基于物聯(lián)網(wǎng)的物流車載終端系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)研究論文
基于物聯(lián)網(wǎng)的物流車載終端系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)研究論文
伴隨著物流行業(yè)的不斷發(fā)展，物流車輛及貨物的安全問題也逐漸凸顯。如何對物流運輸過程中運輸車輛和車內(nèi)貨物的狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控成了切實存在的問題。同時隨著人力成本的增加，亟需對貨物裝卸貨流程的記錄進(jìn)行自動化操作來減少成本、增加效率。以下是學(xué)習(xí)啦小編為大家精心準(zhǔn)備的：基于物聯(lián)網(wǎng)的物流車載終端系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)研究相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!
基于物聯(lián)網(wǎng)的物流車載終端系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)研究全文如下：
引言
物聯(lián)網(wǎng)( IOT) 是通過信息傳感設(shè)備、按約定的協(xié)議將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟生活的提高，物流作為承載聯(lián)系的主要紐帶發(fā)揮的作用越來越大，物流行業(yè)已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，由于業(yè)務(wù)量和客戶需求的不斷提升以及物流產(chǎn)品種類的不斷豐富，物流行業(yè)也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。在物流運營中爆倉、配送延遲、產(chǎn)品損壞、安全失控等問題頻繁發(fā)生，而生鮮產(chǎn)品和彈藥、火工品等軍事物資的運輸對物流運送條件提出了更加苛刻要求。因此，實時監(jiān)控物流運輸車相關(guān)狀態(tài)信息，定位跟蹤各物流運輸車位置以進(jìn)行快速調(diào)度和分配，已經(jīng)成為現(xiàn)代物流技術(shù)發(fā)展的新需求。
本文綜合利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提出并實現(xiàn)了“基于物聯(lián)網(wǎng)的智能物流車載終端系統(tǒng)”，由于Zig Bee 技術(shù)具有近距離、低功耗、低數(shù)據(jù)率、低成本的特點，將其應(yīng)用于物流運輸車廂微信息的采集，可大大降低功耗和開發(fā)成本，采用全球定位系統(tǒng)( GPS) 實現(xiàn)對移動目標(biāo)的實時定位跟蹤，采用通用分組無線業(yè)務(wù)( general packet radio service，GPRS) 技術(shù)實現(xiàn)物流監(jiān)控中心和車載終端的互聯(lián)互通，最終實現(xiàn)對物流車載終端的遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能調(diào)度。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)主要包括智能物流車載終端和物流監(jiān)控中心兩部分。
從圖1 中可以看到智能物流車載終端主要由RAM11主控器、Zig Bee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)( WSNs) 、GPRS 模塊和GPS模塊等構(gòu)成，安裝在物流運輸車上?；赯igBee 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由多個傳感器采集節(jié)點構(gòu)成，用于采集運輸車廂微環(huán)境信息，如車廂內(nèi)的溫度、濕度、氣體煙霧、車廂門打開和貨物安全等信息，多個傳感器節(jié)點信息匯聚到協(xié)調(diào)器節(jié)點后發(fā)送給主控器，形成車廂內(nèi)微環(huán)境感知無線網(wǎng)絡(luò); 主控器是基于ARM11 的嵌入式網(wǎng)關(guān)，由GPS 模塊獲取運動車輛的經(jīng)緯度信息，并通過GPRS 模塊將接收到的車廂微環(huán)境信息與當(dāng)前位置信息發(fā)送到物流監(jiān)控中心。本文重點介紹物流車載終端系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)。
2 車載終端硬件設(shè)計
物流車載終端主要由ARM11 主控制、Zig Bee 無線收發(fā)模塊、傳感器模塊、GPRS 模塊及相關(guān)外圍電路組成。
2. 1 主控模塊與外圍電路
