引言

　　道路運(yùn)輸物流業(yè)是我國(guó)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一個(gè)新型產(chǎn)業(yè),已逐漸成為我國(guó)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要組成部分[1]。本文介紹了一種利用ARM 來(lái)實(shí)現(xiàn)物流定位系統(tǒng)的手持查詢(xún)終端，該查詢(xún)終端使用簡(jiǎn)便、實(shí)用、功能齊全, 可用于防止貴重物品在物流運(yùn)輸中發(fā)生丟包的意外，并且可以通過(guò)GPS 及GPRS 向物流管理中心提供查詢(xún)物品當(dāng)前位置信息的服務(wù)。

　　1 系統(tǒng)工作原理

　　本系統(tǒng)工作原理圖如圖1 所示。在物品裝車(chē)前，使用者先把本系統(tǒng)的RFID 標(biāo)簽放置在每一個(gè)物品的包裝中，然后在物品裝車(chē)時(shí), 通過(guò)RFID 把物品信息錄入到手持查詢(xún)終端中。這樣，當(dāng)車(chē)在行駛時(shí)，手持查詢(xún)終端每隔一定時(shí)間就會(huì)自動(dòng)向物品RFID 發(fā)出詢(xún)問(wèn)信息。如果有任何一個(gè)物品上的RFID沒(méi)有應(yīng)答，終端就會(huì)發(fā)出丟包提示信息，并把丟包信息及位置信息通過(guò)GPRS 傳輸給物流管理中心；而如果每一個(gè)都有應(yīng)答，那么，終端將直接把位置信息發(fā)給物流管理中心。

圖1 物流定位系統(tǒng)手持查詢(xún)終端工作原理圖

　　2 手持查詢(xún)終端硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)主要采用模塊化的設(shè)計(jì)思想。根據(jù)目前物流定位查詢(xún)系統(tǒng)的發(fā)展需求和技術(shù)方案的比較，所確定的本系統(tǒng)的硬件構(gòu)成電路原理圖如圖2 所示。

圖2 嵌入式硬件結(jié)構(gòu)

　　本手持查詢(xún)終端硬件設(shè)計(jì)中的主控模塊采用S3C2440 為微處理器的開(kāi)發(fā)板，它擁有較大的SDRAM 內(nèi)存和FLASH存儲(chǔ)器，并且擁有一塊可以高清晰顯示的3.5 in LCD 屏，其外圍接口也比較豐富。

　　3 系統(tǒng)中各模塊的設(shè)計(jì)

　　3.1 主控模塊的設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)的主模塊采用ARM 芯片來(lái)提供DSP、Java 應(yīng)用系統(tǒng)解決方案，從而極大地縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間[2]。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如圖3 所示，其設(shè)計(jì)的板上資源如下 [3] ：

　　(1) CPU 處理器：Samsung S3C2440A，主頻400 MHz，最高533 MHz。

　　(2) SDRAM 內(nèi)存：在板64 MB SDRAM ； SDRAM 時(shí)鐘頻率高達(dá)100 MHz。

　　(3) FLASH 存儲(chǔ)器

　　在板256 MB Nand Flash ；

　　在板2 MB Nor Flash，掉電非易失，已經(jīng)安裝BIOS。

　　(4) 外圍接口：3 個(gè)串行口； 1 個(gè)USB Host 和1 個(gè)USB Slave B 型接口。

　　(5) 系統(tǒng)時(shí)鐘源：12 MHz 無(wú)源晶振。

圖3 主控模塊核心框圖

　　3.2 RFID 模塊的設(shè)計(jì)

　　(1) 物品端RFID 設(shè)計(jì)：物品RFID 可采用MSP430F2011 和2.4 GHz 無(wú)線(xiàn)模塊nRF24L01 構(gòu)成RFID 模塊。具有顯著的低功耗特點(diǎn)，僅僅使用3.3 V 紐扣電池就能工作很長(zhǎng)時(shí)間。該模塊提供有Spy-Bi 下載口，還有2 個(gè)發(fā)光二極管和2 個(gè)用戶(hù)IO 口。其中的MSP430 單片機(jī)沒(méi)有使用外部晶振，而使用內(nèi)部DCO，因而可以有效地簡(jiǎn)化系統(tǒng)，同時(shí)又能滿(mǎn)足物流標(biāo)簽的要求[5]。其設(shè)計(jì)框圖如圖4 所示。

圖4 物品端RFID 設(shè)計(jì)圖

　　(2) 手持查詢(xún)終端的RFID 設(shè)計(jì)：本設(shè)計(jì)的RFID 中心節(jié)點(diǎn)是連接在A(yíng)RM 芯片上的，而開(kāi)發(fā)板正好提供有一個(gè)含有6 個(gè)GPIO 引腳、電源線(xiàn)和地線(xiàn)的CON8。CON8 是開(kāi)發(fā)板按鍵電路和SPI 接口復(fù)用的一個(gè)外部插座，但是，CON8 是單排2 mm 間距的排針接口，需要自己設(shè)計(jì)制作一個(gè)轉(zhuǎn)接板，以將其與nRF24L01 相連。開(kāi)發(fā)板與nRF24L01 的硬件連接電路如圖5 所示。

