基于物聯(lián)網(wǎng)的物流車載終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)與實(shí)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(duì)物流運(yùn)輸過程中運(yùn)輸車輛和車內(nèi)貨物的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控成了切實(shí)存在的問題。同時(shí)隨著人力成本的增加，亟需對(duì)貨物裝卸貨流程的記錄進(jìn)行自動(dòng)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(jì)與實(shí)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(jì)與實(shí)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(shí)現(xiàn)智能化識(shí)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(huì)經(jīng)濟(jì)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(gè)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(yùn)營(yíng)中爆倉(cāng)、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(yùn)輸對(duì)物流運(yùn)送條件提出了更加苛刻要求。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)控物流運(yùn)輸車相關(guān)狀態(tài)信息，定位跟蹤各物流運(yùn)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(shí)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(diǎn)，將其應(yīng)用于物流運(yùn)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(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)物流監(jiān)控中心和車載終端的互聯(lián)互通，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)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(yùn)輸車上?；赯igBee 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由多個(gè)傳感器采集節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，用于采集運(yùn)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(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)信息匯聚到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)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(yùn)動(dòng)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(diǎn)介紹物流車載終端系統(tǒng)的軟硬件實(shí)現(xiàn)。
2 車載終端硬件設(shè)計(jì)
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(jià)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(bào)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(gè)增強(qiáng)型8051 單片機(jī)，含256 kB 程序存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)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(zhǎng)時(shí)間不間斷地運(yùn)行，因而，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)基于Z-Stack協(xié)議棧帶有網(wǎng)絡(luò)自啟動(dòng)功能的無線網(wǎng)絡(luò)，包含一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器是整個(gè)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(diǎn)的管理、尋找節(jié)點(diǎn)之間的路由消息等，終端節(jié)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)具體功能的單元。所有終端節(jié)點(diǎn)由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通過RS—232 串口與主控器進(jìn)行通信，主控器對(duì)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(gè)Zig Bee 節(jié)點(diǎn)。
2. 2. 2 傳感器模塊
CC2530 收發(fā)模塊外擴(kuò)傳感器對(duì)運(yùn)輸車廂微環(huán)境信息進(jìn)行采集，并配合控制電路實(shí)現(xiàn)車廂內(nèi)環(huán)境的智能化控制。本文主要檢測(cè)物流運(yùn)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(shí)測(cè)量溫度和濕度的SHT11 傳感器芯片，SHT11 芯片將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、加熱器和A/D 轉(zhuǎn)換等功能集成到一個(gè)芯片上，供電電壓2. 4 ～ 5. 5 V，與CC2530 電壓相匹配。將Zig Bee 外擴(kuò)溫濕度傳感器模塊放置于車廂不同位置檢測(cè)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(gè)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(cè)車門是否異常打開，使用聲音傳感器監(jiān)測(cè)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(shí)排除險(xiǎn)情，保證貨物安全。
2. 3 GPRS 模塊
GPRS[4]是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無線傳輸、實(shí)時(shí)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(shí)，需配備一張SIM 卡，上電前確保天線正確連接，工作時(shí)需要電信網(wǎng)絡(luò)支持，在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)計(jì)費(fèi)方面類似于普通手機(jī)。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(shí)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(gè)高精度、全天候和全球性的無線電導(dǎo)航、定位和定時(shí)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(jī)端推送自身狀態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)尋星成功時(shí)，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(jī)接收定位衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)，計(jì)算得到運(yùn)動(dòng)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(jì)
車載終端主控器S3C6410 運(yùn)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(shí)現(xiàn)車載終端信息的檢測(cè)和顯示。
車載終端軟件設(shè)計(jì)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(shí)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(gè)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(duì)于車廂微環(huán)境信息、報(bào)警信息、GPS 定位等信息需按照通信協(xié)議重新組織報(bào)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(cè)試
為了檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，?duì)運(yùn)輸車輛傳感器信息采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送的1000 個(gè)數(shù)據(jù)包( 采集間隔時(shí)間為10s)進(jìn)行了數(shù)據(jù)包接收性能測(cè)試，計(jì)算協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)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(cè)試結(jié)果。為方便測(cè)試，將Zig Bee 無線傳感器模塊固定在運(yùn)輸車輛車廂內(nèi)部，采用電池供電，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間沒有任何金屬障礙物，通過RS—232 與主控器相連。實(shí)驗(yàn)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(shí)際物流運(yùn)輸中監(jiān)測(cè)密度的使用要求，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可用性。
實(shí)驗(yàn)表明: 由于溫度對(duì)濕度的影響較大，而實(shí)際溫度和SHT11 測(cè)試參考溫度25℃有所不同，需要對(duì)采集到的濕度值進(jìn)行線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)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(shí)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(duì)車廂微環(huán)境信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集和預(yù)警，使管理者能夠?qū)崟r(shí)了解車輛狀況信息變化，及時(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度?？傊?，本系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性和可靠性，保障了物流運(yùn)送環(huán)節(jié)的安全性，同時(shí)對(duì)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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