基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物流跟蹤管理系統(tǒng)研究

楊磊+田立偉

摘要 ：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)在物流業(yè)中的應(yīng)用也日漸成熟。目前，為了提高貨物運(yùn)輸?shù)陌踩?、?zhǔn)時(shí)性以及快速性，人們對(duì)于貨物運(yùn)輸有著更高的要求。因此，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在物流跟蹤管理系統(tǒng)中的應(yīng)用促進(jìn)了貨物運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，加強(qiáng)了貨物運(yùn)輸?shù)捻樌M(jìn)行，降低了貨物運(yùn)輸?shù)某杀?。本文筆者分析了基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物流跟蹤管理系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)來(lái)探討無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)于貨物的跟蹤管理。

關(guān)鍵詞： 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；物流跟蹤管理系統(tǒng)；監(jiān)測(cè)；研究

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）22-0203-03

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在物流跟蹤管理系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠快速掌握貨物所處的環(huán)境狀態(tài)以及運(yùn)行的位置。另外，這種高效全面的物流跟蹤管理系統(tǒng)能夠滿足人們對(duì)于物流運(yùn)輸?shù)目焖?、?zhǔn)時(shí)的要求，使其能夠更好的為人們服務(wù)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)不僅能夠?qū)崟r(shí)的檢測(cè)到貨物的位置，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于貨物的質(zhì)量的檢驗(yàn)。這在一定程度上降低了貨物運(yùn)輸?shù)某杀?，提高了貨物運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概述

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks， WSN）是指末梢為能夠感知和檢查外部世界的傳感器的一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠通過(guò)分布大量的傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)提高信息的精確度。另外，傳感器節(jié)點(diǎn)具有較強(qiáng)的自組織性，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于貨物的自動(dòng)配置和管理。

傳感器網(wǎng)絡(luò)主要包含了傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)、處理和通信能力不強(qiáng)，通過(guò)小容量的電源就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于傳感器節(jié)點(diǎn)的供電。傳感器節(jié)點(diǎn)不僅能夠收集和處理本地的信息，還能夠存儲(chǔ)和管理轉(zhuǎn)發(fā)的信息。而匯聚節(jié)點(diǎn)卻具有較強(qiáng)的存儲(chǔ)、處理和通信能力，能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)與其他外部網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換。并且匯聚節(jié)點(diǎn)是一個(gè)具有增強(qiáng)功能的傳感器節(jié)點(diǎn)，具有較高的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)供給。而管理節(jié)點(diǎn)用于整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)管理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的資源的訪問(wèn)。

2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在物流業(yè)中的應(yīng)用

近年來(lái)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)領(lǐng)域中都有著非常廣泛的應(yīng)用。例如：在農(nóng)牧領(lǐng)域，人們通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)檢測(cè)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境。在軍工領(lǐng)域，人們將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于敵情目標(biāo)的監(jiān)控。而在物流業(yè)中，人們通過(guò)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)物流流程的統(tǒng)一管理，加強(qiáng)對(duì)于物流中的倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸條件、過(guò)程及轉(zhuǎn)運(yùn)的控制、定位以及跟蹤，提高了物流運(yùn)輸?shù)男?。第一，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠加強(qiáng)對(duì)于倉(cāng)庫(kù)中的貨物的環(huán)境的監(jiān)控，保證溫度和濕度適合貨物的存放。第二，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)結(jié)合RFID來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于貨物的跟蹤。如圖1所示：

一方面，物流商可以通過(guò)跟蹤貨物來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于整個(gè)物流過(guò)程的調(diào)控。另一方面，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還能夠檢測(cè)到運(yùn)輸?shù)臈l件。這樣可以避免貨物受到損壞或者出現(xiàn)變質(zhì)。RFID的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于倉(cāng)庫(kù)的貨物流動(dòng)的管理，提高管理貨物的效率。第三，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和GPRS以及GPS定位通過(guò)對(duì)油罐車的位置、裝貨和卸貨的跟蹤，來(lái)全面的掌握油氣的庫(kù)存、調(diào)度等的情況，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于石油和天然氣等危險(xiǎn)物品的運(yùn)輸跟蹤。另外，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)運(yùn)用高科技的手段來(lái)管理一些商業(yè)決策和貨物的調(diào)度，提高了供應(yīng)商的經(jīng)濟(jì)效益。

3 物流跟蹤管理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 物流跟蹤管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

物流跟蹤系統(tǒng)需要考慮多方面的因素。比如：監(jiān)控范圍、調(diào)度業(yè)務(wù)、實(shí)時(shí)要求等。這些都對(duì)物流的跟蹤有著很大的影響。因此，管理系統(tǒng)的硬件設(shè)備的選擇對(duì)于物流跟蹤有著非常重要的作用。如下圖所示，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用下，物流跟蹤管理系統(tǒng)通過(guò)GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)和無(wú)線傳輸通信來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于貨物的跟蹤。其中，GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)具有較高的精度和實(shí)時(shí)性。無(wú)線傳輸通信與GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)的結(jié)合能夠擴(kuò)大應(yīng)用的范圍，并且可以不用架設(shè)基站就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