圖5 ARM 和nRF24L01 的硬件連接

　　(3) 射頻模塊的硬件電路：由于2.4 GHz 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊nRF2401 采用的是SoC 設(shè)計(jì)，因而只需少量外圍元件便可組成射頻收發(fā)電路。而采用GMSK 調(diào)制，其速率可達(dá)到1 Mb/s ；該模塊具有125 個(gè)頻道，可滿(mǎn)足跳頻和多頻道需求；同時(shí)內(nèi)置硬件CRC 檢錯(cuò)電路和協(xié)議，可減少軟件開(kāi)銷(xiāo)；系統(tǒng)的發(fā)射功率和工作頻率等所有工作參數(shù)可全部通過(guò)軟件設(shè)置；1.9~3.6 V低電壓工作，功耗很低；而RF 收發(fā)器卻能以非常高的速率發(fā)送數(shù)據(jù)；采用芯片上內(nèi)嵌的DuoCeiver 雙信道接收模式可同時(shí)接收2 個(gè)nRF2401 的數(shù)據(jù)[4]。本設(shè)計(jì)就采用了nRF2401 芯片來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖6 所示為nRF24L01 的外圍電路圖。

圖6 nRF24L01 外圍電路

　　需要說(shuō)明的是， 圖6 所示的部分硬件電路只構(gòu)成了nRF24L01 的前端部分，主要包括電源、晶振、天線(xiàn)、濾波電路和數(shù)字控制端口等[6]。

　　3.3 GPS 定位模塊的設(shè)計(jì)

　　對(duì)于GPS 模塊的選型，本系統(tǒng)對(duì)精度和啟動(dòng)速度的要求并不苛刻。高性能和高精度的模塊必然高價(jià)格，對(duì)于控制開(kāi)發(fā)的成本不利[7]。經(jīng)過(guò)對(duì)各個(gè)廠(chǎng)家的GPS 模塊的綜合比較，認(rèn)為飛凌公司生產(chǎn)的GPS 模塊比較合適。這款GPS 模塊適合搭配ARM 開(kāi)發(fā)板使用，而且模塊自帶備份電池，對(duì)于保存位置信息和加快GPS 尋星速度有幫助。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)將開(kāi)發(fā)板COM3 分配給GPS 模塊，由于該GPS 模塊提供的是RS232電平的串口，而這款Micro2440 的COM3 是3.3 V TTL 電平的，所以，本系統(tǒng)還需要一個(gè)TTL 轉(zhuǎn)RS232 的電平轉(zhuǎn)換電路，這里采用的電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)如圖7 所示。

圖7 GPS 模塊和ARM 接口

　　3.4 GPRS 通信模塊的設(shè)計(jì)

　　通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service，GPRS) 能提供比現(xiàn)有GSM 網(wǎng) 96 kb/s 更高的傳輸速率，該方式采用與GSM 相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無(wú)線(xiàn)調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、跳頻規(guī)則以及相同的TDMA 幀結(jié)構(gòu)[8]。因此 , 本系統(tǒng)采用GPRS 模塊來(lái)與物流管理中心的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和傳輸。

　　GPRS 模塊采用MC35i，因?yàn)镸C35i 在實(shí)際生產(chǎn)生活中運(yùn)用比較廣泛，質(zhì)量可靠，性能優(yōu)越，并且價(jià)格比較低廉。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)將開(kāi)發(fā)板的COM2 分配給GPRS 模塊，并與GPS 模塊同樣采用專(zhuān)用電平轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)接板，以使ARM9 芯片和GPRS 模塊相連。其連接原理圖如圖8 所示。

圖8 GPRS 模塊與ARM 接口

　　4 手持查詢(xún)終端的軟件程序設(shè)計(jì)

　　本手持查詢(xún)終端的程序設(shè)計(jì)采用Linux-2.6.32.2 為開(kāi)發(fā)環(huán)境，同時(shí)以Qtopoia 2.2.0 為開(kāi)發(fā)平臺(tái)來(lái)開(kāi)發(fā)嵌入式軟件及圖形界面。其中，嵌入式軟件開(kāi)發(fā)必須建立交叉編譯環(huán)境，所有程序代碼的編寫(xiě)調(diào)試工作都要在PC 機(jī)上完成，而經(jīng)過(guò)編譯連接生成的可執(zhí)行文件則需要放在A(yíng)RM 板上的Linux 系統(tǒng)中調(diào)試運(yùn)行[9]。

　　本設(shè)計(jì)的圖形界面是利用Qt Designer 設(shè)計(jì)而成的，可為用戶(hù)提供良好的人機(jī)交互接口[10]，主要包括條形碼掃描、查詢(xún)標(biāo)簽、查看記錄、GPS 信息、GPRS 發(fā)送數(shù)據(jù)、信息上傳、上傳設(shè)置、用戶(hù)信息和有關(guān)本程序的功能。系統(tǒng)功能框圖如圖9 所示。

圖9 應(yīng)用程序的構(gòu)成

　　5 結(jié) 語(yǔ)

　　本物流定位查詢(xún)系統(tǒng)結(jié)合了GPS 全球定位技術(shù)、RFID射頻識(shí)別、移動(dòng)通信和嵌入式技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)物流定位查詢(xún)系統(tǒng)的需求。本系統(tǒng)通過(guò)提供一個(gè)良好的用戶(hù)界面，給操作者帶來(lái)了便利。其中，低功耗的MSP430+nRF24L01 方案提高了RFID 電源的使用壽命，具有很高的市場(chǎng)利用價(jià)值。