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1、一、摘要该创新项目提出了一种基于RFID电子标签的物流控制管理系统，系统采用RFID电子标签、GPRS及IC卡对重要货物进行全程监控。利用RFID电子标签做货物识别，利用IC卡做有关人员的身份识别，利用GPRS系统短信传输货物信息，在上位机端构建服务器和数据库，对数据进行实时的存储和处理，给出了系统的总体设计，分析了系统中的通信协议，讨论了系统设计中的关键技术，系统是一种全新解决物流最后一公里的解决方案。关键词: 物流控制，RFID电子标签，GPRS， IC卡 射频识别二、引言物流的管理离不开信息技术的应用。RFID电子标签是时下最为先进的非接触感应技术，因其独有的非接触、阅读速度快、无磨损、
2、寿命长、便于使用等特点，现正广泛应用于各个行业、领域。传统物流最后一公里派送是通过员工进行人工派送，经常会出现快递实时信息显示货物已经到地方却还要等一天，尤其是淘宝的双11等活动期间现象更为严重。本系统以电子标签记录货物信息，IC卡装载人员身份信息，系统通过GPRS与互连网相连，数据库能实时刷新数据，使货物所在地的精确性达到最大化，很大程度上降低了商家活动期间带给物流公司的派送，大大提高了派送的效率和安全性。三、系统总体设计整个系统分为移动物流数据终端和基地控制中心两部分，其中移动物流数据终端安装在货柜，通过GPS获得位置信息，通过GPRS实时向基地控制中心发送位置信息，中心通过互连网将数据转
3、送至物流控制中心数据库，见图1。各部分模块功能如下：图11.物流数据终端 物流数据终端由中央控制器及RFID识读模块、IC卡身份识别模块、GPRS模块组成。1）电子标签识别装置物流运送的货单上会有条形码，基于这些条形码可以做成电子标签，使它们带上数据，在货物到达货柜时，快递员进行扫描把信息录入。2）IC卡身份识别模块IC卡身份识别模块主要完成对货物的操作人员的身份和权限的认证，以及操作日志的记录。要求对货物进行操作的人员必须有明确的身份和合法的权限，当非法用户或不具备权限的用户强行操作货物（如火车偷盗事件）时，将产生实时报警信息。合法用户的操作将记录操作的时间、操作类型信息。3）GPRS模块系
4、统的GPRS模块利用手机模块和SIM卡，进行短消息的发送，发送的短消息包括货物的登记信息、运输人员、上下车、位置信息、报警信息等。2.基地控制中心1）GPRS通信处理机GPRS通信处理机负责给客户发送货物的到货通知，通过互连网将数据传给物流公司。2）基地控制中心管理系统基地控制中心管理系统采用了客户机/服务器和浏览器/服务器结构相结合的体系结构。B/S结构部分提供非专业人员通过INTERNET或INTRENET网络进行信息查询。为使网络查询系统更加人性化，B/S结构软件前端界面采用了地理信息系统，把各种数据信息放在地图上，当货物不断送来定位信息时，货物在地图上的位置也在不断改变，通过WEB服务
5、器和GIS发布服务器把各种信息发布出去。C/S结构部分主要完成用户管理、卡管理、设备管理、图纸管理、地理信息管理等系统维护功能，同时完成控制命令的下达功能，客户端放在监控中心，每个功能操作都有权限的限制。 3.RFID电子标签简述电子标签又称射频标签、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置、扫描器、读头、通信器、读写器（取决于电子标签是否可以无线改写数据）。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间（无接触）耦合；在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据交换。 1）基本定义电子标签是RFID的俗称，RFID是Radio Frequency Identification的缩写，术
6、语为射频识别。2）工作频率-125KHZ-13.56MHz-915MHz-2.45GHz-5.8GHz 3）基本组成最基本的电子标签系统由三部分组成：标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标标签具有唯一的电子编码，高容量电子标签有用户可写入的存储空间，附着在物体上标识目标对象；阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。 4）特性数据存储：与传统形式的标签相比，容量更大(1bit1024bit)，数据可随时更新，可读写。读写速度：与条码相比，无须直线对准扫描，读写速度更快，可多目标识别、运动识别
7、。使用方便：体积小，容易封装，可以嵌入产品内。安全：专用芯片、序列号惟一、很难复制。耐用：无机械故障、寿命长、抗恶劣环境。 5）应用范围电子标签作为数据载体，能起到标识识别、物品跟踪、信息采集的作用。在国外，电子标签已经在广泛的领域内得以应用。电子标签、读写器、天线和应用软件构成的RFID系统直接与相应的管理信息系统相连。每一件物品都可以被准确地跟踪，这种全面的信息管理系统能为客户带来诸多的利益，包括实时数据的采集、安全的数据存取通道、离线状态下就可以获得所有产品信息等等。在国外，RFID技术已被广泛应用于诸如工业自动化、商业自动化等众多领域。4.电子标签识读模块设计读取RFID电子标签中的设