ARM11 主控器采用Samsung 公司RISC 嵌入式微處理器S3C6410。S3C6410 采用64 /32bit 內(nèi)部總線架構(gòu)，基于ARM1176JZF—S 核，具有4 通道UART，支持嵌入裁剪后的Linux 操作系統(tǒng)，具有低成本、低功耗、高性能的優(yōu)良品質(zhì)，主要面向便攜式和高性價比及低功耗設(shè)備的應(yīng)用，可以方便地與Zig Bee 模塊和GPRS 模塊通信。相關(guān)外圍電路包括報警模塊、電源及復(fù)位模塊、LCD 觸摸屏顯示模塊等。
2. 2 Zig Bee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
2. 2. 1 Zig Bee 無線網(wǎng)絡(luò)
Zig Bee 收發(fā)模塊采用TI 公司的CC2530 芯片作為主控芯片。CC2530 是片上系統(tǒng)( SOC) 高度集成的芯片解決方案，內(nèi)部集成了一個增強型8051 單片機，含256 kB 程序存儲器，支持2. 4 GHz IEEE 802. 15. 4 射頻收發(fā)，適應(yīng)2. 0 ～3. 6 V 直流電源，可由電池供電，實現(xiàn)節(jié)點的微型化。ZigBee 協(xié)調(diào)器模塊同樣以CC2530 為核心，包含電源轉(zhuǎn)換模塊、RS—232 通信模塊及少量外圍工作電路，主要完成數(shù)據(jù)的接收和上傳功能，其功耗較大且需長時間不間斷地運行，因而，協(xié)調(diào)器節(jié)點由主控器USB 端口供電。
系統(tǒng)構(gòu)建Zig Bee 星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實現(xiàn)基于Z-Stack協(xié)議棧帶有網(wǎng)絡(luò)自啟動功能的無線網(wǎng)絡(luò)，包含一個協(xié)調(diào)器節(jié)點和多個終端節(jié)點，協(xié)調(diào)器是整個網(wǎng)絡(luò)的核心，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的組建、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的管理、尋找節(jié)點之間的路由消息等，終端節(jié)點是實現(xiàn)具體功能的單元。所有終端節(jié)點由協(xié)調(diào)器節(jié)點分配不同的網(wǎng)絡(luò)地址，通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)匯聚到協(xié)調(diào)器節(jié)點，協(xié)調(diào)器節(jié)點通過RS—232 串口與主控器進(jìn)行通信，主控器對接收到的數(shù)據(jù)解析后，根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)地址判斷信息來自于哪個Zig Bee 節(jié)點。
2. 2. 2 傳感器模塊
CC2530 收發(fā)模塊外擴傳感器對運輸車廂微環(huán)境信息進(jìn)行采集，并配合控制電路實現(xiàn)車廂內(nèi)環(huán)境的智能化控制。本文主要檢測物流運輸車上的溫度、濕度、車廂門打開以及車廂內(nèi)貨物是否安全等信息。
溫濕度傳感器采用Sensirion 公司推出的可以同時測量溫度和濕度的SHT11 傳感器芯片，SHT11 芯片將溫度感測、濕度感測、信號變換、加熱器和A/D 轉(zhuǎn)換等功能集成到一個芯片上，供電電壓2. 4 ～ 5. 5 V，與CC2530 電壓相匹配。將Zig Bee 外擴溫濕度傳感器模塊放置于車廂不同位置檢測車廂的溫度、濕度環(huán)境狀況。車廂門安防控制主要使用亮度傳感器和人體熱釋紅外傳感器兩個傳感器共同來判斷是否有人非法進(jìn)入，使用開關(guān)傳感器檢測車門是否異常打開，使用聲音傳感器監(jiān)測易碎品的安全狀況，使用煙霧傳感器結(jié)合車廂溫濕度環(huán)境判斷是否有火災(zāi)發(fā)生，提前預(yù)警以便及時排除險情，保證貨物安全。
2. 3 GPRS 模塊
GPRS[4]是實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無線傳輸、實時數(shù)據(jù)通信的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，是在GSM 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸方式，在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。系統(tǒng)選用SIMCOM 公司的SIM300 GPRS 模塊，該模塊正常使用時，需配備一張SIM 卡，上電前確保天線正確連接，工作時需要電信網(wǎng)絡(luò)支持，在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)計費方面類似于普通手機。SIM300 GPRS 模塊采用AT 指令集通過串口與S3C6410 進(jìn)行通信，通信速率設(shè)定為115 200 bps，短信數(shù)據(jù)格式采用通用的PDU 數(shù)據(jù)格式，實現(xiàn)車載終端與物流監(jiān)控中心的無線通信。
