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基于GPS／GPRS的粮食物流车载终端系统设计
作者：甄彤 甄芝科 肖乐
来源：RFID世界网
日期：2009-05-05 10:14:31
摘要：针对粮食物流的特点，设计集RFID识别技术、GPS定位技术、GPRS通信技术、传感器技术与一体的粮食物流车载终端，从而实现粮食物流运载终端的实时跟踪定位、实时采集运输过程中粮食相关状况信息，以及与远程控制中心的实时通信。
1 引言
粮食行业属于传统产业，同时也是关系到国计民生的行业，粮食物流安全是粮食安全的重要组成部分，所以利用高新技术提高其现代化水平势在必行。近年来，全球卫星定位系统和无线通信技术的发展使得对移动目标进行实时定位和远程监控调度成为可能。特别是通用分组无线业务(GPRS)的出现，更使得人们能够对移动目标进行全国范围、实时、全天候的监控调度。本文主要是研究设计基于RFID、GPS、GPRS和相关传感器技术的车载终端。它的主要功能是能不断获取移动车辆上粮食的相关信息、车辆的位置状态信息，并把这些信息通过无线通信设备发送到监控中心。同时，又能实时接受来自控制中心的指示。
2 总体设计分析
整个粮食物流车载终端主要由全GPS、GPRS、RFID、测试粮食状态信息的传感器、主控模块组成。车辆在运行过程中，车载终端的GPS接收机接收定位卫星的定位数据，计算出自身所处地理位置的坐标；通过传感器节点实时测试粮食当前状态；RFID主要存储粮食的等级，产地，出产13期等粮食状况基本信息，同时用户使用键盘，能往RFID写入车载粮食的重量、等级信息；主控模块对以上信息的处理，通过车载终端的通信模块，利用GPRS网络与远程物流控制中心进行通信。
3 粮食物流车载终端的总体结构设计
为了达到粮食物流的智能管理的要求，实现物流运载终端的实时跟踪定位、实时采集粮食相关状况信息等目的，该车载终端除了利用GPS定位模块获取当前位置信息外，还配置RFID模块和GPRS模块、粮测相关传感器模块，以便实时采集和发送所需信息，并实现与接收监控中心通信。由此，运载终端的设计可划分为五大功能模块：控制处理模块、RFID模块、GPS模块和GPRS模块、粮测传感器模块，如图1所示。
2)RFID模块用于识别运载工具上粮食的信息，根据不同需求，信息可包括粮食产地、粮食重量、粮食品质等，并由控制处理器模块读写、显示，依据实际情况，可通过GPRS模块发回监控中心。
3)GPS模块用于接收GPS卫星发来的信号并解算出定位信息，也由控制处理模块读取、显示，并可通过GPRS模块发回监控中心。以便实时掌握运载工具的位置情况。
4)GPRS模块主要功能是完成与GPRS网的连接，将经过控制处理模块预处理后的各种功能模块采集到的数据发回监控中心，以及接收监控中心发来的各种指令，并将其交给控制处理模块处理。
5)粮测传感器模块重要是用来实时测量粮食当前温湿等信息，并通过GPRS模块发回监控中心，以便实时掌握粮食当前状态信息。
4 车载终端硬件设计实现
该终端在选型时，在满足使用要求的基础上，主要的选择目标是体积重量小、能耗低的产品以满足车载的要求，主要硬件如下：
1)MCU选用超低功耗型MSP430系列16位单片机MSP43OF149，片内有丰富的外设，可实现异步、同步及多址访问的串行通信接口(USART0～ 1)以及液晶显示驱动模块，最多可达6×8条I／O线，可以满足本本终端需要。
2)GPS接收单元采用~-blox的GPS-MS1E，MCU对GPS的控制是通过串行口UART0发送命令和接收GPS信息。
3)GPRS模块采用SIEMENS的MC35i，MC35i支持GSM／GPRS双摸模块，其体积小，功耗底，能提供数据、语音、短信、传真等功能，GPRS模块通过串行口UART0与主控芯片通信。
4)RFID模块的阅读器采Tag Master公司生产的RFID识别系统S1566系列。TagMaster的射频识别(RFID)阅读器有极可靠的设计、极佳的性能和极灵活的用户适应性。
