分是本文的主要研究内容，包括：接收车载终端的状态信息或向车载终端发送控制信息；将这些状态信息进行解析，以供对各个车辆上的货物进行监控和对车辆进行调度、管理。具体为将接收到的g p s 信号中的经纬度坐标换算成为平面直角坐标，显示车辆的动态轨迹；对车辆及车上物品数据库进行动态的管理；对车辆的行驶状态和货物装卸等进行实时监控和调度等。二本文主要研究工作：( 1 ) 对数字物流车载主控中心系统进行了模块化的整体方案设计，并明确各不同模块的功能、关系及任务。将数据无线传输、通信协议及数据库结构、人机交互界面作为设计重点，并进行了相应模块的软、硬件研制和调试。- ( 2 ) 在硬件电路方面，研制并调试了车载主控中心系统中的硬件收发平台，实现了接收从车载终端通过g s m 系统传送回的短信数据包和向车载终端发送命令信息。该接收板包括g s i d 无线数传模块，串1 2 输出模块，电源模块，m s p 4 3 0 微处理器模块等。( 3 ) 软件方面，以m s p 4 3 0 微处理器为核心，通过编程以控制g s m 模块和串口模块，达到从g s m 模块读取短信息和通过串口向p c 机发送信息的目的。通过编写p c 机应用程序，包括人机交互界面程序、数据包协议解封装程序、坐标转换程序、数据库存储及挂接程序，实现了对数字物流车载终端适时跟踪、显示其行进路线，了解车上货物装卸过程等。( 4 ) 对所研究的数字物流车载主控中心系统进行了整机调试。调试结果表明：该系统能够快速、准确地获取车载终端采集传送过来的g p s 无线传输数据，同时进一步对所获取的数据进行处理和存储，并能在所建立的p c 机的人机交互界面上，适时、正确显示车载终端运动轨迹等相关信息。4广西大掌硕士学位论文基于r f i d 和g p s 技术的数字物流车载主控中心系统研究第二章车载主控中心系统总体设计方案本章首先基于技术的先进性、灵活的开放性、经济实用性、实时性、可维护性和可扩展性的设计原则，提出了基于r f i d 和g p s 技术的数字物流车载主控中心系统的设计方案。整个主控中心由硬件收发平台、通信协议模块、数据库模块和人机交互界面四个部分组成。硬件收发平台主要功能是接收由车载终端传回主控中心的r f i d 和g p s 的短信息，和向车载终端发送控制命令信息。通信协议模块保证车载终端与主控中心的无线数据传输的安全性和完整性。数据库模块完成对所接收的数据进行组织、整理、加工和存储。人机交互界面模块主要完成数据库中提取有用信息，并在p c 机的人机交互界面上完成电子地图及动态图层的显示，提供操作人员对车载终端的调度控制及各种相关信息的实时反馈。2 1 数字物流车载主控中心系统功能主控中心的主要功能是与各个车载终端进行通信。它可接收反映车载终端运行状态和车上货物的信息。并将这些状态信息进行解析，以对各个车辆的行踪和车上的货物进行监控，并对车辆进行合理调度和管理。另外，主控中心还可以向车载终端发送控制调度信息。：2 2 数字物流车载主控中心系统的设计原则一个系统开发的成功与否首先取决于它能否正确的实现预定的目标和功能，其次要有充分的条件保证系统的未来发展，为此，在本系统的方案设计中遵循了以下的原则：技术的先进性、灵活的开放性、经济实用性、实时性、可维护性和可扩展性。2 3 本数字物流车载主控中心系统总体设计方案主控中心的主要功能是接收来自各个车载终端发送的信息，并将这些信息进行解析，以对各个车辆及车上的货物进行监控、调度和管理。具体包括：将接收到的。g p s信号中的经纬度坐标换算成为平面直角坐标，显示车辆的动态轨迹；对车辆及车上物品数据库进行动态的管理；对车辆的行驶状态和货物装卸等进行实时监控和调度。为此，本文将主控中心系统细分为如下几个功能模块：该子系统结构框图如图2 - 2 所示。( 1 ) 硬件收发平台：功能是通过g s m 系统，接收由车载终端传回主控中心的r f i d 和g p s的短信息，和向车载终端发送控制命令信息。该平台主要由g s m 无线数传模块、m s p 4 3 0微处理器模块、串口输出模块组成，实现无线数据通信及串口数据通信。g s m 无线数传l 于i l f i d 和g p s 技术的数字物渲车载主控中心系统研究模块接收车载终端系统传送回主控中心的的短信息，或向车载终端发送调度命令信息。