一种基于RFID、GPS、GPRS技术的物流追踪系统设计

摘要：介绍了一种基于RFID、GPS、GPRS技术的物流追踪系统。该系统采用GPRS数据传输方式结合上位机监控管理，采用低功耗控制芯片STM32F103RBT融合了GPS技术、GPRS枝和ARM等工控领域的技术，实现对物流环节中物品的实时追踪，确保物流环节物流不会丢失和替换。

随着人们生活节奏的加快，促使物流行业突飞猛进的快速的发展，物流行业的快速发展也导致物流过程出现了一系列的问题。近年来贵重物品在物流中的比例越来越多，同时贵重物流在物流过程中的丢失也越来越多，贵重物品丢失后无法查询在哪个环节丢失的问题引起了物流行业的高度重视。不仅贵重物品需要全程监控，危险品的运输也急需全程的监控，确保在危险品出现事故时可以第一时间解决。

传统的物流追踪是通过物流人员扫描物流单上的条码将物流的基本信息传递给物流管理系统中，这种操作方式的弊端是没有实时性，物流人员操作有一定的滞后性，而且人为操作缺乏准确性。

本文提出的贵重物品和危险品的的物流追踪系统的设计中，引入了RFID技术，采用RFID、GPS、GPRS技术对物流环节中的物品进行动态监管。

利用RFID和GPS技术能够动态采集物流过程中物品的变化信息和地理位置信息，RFID自动读取物流车装载的物品，无需人工操作，在该系统中加入GPRS模块，利用当前成熟的移动通信技术，在没有有线网络的情况下，也能做到与管理平台数据库之间的通信，既能满足监管平台对物品实时信息的需求，当物品出现丢失时或出现异常替换时，实时报告给监管平台，对物流环节中物品进行全程追踪。有效解决了目前贵重物品和危险品物流过程中信息不能实时采集和物品丢失、掉包的问题。

1 物流追踪系统的设计方案

物流追踪系统结构介绍：基于对贵重物品物流环节的考察，提出了以STM32F103RB系列的MCU为核心的物流追踪系统，利用RFID和GPS技术实时采集物流过程中的物品的具体信息如地理位置信息和物品变动信息。利用GPRS模块借助现在已经存在的成熟的移动通信网络，将RFID采集到的物品变化信息和GPS采集到的实时地理位置信息通过GPRS的传输方式传输到监管平台的数据库，同时如果车辆上的物品出现异常的变动、物流车所走的线路没有按照平台的命令行驶，车载物流追踪设备都将向平台实时报警。顾客可以通过网络或者手机访问监管平台的服务器，查询自己的物品的准确详细物流信息。取代了现在物流中落后的手持扫描传输物流动态信息的方式，既节省了人力、物力，又确保了物流信息的准确性，更重要的作用是能够防止贵重物品的丢失和掉包，减少危险品出现事故的危害程度。

物流追踪系统的框图如图1所示，物流车上装有车载终端，车载终端集成了GPS模块、RFID读写器、GPRS模块，当带有电子铅封或者电子标签的物品装车时，RFID读写器将所有装车的物品进行扫描，扫描完成后将物品的基本信息和GPS地理位置信息通过微控制器进行数据处理后，将处理后的信息通过GPRS传输方式传输到监管平台服务器，监管平台服务器将采集到的物流信息存入数据库，此时客户和物流监管平台可以通过访问数据库进行物流信息的查询。当物流车在行驶过程中，RFID不断扫描车内的的物品，如果物品没有异常变化定时将GPS地理位置信息上传到服务器，如果物流车中物品需要进行合法变动时，服务器监管平台通过移动无线网络将要变化的信息传输到车载终端，车载终端将根据命令信息允许带有电子标签的物品进行合法变动。如果中途出现异常变动，车载终端将立刻向监管平台服务器发送报警信息。

2 物流追踪系统的各部分功能设计开发

2.1 车辆车载终端设计分析

车载终端包含微控制器MCU、GPS模块、GPRS模块和RFID模块以及供电电源部分。

2.1.1 车载终端处理器设计分析

STM32F103RBT6是物流追踪系统车载终端的MPU和软件运行的平台，STM32F103是32位标准RISC嵌入式微处理器，该类处理器工作频率为72 MHz，内置128 kB的FLASH存储器和20 kB的SRAM，存储器支持CF卡、SRAM、PSRAM、NOR和NAND存储器，内嵌串行单线JTAG调试接口，内嵌跟踪模块(ETM)，可以提供芯片运行时清晰的指令运行与数据流动的信息，拥有睡眠，停机，待机模式3种低功耗模式。该信息采集终端配置了u—Blox公司的NEO—5Q高性能GPS芯片、RFID读写器部分、西门子公司的GPRS模块MC52i、液晶显示部分和SD卡等。

物流车接到运输任务后就通过车载终端的人机界面和按键启动车载终端并于监管平台连接，进行登记。在装载过程中读取所有物品标签并与监管平台进行校对。然后在运输过程中与监管平台不断进行通信传输平台需要的信息。物流追踪车载终端的结构组成如图2所示。

2.1.2 GPS模块设计分析

为了满足高精度定位的要求，物流追踪车载终端采用NEO-5Q GPS模块接受定位信息。由瑞士u—Blox公司推出的采用最新的第五代定位引擎u—Blox 5，该模组具有50个通道的u—Blox引擎，100多万个有效相关器，能够同步追踪GPS和Galileo的导航卫星信号，热启动和辅助启动首次定位时间小于1秒。同时支持AssistNow Online和AssistNow Office等A—GPS功能。

该GPS芯片工作电压的范围为2.7～3.6 V，在实际设计中采用AMS117—3.3为其提供3.3 V稳定电源。其定位数据支持NMEA-0183协议和UBX二进制。如图3所示为GPS模块电路原理图。

NEO-5Q的TXD引脚和RXD引脚分和STM32F103RBT6的RXD2和TXD2连接在一起。该模块支持UART、USB、I2C和SPI接口的数据输入输出，其中UART默认波特率为9 600，8位数据位，无奇偶校验位。NEO-5Q能够提供达4 Hz的定位跟新速率，其定位跟新速率和定位数据输出格式均可使用软件进行设置。在本设计考虑到实用性和低功耗的原则，设置其定位跟新速率为1 Hz，输出协议为NMEA-0183，输出格式为GPRMC(建议使用最小GPS定位信息)。GPS芯片在搜索到有效卫星情况下，还能够为系统提供精确地授时服务。