8、备信息可由ASIC 芯片RI-R6C-001A来实现。RI-R6C-001A是TI公司最新开发的针对RFID读写的多协议收发器，支持的协议包括：Tagit协议，ISO15693-2，ISO14443-2（TYPE A），因此可读写多种电子标签，适用范围广。由于RI-R6C-001A对外只提供四个引脚：SCLOCK（串行时钟）、DIN（串行数据输入）、DOUT（串行数据输出）和M-ERR（Manchester协议错误标志）,其硬件接口电路相对简单，SCLOCK、DIN和DOUT分别连接MCU的SPI串行接口SCK、MOSI和MISO上。时钟线是双向的,发送数据时由MCU控制,接收数据时则由ASI
9、C 控制，ASIC在时钟的上升沿锁存数据。DOUT除了具有在接收数据期间的数据输出功能外, 还有表征ASIC 内部FIFO的功能。M-ERR线用于在同时读多张卡的时候表征数据的冲突情况，平时为低电平,冲突时此线会升为高电平。将该引脚连接到MCU的中断输入端上，用于检测数据输入是否有错误。Tag-it电子标签与移动物流控制器之间的通信是半双工的，首先MCU通过RI-R6C-001A主动发送一个请求（包含命令和参数），电子标签被动发回一个应答（包含发送的数据和状态）。在软件设计上，通过同步串行接口(SPI)，并遵照RI-R6C-001A的命令应答协议就可实现RFID电子标签的读写操作。RI - R
10、6C-001A的基本命令/应答时序如下：图2 RI-R6C-001A芯片基本命令/应答时序S1表示命令传输开始，ES1表示命令传输停止，长度均为1位。CMD为命令字节，长度为8位（普通模式）或1位（寄存器模式），用于规定ASIC 与电子标签通讯时的有关参数，包括支持的射频协议、调制方式、调制深度、波特率等。本系统中CMD为30H，表示系统支持的射频协议是ISO15693(256 选1) ,采用FM调制方式,调制率10 % ,返回数据波特率为6. 67kb/ s。data为发送给电子标签的数据，其长度由需要传送的信息而定，因此数据长度是任意的，数据位的顺序则依据射频协议ISO15693而定。S2
11、 用于表示电子标签响应数据的开始, ES2 则表示电子标签响应数据的结束。TAG data为电子标签的响应数据，包括FLAGS、响应内容和CRC16。 5.通信协议的设计系统是典型的主从分布式系统，协议的中心思想是轮流查询。所传递的信息为绝对量信息，绝对量信息是指货物编号、运送人、位置等数据；所传递的信息分为数字量和开关量，数字量为32位正整数，表示IC卡、RFID卡、位置等数据；开关量为一位二进制数，表示货物的运送状态。 图3 帧结构完整的帧格式如图3所示。网络节点之间所有的通信都以包的形式进行，包的长度固定，每个包前可以选择若干个前导字节（Preamable），以稳定传输线路的状态。第一字
12、节为（8，4，4）汉明编码的从站地址，在网络传输该字节时，应将其第9位设置为1，以引发接收方的接收中断，该地址指明欲访问的从接点地址（SNA）。第二字节为网络信息流控制信息。第三个字节为数据场，数字量在前，开关量在后。上行传输的数据帧包括32字节的数字量；下行传输的数据帧包括4字节的控制信息和4字节的状态信息。数据场后面是校验字段（PCS），校验方法采用CRC16。上行传输数据场数字量中第1-4字节数据为IC卡身份数据，第5-8字节为RFID货物数据，第9-13字节为位置数据，第14-16字节为预留数据，第17-20字节为软件纠错数据，包括是否重发、重发的数据编号等，第21-24字节为控制数据
13、，包括切断汽车油路、关闭仓库出入道闸等控制信息。其他信息在上行数据的开关量中做了相应定义，包括货物的控制处理等。GPS到控制器，RFID到控制器，包括IC卡到控制器，都按照这种格式传送数据，以保证传输的透明性。通信的最大问题在于噪声干扰，为此，在系统设计中除了硬件的抗干扰处理外，在协议设计和和软件设计上采取了软件纠错方法，保证数据的正确传输。 6.系统硬件设计 通信模块可以使用SIM900模块，ATK-SIM900A-V12ALIENTEK推出的一款高性能工业级 GSM/GPRS 模块（开发板）。ATK-SIM900A 模块板载SIMCOM公司的工业级双频 GSM/GPRS 模块：SIM900
14、A，工作频段双频：900/1800Mhz，可以低功耗实现语音、SMS（短信，不支持彩信）、数据和传真信息的传输。ATK-SIM900A 模块支持 RS232 串口和 LVTTL 串口，并带硬件流控制，支持 5V24V的超宽工作范围，使得本模块可以非常方便的与您的产品进行连接，从而给您的产品提供包括语音、短信和 GPRS 数据传输等功能。 7.系统软件设计系统设计的关键是保证货物的安全，虽然使用了RFID，IC卡进行双重验证，但是，必须对整个系统进行安全策略的设计，以保证物流系统的安全性。首先，系统读取RFID，如果有信号，接收货物的数据保存，接着，读取IC卡数据并通过GPRS传给基地，以验证货
15、物运送人的身份。GPS模块一直接收卫星信号以计算位置数据，并间隔2分钟（可调节）通过GPRS传给基地中心，软件流程示意图见图4。一些特殊的货物，需要实施多重检验，包括需要主管部门IC卡签名等。当货物在运输过程中，如果遇到特殊情况，如抢劫、原料泄露时，司机可以按下紧急开关，基地控制中心可以第一时间知道货物状况，自动报告给各级部门进行紧急处理。 图4 移动物流控制器程序工作示意图四、总结系统在设计中综合运用了各种技术，特别是RFID和IC卡身份的双重认证，保证了系统的安全性，今后需要研究的是，运用指纹识别结合RFID的技术，运用GPS加CDMA的技术，以及多种物流控制数据库与前端RFID数据兼容的问题。在次设计中，我也学会了很多关于在网络中寻找资料的知识，以及懂得了不管做什么事，只要方正心态，端正态度，不管这件事多么难，只要你肯努力，相信自己，就一定能完成！愿在今后的生活中，RFID能运用的更多，使我们的生活、工作也都变得轻松，愉快！