而串口数据输出模块是接收到的r f i d 和g p s 信息包上传p c 机，也可通过应用程序读取串口信息。( 2 ) 通信协议模块：通信协议的主要功能是保证车载终端与主控中心的无线数据传输的安全性和完整性( 3 ) 数据库的主要功能是保证对所接收的r f i d 和g p s 数据进行组织、整理、加工和存储。( 4 ) 人机交互界面：人机交互界面功能是从数据库中提取所需信息，在p c 机的人机交互界面上完成电子地图及动态图层的显示，以使操作人员对车载终端进行跟踪、调度和控制，及各种相关信息的实时反馈。图2 - 1 数字物流车载主控中心系统f i g 2 - 1d i g i t a ll o g i s t i c sv e h i c l ec o n t r o lc e n t e rs y s t e m2 4 本文车载主控中心系统具体设计方案上一节是从功能模块的角度对车载主控中心提出了总体设计方案。现在从硬件和软件设计的角度出发，对本课题的设计方案进行详细介绍。2 4 1 硬件部分硬件部分是由包括g s m 模块、m s p 4 3 0 微处理器、串i = 1 数据采集模块、时钟电路，电源电路等构成的硬件收发平台。该平台的作用是：( 1 ) 接收来自多个车载终端传回主控中心的短信数据包，包括车辆的行驶状态数据，r f i d 采集的货物属性及状态数据，车辆的属性数据等等数据。( 2 ) 将主控中心的命令数据传给车载终端，如图2 2 所示。( 1 ) 无线数据传输模块：利用硬件接收平台中的g s m 模块收发和车载终端系统进行短信数据包的收发。( 2 ) 串口数据采集模块：利用硬件接收平台m p s 4 3 0 微处理器和p c 机之间进行数据通信。6基于r f i d 和g i 峪抽沐的致字物流车载主控中心系统研究图2 - 2 车载主控中心硬件接收板架构图f i g 2 2v e h i c l ec o n t r o lc e n t e rh a r d w a r ec i r c u l a rr e c e i v i n gb o a r d2 4 2 软件部分该软件部分又可以分为两个部分：( 1 ) 底层软件部分：利用i a re m b e d d e dw o r k b e n c hv 3 4 0 软件，开发针对硬件接收平台的控制程序，它主要是应用于m s p 4 3 0 微处理器中，负责g s m 模块收发短信数据包和串口模块收发数据。，( 2 ) 应用软件部分：主要以v c + + 6 0 软件为核心，辅助以m a p o b j e e t s 控件，a c c e s s软件和s q l 软件开放的管理层应用软件，开发包括人机交互界面的显示程序，数据库的管理程序等。软件部分详细见图2 4 所示。7基于r f i d 和g p s 技术的敦字物流车载主控中心系统研究图2 - 4 软件子系统f i g 2 - 4s o f t w a r es u b s y s t e m2 5 本章小结提出了基于r f i d 与g p s 集成技术的数字物流车载主控中心系统的总体设计方案。并对各个系统和模块的功能进行了明确的划分和阐述。并从硬件和软件设计的角度出发，对本课题的设计方案进行了详细介绍，为后续研究工作奠定了基础。8广西大掌硕士学位论文基于r f i d 和g p s 技术的数字物流车载主控中心系统研究第三章车载主控中心系统硬件收发平台研制车载终端和车载主控中心之间正常通信是整个物流系统顺利运行的根本保证。通信任务具体是：接收来自多个车载终端传回主控中心的短信数据包( 包括车辆的行驶状态数据、r f i d 采集的货物属性及状态数据、车辆的属性数据) 和将主控中心的控制调度命令传给车载终端。本课题研究的数字物流系统主要包括两个组成部分：数字物流车载终端系统和数字物流车载主控中心系统。在本课题其它成员完成数字物流车载终端系统研究基础上n ，本章主要研制了基于r f i d 和g p s 集成应用的数字物流车载主控中心系统的硬件收发平台；编写了底层驱动程序以控制g s m 模块，并对该平台进行了软硬件调试。整个硬件平台以m s p 4 3 0 微处理器为控制核心，还包括g s m 数传部分，键盘部分和电源部分。