5)MCU与其他外围接口的控制通过通用I／O口实现。
5 软件系统设计
采用模块化结构程序设计方法进行设计，即根据不同功能分别进行编写和调试，等到各个模块都调试成功后，将各个模块连成整体，组成软件系统。这样的设计思路有利于程序代码的编写和优化，也便于调试和日后的维护等工作。
车载终端软件完成的主要内容包括：模块及MCU的初始化、信息采集、数据处理、LCD显示、与上位机通信等。当系统上电初始化后，根据不同要求，利用外部中断按钮或等待远程命令选择功能模块。针对不同工作模式，通过对多路串行通道的设置，发送或读取所需的数据或状态信息。对采集所得的数据预处理后保存在外部RAM，通过LCD显示出来(包括目前运载工具内货物数量、总类、各自编码或运载工具定位信息等)，并由用户按键确认后返回，即可了解粮食运载过程中实时状况，并发送到远程终端。
监控中心的主要作用就是远程获取运载终端信息，实现对运载工具的实时管理和调度。这样就需要在监控中心和运载终端之间建立一套通信机制，时刻监听从GPRS和Internet网络传送过来的运载终端数据。而Socket API正好满足了这一需求。Socket实际在计算机中提供了一个通信端口这里不做详细介绍。这里主要介绍该车载终端与远程控制中心的通信协议设计。
要实现运载终端与监控中心间的通信除了需要时刻监听网络端口外，还必需要有一套可靠的通信协议，这个协议必须是通信双方都认可的、且能识别的。本系统规定协议每条指令由16进制码组成，以Ox02开始，以OxFF结尾，并分为指令协议和响应协议两个子协议，格式定义如下：
其中ID0~ID2是运载工具的ID号，指令具体定义如表1所示：
7 结语
当今倍受瞩目的新技术，射频识别技术、定位技术、传感器技术以及无线通信技术在未来将深入到物流业的各个方面，本文通过对这些技术的综合运用设计粮食物流车载终端，本系统是一个以RFID和粮测传感器作为粮食信息采集手段，以GPS定位数据定位基础，GPRS网络作为承载网络，同时充分考虑了实际需求，设计的一种新型粮食车载终端，同时这种综合运用各种先进技术提高传统行业安全及效率的思想无疑对加快提高我国传统行业现代化水平有重要意义。
粮食行业属于传统产业，同时也是关系到国计民生的行业，粮食物流安全是粮食安全的重要组成部分，所以利用高新技术提高其现代化水平势在必行。近年来，全球卫星定位系统和无线通信技术的发展使得对移动目标进行实时定位和远程监控调度成为可能。特别是通用分组无线业务(GPRS)的出现，更使得人们能够对移动目标进行全国范围、实时、全天候的监控调度。本文主要是研究设计基于RFID、GPS、GPRS和相关传感器技术的车载终端。它的主要功能是能不断获取移动车辆上粮食的相关信息、车辆的位置状态信息，并把这些信息通过无线通信设备发送到监控中心。同时，又能实时接受来自控制中心的指示。
2 总体设计分析
整个粮食物流车载终端主要由全GPS、GPRS、RFID、测试粮食状态信息的传感器、主控模块组成。车辆在运行过程中，车载终端的GPS接收机接收定位卫星的定位数据，计算出自身所处地理位置的坐标；通过传感器节点实时测试粮食当前状态；RFID主要存储粮食的等级，产地，出产13期等粮食状况基本信息，同时用户使用键盘，能往RFID写入车载粮食的重量、等级信息；主控模块对以上信息的处理，通过车载终端的通信模块，利用GPRS网络与远程物流控制中心进行通信。
3 粮食物流车载终端的总体结构设计
为了达到粮食物流的智能管理的要求，实现物流运载终端的实时跟踪定位、实时采集粮食相关状况信息等目的，该车载终端除了利用GPS定位模块获取当前位置信息外，还配置RFID模块和GPRS模块、粮测相关传感器模块，以便实时采集和发送所需信息，并实现与接收监控中心通信。由此，运载终端的设计可划分为五大功能模块：控制处理模块、RFID模块、GPS模块和GPRS模块、粮测传感器模块，如图1所示。
图1 车载终端结构
