引言

　　道路運輸物流業(yè)是我國現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展中的一個新型產(chǎn)業(yè),已逐漸成為我國現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展中的重要組成部分[1]。本文介紹了一種利用ARM 來實現(xiàn)物流定位系統(tǒng)的手持查詢終端，該查詢終端使用簡便、實用、功能齊全, 可用于防止貴重物品在物流運輸中發(fā)生丟包的意外，并且可以通過GPS 及GPRS 向物流管理中心提供查詢物品當前位置信息的服務。

　　1 系統(tǒng)工作原理

　　本系統(tǒng)工作原理圖如圖1 所示。在物品裝車前，使用者先把本系統(tǒng)的RFID 標簽放置在每一個物品的包裝中，然后在物品裝車時, 通過RFID 把物品信息錄入到手持查詢終端中。這樣，當車在行駛時，手持查詢終端每隔一定時間就會自動向物品RFID 發(fā)出詢問信息。如果有任何一個物品上的RFID沒有應答，終端就會發(fā)出丟包提示信息，并把丟包信息及位置信息通過GPRS 傳輸給物流管理中心；而如果每一個都有應答，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)手持查詢終端工作原理圖

　　2 手持查詢終端硬件設計

　　本系統(tǒng)主要采用模塊化的設計思想。根據(jù)目前物流定位查詢系統(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)

　　本手持查詢終端硬件設計中的主控模塊采用S3C2440 為微處理器的開發(fā)板，它擁有較大的SDRAM 內(nèi)存和FLASH存儲器，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)中各模塊的設計

　　3.1 主控模塊的設計

　　本系統(tǒng)的主模塊采用ARM 芯片來提供DSP、Java 應用系統(tǒng)解決方案，從而極大地縮短了產(chǎn)品設計時間[2]。本系統(tǒng)設計圖如圖3 所示，其設計的板上資源如下 [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 時鐘頻率高達100 MHz。

　　(3) FLASH 存儲器

　　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 個串行口； 1 個USB Host 和1 個USB Slave B 型接口。

　　(5) 系統(tǒng)時鐘源：12 MHz 無源晶振。

圖3 主控模塊核心框圖

　　3.2 RFID 模塊的設計

　　(1) 物品端RFID 設計：物品RFID 可采用MSP430F2011 和2.4 GHz 無線模塊nRF24L01 構(gòu)成RFID 模塊。具有顯著的低功耗特點，僅僅使用3.3 V 紐扣電池就能工作很長時間。該模塊提供有Spy-Bi 下載口，還有2 個發(fā)光二極管和2 個用戶IO 口。其中的MSP430 單片機沒有使用外部晶振，而使用內(nèi)部DCO，因而可以有效地簡化系統(tǒng)，同時又能滿足物流標簽的要求[5]。其設計框圖如圖4 所示。

圖4 物品端RFID 設計圖

　　(2) 手持查詢終端的RFID 設計：本設計的RFID 中心節(jié)點是連接在ARM 芯片上的，而開發(fā)板正好提供有一個含有6 個GPIO 引腳、電源線和地線的CON8。CON8 是開發(fā)板按鍵電路和SPI 接口復用的一個外部插座，但是，CON8 是單排2 mm 間距的排針接口，需要自己設計制作一個轉(zhuǎn)接板，以將其與nRF24L01 相連。開發(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 無線收發(fā)模塊nRF2401 采用的是SoC 設計，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，其速率可達到1 Mb/s ；該模塊具有125 個頻道，可滿足跳頻和多頻道需求；同時內(nèi)置硬件CRC 檢錯電路和協(xié)議，可減少軟件開銷；系統(tǒng)的發(fā)射功率和工作頻率等所有工作參數(shù)可全部通過軟件設置；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接收2 個nRF2401 的數(shù)據(jù)[4]。本設計就采用了nRF2401 芯片來進行設計。圖6 所示為nRF24L01 的外圍電路圖。

圖6 nRF24L01 外圍電路

　　需要說明的是， 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、濾波電路和數(shù)字控制端口等[6]。

　　3.3 GPS 定位模塊的設計

　　對于GPS 模塊的選型，本系統(tǒng)對精度和啟動速度的要求并不苛刻。高性能和高精度的模塊必然高價格，對于控制開發(fā)的成本不利[7]。經(jīng)過對各個廠家的GPS 模塊的綜合比較，認為飛凌公司生產(chǎn)的GPS 模塊比較合適。這款GPS 模塊適合搭配ARM 開發(fā)板使用，而且模塊自帶備份電池，對于保存位置信息和加快GPS 尋星速度有幫助。本系統(tǒng)設計時將開發(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)換電路設計如圖7 所示。

圖7 GPS 模塊和ARM 接口

　　3.4 GPRS 通信模塊的設計

　　通用分組無線業(yè)務(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)、無線調(diào)制標準、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 模塊來與物流管理中心的服務器進行數(shù)據(jù)的交換和傳輸。

　　GPRS 模塊采用MC35i，因為MC35i 在實際生產(chǎn)生活中運用比較廣泛，質(zhì)量可靠，性能優(yōu)越，并且價格比較低廉。本系統(tǒng)在設計時將開發(fā)板的COM2 分配給GPRS 模塊，并與GPS 模塊同樣采用專用電平轉(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 手持查詢終端的軟件程序設計

　　本手持查詢終端的程序設計采用Linux-2.6.32.2 為開發(fā)環(huán)境，同時以Qtopoia 2.2.0 為開發(fā)平臺來開發(fā)嵌入式軟件及圖形界面。其中，嵌入式軟件開發(fā)必須建立交叉編譯環(huán)境，所有程序代碼的編寫調(diào)試工作都要在PC 機上完成，而經(jīng)過編譯連接生成的可執(zhí)行文件則需要放在ARM 板上的Linux 系統(tǒng)中調(diào)試運行[9]。

　　本設計的圖形界面是利用Qt Designer 設計而成的，可為用戶提供良好的人機交互接口[10]，主要包括條形碼掃描、查詢標簽、查看記錄、GPS 信息、GPRS 發(fā)送數(shù)據(jù)、信息上傳、上傳設置、用戶信息和有關(guān)本程序的功能。系統(tǒng)功能框圖如圖9 所示。

圖9 應用程序的構(gòu)成

　　5 結(jié) 語

　　本物流定位查詢系統(tǒng)結(jié)合了GPS 全球定位技術(shù)、RFID射頻識別、移動通信和嵌入式技術(shù)，可實現(xiàn)物流定位查詢系統(tǒng)的需求。本系統(tǒng)通過提供一個良好的用戶界面，給操作者帶來了便利。其中，低功耗的MSP430+nRF24L01 方案提高了RFID 電源的使用壽命，具有很高的市場利用價值。