该硬件平台是车载主控中心的重要组成部分，它可以通过g s m 无线数传模块，接收来自车载终端的数据信息，或对车载终端发送控制命令信息。另外还可以通过串口通信模块，与p c 机的串口相连，将接收数据包传给p c 机，或从p c 机接收将要发给车载终端的控制命令。3 1 主控单元设计3 t 1 主控器的电路研制本文研制的车载主控中心系统的硬件收发平台，选用的是t i 公司的f l a s h 型6 4 - p i nq f p 封装的m s p 4 3 0 f 1 4 9 微处理器。该微处理器堪称目前世界上功耗最低，其应用系统可以做到用一枚电池正常工作1 0 年；m s p 4 3 0 f 1 4 9 微处理器的电源电压很低，只有1 8 v - - -3 6 v ；r a m 数据保持方式下耗电仅o 1ua ，活动模式耗电2 8 0ua m i p s ( m i p s ：每秒百万条指令数) ，i o 输入端口的漏电流最大仅5 0 n a i 另外，m s p 4 3 0 系列微处理器采用矢量中断，支持十多个中断源，并可以任意嵌套，用中断请求将c p u 唤醒只要6us ，通过合理编程，既以降低系统功耗，又可以对外部事件请求作出快速响应。l d s p 4 3 0 f 1 4 9 是1 6 位单片机，采用了目前流行的、颇受学术界好评的精简指令集( r i s c )结构，一个时钟周期可以执行一条指令( 传统的m c s 5 1 单片机要1 2 个时钟周期才可以执行一条指令) ，而且当m s p 4 3 0 工作在8 m h z 晶振时，指令速度可达8 m i p s 。m s p 4 3 0 f i 4 9 单片机结合t i 的高性能模拟技术，集成了较丰富的片内外设：看门狗( w d t ) 、模拟比较器a 、定时器a ( t i m e r _ a ) 、定时器b ( t i m e r b ) 、串n o ，1 ( u s a r t o 、1 ) 、硬件乘法器、l o 位1 2 位1 4 位a d c 、1 2 位d a c 、直接数据存取( d m a ) 、6 组i 0 端口( p i , - - p 6 )以及基本定时器( b a s i ct i m e r ) 等。其中，看门狗可以在程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出高精度( 1 0 1 1 位) 的a d 转换器；1 6 位定时器( t i m e r _ a 和t i m e r _ b )具有捕获比较功能；大量的捕获比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、p v o a 等；9广西大掌硕士掌位论文基于r f i d 和g p s 技术的教字物流车载主控中心系统研究多功能串口( u s a r t ) 可实现异步、同步和1 2 c 串行通信，能方便地实现多机通信等应用；具有较多的i o 端口，最多达6 * 8 条i o 口线，i 0 输出时，不管是灌电流还是拉电流，每个端口的输出晶体管都能够限制输出电流( 最大约2 5 m a ) ，保证系统安全；p i 、p 2 端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入：1 2 位a i d 转换器有较高的转换速率，最高可达2 0 0 k b s ，能够满足大多数数据采集应用。图3 - i 是车载主控系统主控制器m s p 4 3 0 f 1 4 9 模块各引脚电路连接图n 们。图3 - 1 主控器电路f i g 3 1m a s t e rc o n t r o lc i r c u i tm s p 4 3 0 f 1 4 9 模块有p l - - 一p 6 六组i o 端口，这些端口可直接用于输入输出，m s p 4 3 0中无专门的i o 指令，i 0 口的操作多是通过传送指令完成。p i - p 6 都可以位寻址。