2)RFID模块用于识别运载工具上粮食的信息，根据不同需求，信息可包括粮食产地、粮食重量、粮食品质等，并由控制处理器模块读写、显示，依据实际情况，可通过GPRS模块发回监控中心。
3)GPS模块用于接收GPS卫星发来的信号并解算出定位信息，也由控制处理模块读取、显示，并可通过GPRS模块发回监控中心。以便实时掌握运载工具的位置情况。
4)GPRS模块主要功能是完成与GPRS网的连接，将经过控制处理模块预处理后的各种功能模块采集到的数据发回监控中心，以及接收监控中心发来的各种指令，并将其交给控制处理模块处理。
5)粮测传感器模块重要是用来实时测量粮食当前温湿等信息，并通过GPRS模块发回监控中心，以便实时掌握粮食当前状态信息。
4 车载终端硬件设计实现
该终端在选型时，在满足使用要求的基础上，主要的选择目标是体积重量小、能耗低的产品以满足车载的要求，主要硬件如下：
1)MCU选用超低功耗型MSP430系列16位单片机MSP43OF149，片内有丰富的外设，可实现异步、同步及多址访问的串行通信接口(USART0～ 1)以及液晶显示驱动模块，最多可达6×8条I／O线，可以满足本本终端需要。
2)GPS接收单元采用~-blox的GPS-MS1E，MCU对GPS的控制是通过串行口UART0发送命令和接收GPS信息。
3)GPRS模块采用SIEMENS的MC35i，MC35i支持GSM／GPRS双摸模块，其体积小，功耗底，能提供数据、语音、短信、传真等功能，GPRS模块通过串行口UART0与主控芯片通信。
4)RFID模块的阅读器采Tag Master公司生产的RFID识别系统S1566系列。TagMaster的射频识别(RFID)阅读器有极可靠的设计、极佳的性能和极灵活的用户适应性。
5)MCU与其他外围接口的控制通过通用I／O口实现。
5 软件系统设计
采用模块化结构程序设计方法进行设计，即根据不同功能分别进行编写和调试，等到各个模块都调试成功后，将各个模块连成整体，组成软件系统。这样的设计思路有利于程序代码的编写和优化，也便于调试和日后的维护等工作。
车载终端软件完成的主要内容包括：模块及MCU的初始化、信息采集、数据处理、LCD显示、与上位机通信等。当系统上电初始化后，根据不同要求，利用外部中断按钮或等待远程命令选择功能模块。针对不同工作模式，通过对多路串行通道的设置，发送或读取所需的数据或状态信息。对采集所得的数据预处理后保存在外部RAM，通过LCD显示出来(包括目前运载工具内货物数量、总类、各自编码或运载工具定位信息等)，并由用户按键确认后返回，即可了解粮食运载过程中实时状况，并发送到远程终端。
图2 终端软件主要流程
监控中心的主要作用就是远程获取运载终端信息，实现对运载工具的实时管理和调度。这样就需要在监控中心和运载终端之间建立一套通信机制，时刻监听从GPRS和Internet网络传送过来的运载终端数据。而Socket API正好满足了这一需求。Socket实际在计算机中提供了一个通信端口这里不做详细介绍。这里主要介绍该车载终端与远程控制中心的通信协议设计。
要实现运载终端与监控中心间的通信除了需要时刻监听网络端口外，还必需要有一套可靠的通信协议，这个协议必须是通信双方都认可的、且能识别的。本系统规定协议每条指令由16进制码组成，以Ox02开始，以OxFF结尾，并分为指令协议和响应协议两个子协议，格式定义如下：
其中ID0~ID2是运载工具的ID号，指令具体定义如表1所示：
7 结语
当今倍受瞩目的新技术，射频识别技术、定位技术、传感器技术以及无线通信技术在未来将深入到物流业的各个方面，本文通过对这些技术的综合运用设计粮食物流车载终端，本系统是一个以RFID和粮测传感器作为粮食信息采集手段，以GPS定位数据定位基础，GPRS网络作为承载网络，同时充分考虑了实际需求，设计的一种新型粮食车载终端，同时这种综合运用各种先进技术提高传统行业安全及效率的思想无疑对加快提高我国传统行业现代化水平有重要意义。