2. 4 GPS 定位模塊
GPS 是一個高精度、全天候和全球性的無線電導(dǎo)航、定位和定時的多功能系統(tǒng)。加電后GPS 模塊首先開始尋星，并不斷向主機端推送自身狀態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)尋星成功時，持續(xù)向主控器發(fā)送有效位置信息。系統(tǒng)通過GPS 接收機接收定位衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)，計算得到運動車輛的經(jīng)緯度坐標(biāo)位置，然后通過GPRS 模塊發(fā)送給物流監(jiān)控中心。
3 車載終端軟件設(shè)計
車載終端主控器S3C6410 運行Emebedded Linux 2. 6.21 內(nèi)核操作系統(tǒng)，采用QT 進(jìn)行嵌入式開發(fā)，用交叉編譯的方式燒寫程序，搭配觸摸屏，實現(xiàn)車載終端信息的檢測和顯示。
車載終端軟件設(shè)計主要包括: 系統(tǒng)上電初始化、Zig Bee數(shù)據(jù)采集、GPS 定位信息獲取、GPRS 短信收發(fā)、數(shù)據(jù)處理以及LCD 顯示等。Zig Bee 協(xié)調(diào)器、GPRS 模塊和GPS 模塊通過串口連接到主控器上，系統(tǒng)采用多線程串口監(jiān)聽實現(xiàn)ZigBee 數(shù)據(jù)、GPRS 短信數(shù)據(jù)收發(fā)以及GPS 數(shù)據(jù)的接收。系統(tǒng)上電初始化后，首先建立三個串口監(jiān)聽線程，當(dāng)某線程監(jiān)聽到串口數(shù)據(jù)后解析并進(jìn)行相應(yīng)處理，對于車廂微環(huán)境信息、報警信息、GPS 定位等信息需按照通信協(xié)議重新組織報文，調(diào)用GPRS 發(fā)送短信程序與物流監(jiān)控中心進(jìn)行通信。
4 系統(tǒng)測試
為了檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，對運輸車輛傳感器信息采集節(jié)點發(fā)送的1000 個數(shù)據(jù)包( 采集間隔時間為10s)進(jìn)行了數(shù)據(jù)包接收性能測試，計算協(xié)調(diào)器節(jié)點接收到并通過GPRS 傳輸?shù)轿锪髦行牡臄?shù)據(jù)包數(shù)量與采集模塊總發(fā)出數(shù)據(jù)包的數(shù)量之比，即數(shù)據(jù)包接收率，包接收率測試結(jié)果。為方便測試，將Zig Bee 無線傳感器模塊固定在運輸車輛車廂內(nèi)部，采用電池供電，協(xié)調(diào)器節(jié)點和傳感器節(jié)點之間沒有任何金屬障礙物，通過RS—232 與主控器相連。實驗結(jié)果表明: 在通信過程中存在一些丟包情況，總體來看數(shù)據(jù)包接收率能達(dá)到94% 以上，能夠滿足實際物流運輸中監(jiān)測密度的使用要求，驗證了系統(tǒng)的可用性。
實驗表明: 由于溫度對濕度的影響較大，而實際溫度和SHT11 測試參考溫度25℃有所不同，需要對采集到的濕度值進(jìn)行線性補償和溫度補償才能得到較為準(zhǔn)確的濕度值。
5 結(jié)束語
本文以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為信息采集手段，以GPS 技術(shù)作為定位基礎(chǔ)，以GPRS 網(wǎng)絡(luò)作為承載網(wǎng)絡(luò)，充分考慮實際需求，構(gòu)建了雙閉環(huán)智能物流車載終端系統(tǒng)。車廂內(nèi)無線傳感器閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)對車廂微環(huán)境信息進(jìn)行動態(tài)采集和預(yù)警，使管理者能夠?qū)崟r了解車輛狀況信息變化，及時采取有效措施，保證產(chǎn)品品質(zhì); 車載終端與物流中心無線閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對車輛行車過程的全程監(jiān)控和車輛跟蹤定位，提高行車安全，實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度?？傊?，本系統(tǒng)具有很強的實時性和可靠性，保障了物流運送環(huán)節(jié)的安全性，同時對軍用物資配送的高效化和全程可控等目標(biāo)具有一定的借鑒意義。
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