图3 一l ( a ) 和图3 - i ( b ) 是m s p 4 3 0 f 1 4 9 模块的晶振电路，第一晶振又称低速晶振( 通常3 2 7 6 8 k h z ) ，可作为系统的辅助时钟( a c l k ) ，低速晶振接在x i n 和x o u t 之间( m s p 4 3 0的8 脚和9 脚) ，m s p 4 3 0 已经将所需的两个小电容集成在芯片内部，所以不用再加任何外围器件；第二晶振又称高速晶振( 通常8 m h z ) ，可产生频率较高的主系统时钟( m c l k )供给c p u ，以满足高速的数据运算需要，当然也可以在不需要c p u 工作的时候关闭m c l k ，高速晶振的x i n 和x o u t 分别与m s p 4 3 0 的5 3 脚和5 2 脚相连。另外，m s p 4 3 0 内部还有个d c o 振荡器，当上面两个晶振失效的时候，d c o 振荡器会自动被选作m c l k 的时钟源。图3 1 ( c ) 是m s p 4 3 0 f 1 4 9 模块的复位电路，主要有m a x 8 0 9 组成，与m s p 4 3 0 的5 8脚相连。该复位电路与两个晶振电路共同构成m s p 4 3 0 工作的最小系统。i o广西大学硕士掌位论文基于r f i d 和g p s 技术的数字物流车载主控中，乜系统习阳电图3 - 1 ( a ) 主控器第一晶振电路f 逸3 - 1 ( a ) f i m to s c i l l a t o rc i r c m t图3 - 1 ( b ) 主控器第二晶振电路f i g 3 - 1 ( b ) s e c o n d0 鲥1 l a t o rc i r c u i t鼍r图3 - 1 ( c ) 主控器复位电路f i g 3 1 ( c ) r e s e tc n u i t3 1 2 调试接口研制( 1 ) j t a g 接口j t a g ( j o i n tt e s ta c t i o ng r o u p ，联合测试行动小组) 是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试。j t a g 技术是一种嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了专门的测试电路t a p ( t e s ta c e e s sp o r t ，测试访问口) ，通过专用的j t a g 测试工具对内部节点进行测试。j t a g 接口常用于实现i s p 在线系统编程功能，通过该接口，可对芯片内部的所有部件进行访问，因此是开发调试嵌入式系统的一种简洁高效的手段。目前，t i 公司的m s p 4 3 0 系列芯片都支持j t a g 接口，该接口遵循为测试芯片而制定的i e e e s t d l l 4 9 1 标准，通过t d o 、t d i 、t m s 与t c k 四个信号来测试芯片的内部状态。t i 公司称j t a g 接口装置为f e t ，通过f e t 就可以对该系列单片机编程与仿真。如图3 - 2所示，是车载主控中心系统的j t a g 调试接口电路，t d o 、t d i 、t m s 与t c k 分别m s p 4 3 0的5 4 、5 5 、5 6 和5 7 引脚相连接们。基于r f i d 和g p s 技术的数字物流车载主控中心系统研究困3 - 2 t a g 电路f i g 3 - 2j t a gc i r c u i t( 2 ) 串口调试接口g s m 模块本身有标准的u a r t 口。为了调试的方便，将m s p 4 3 0 的t x d 0 ( 3 2 脚) 、模块的r x d 3 ( 2 7 脚) 与t x d 3 ( 2 8 脚) ，g s m 模块的r x d 0 ( 1 8 脚) 与t x d 0 ( 1 9 脚) 分别用插针引出。图3 - 3 是本系统串口调试电路示意图【l o l 。图3 - 3 串口调试电路h g 3 - 3s e r i a lt e s tc i r c u i t3 2 无线数传单元研制蜂窝通信引擎t c 3 5 i 是西门子推出的新一代g s m 双频模块，它设计小巧、功耗很低。t c 3 5 i 与g s m2 2 + 兼容，具有双频g s m 9 0 0 g s m l 8 0 0 ：电源电压为3 3 v - - - 4 8 v ，s i m 电压为1 8 v - - - 3 v ；可选波特率3 0 0 b p s - - 1 1 5 k b p s ，动态波特率4 8 1 1 5 k b p s