3.2 執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)包含了處理器、能量供應(yīng)、傳感器和無(wú)線通信等模塊，主要是為了采集和傳送信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和處理。這些數(shù)據(jù)不僅來(lái)自于執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)，還包括來(lái)自于其他的節(jié)點(diǎn)。能量供應(yīng)作為執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)的能量來(lái)源，主要應(yīng)用的是鋰電池或者是紐扣電池；傳感器主要通過(guò)溫濕度傳感器來(lái)采集和轉(zhuǎn)換監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)；而無(wú)線通信主要通過(guò)發(fā)送和接受采集的數(shù)據(jù)來(lái)負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)之間的通信。

3.3 總控制器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

總控制器節(jié)點(diǎn)能夠采集、處理、存儲(chǔ)和顯示控制GPS數(shù)據(jù)信息以及控制GPRS 。GPRS模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于終端的監(jiān)控。而顯示模塊能夠顯示到貨物的位置、樁體以及貨物的調(diào)度信息。各個(gè)模塊都通過(guò)電源系統(tǒng)來(lái)獲得電源?？偪刂破鞴?jié)點(diǎn)中最關(guān)鍵的部分為處理器模塊。處理器模塊不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)的處理和儲(chǔ)存。當(dāng)電壓較低時(shí)，處理器模塊也能夠正常工作。由于物流跟蹤的內(nèi)容比較復(fù)雜，并且具有較多的不確定因素。因此，存儲(chǔ)器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于一些數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。這樣可以一些不確定因素使使采集的數(shù)據(jù)失效。另外，總控制器節(jié)點(diǎn)對(duì)于存儲(chǔ)器的空間沒(méi)有太高的要求。GPRS主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)通信的采集。而電源是總控制器節(jié)點(diǎn)中的比較重要的部分。在物流跟蹤管理系統(tǒng)中，總控制器節(jié)點(diǎn)的硬件主要分為4.2V和3.3V兩種電壓等級(jí)。而串口通信電路能夠保證無(wú)線通信與總控制器節(jié)點(diǎn)和執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)之間的通信。

4 物流跟蹤管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1 貨物終端軟件系統(tǒng)的總結(jié)結(jié)構(gòu)

一般情況下，系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分組成的。其中，軟件部分是系統(tǒng)中最重要的部分。如果沒(méi)有軟件系統(tǒng)，那么硬件設(shè)備就沒(méi)有了應(yīng)用的價(jià)值。物流跟蹤管理系統(tǒng)的軟件部分主要包括了系統(tǒng)初始化程序、串口中斷程序、GPRS程序以及貨物動(dòng)態(tài)跟蹤管理系統(tǒng)等四個(gè)部分。其中，系統(tǒng)初始化程序主要用來(lái)記錄管理系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及工作參數(shù)，串口中斷程序用來(lái)采集和處理GPS數(shù)據(jù)，而GPRS程序主要通過(guò)短信息發(fā)送程序來(lái)發(fā)送和定位貨物的信息。

4.2 系統(tǒng)初始化程序

系統(tǒng)初始化程序主要負(fù)責(zé)初始化MSP43oF449單片機(jī)、系統(tǒng)變量、LCD顯示等狀態(tài)。其中，MSP43oF449單片機(jī)初始化主要用來(lái)設(shè)置工作模式、振蕩器波特率等。系統(tǒng)變量初始化對(duì)于系統(tǒng)初始化程序使用的變量進(jìn)行定義。LCD顯示初始化配置LCD模塊的相關(guān)信息。GPRS程序的初始化設(shè)置可以控制GPRS模塊的命令字符。

4.3 串口中斷程序的設(shè)計(jì)

串口中斷程序主要用于采集、提取GPS數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)標(biāo)志位置的刷新。GPS通過(guò)跟蹤衛(wèi)星的位置來(lái)確定貨物的位置。其中，接收機(jī)鎖定文星信號(hào)之后，衛(wèi)星就可以將導(dǎo)航電文傳輸該接收機(jī)。這樣人們就可以通過(guò)導(dǎo)航電文來(lái)計(jì)算出位置。在接受和處理GPS數(shù)據(jù)時(shí)，串口中斷程序通過(guò)刷新標(biāo)志位來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)包的接受，這樣有利于發(fā)送短信息到GSM。GPS接受處理程序通過(guò)掃描緩沖器來(lái)識(shí)別信息標(biāo)號(hào)的類型，為其設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志位。

4.4 GPRS程序設(shè)計(jì)

GPRS程序主要通過(guò)AT命令來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于GPRS模塊的控制。因此，程序可以通過(guò)不同的AT命令來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于GPRS模塊的不同動(dòng)作的控制。在發(fā)送短信息時(shí)，GPRS程序需要通過(guò)檢測(cè)刷新標(biāo)志位來(lái)識(shí)別要發(fā)送的數(shù)據(jù)包。如果刷新標(biāo)志位出現(xiàn)被置位的情況，那么這是計(jì)數(shù)器會(huì)進(jìn)行計(jì)數(shù)一直到十，又會(huì)被清零。同時(shí)，GPRS程序會(huì)發(fā)送AT控制命令。

4.5 貨物動(dòng)態(tài)跟蹤管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在物流跟蹤管理系統(tǒng)中，貨物動(dòng)態(tài)跟蹤管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制，成為了物流跟蹤管理系統(tǒng)中最重要的部分。貨物動(dòng)態(tài)跟蹤管理系統(tǒng)通過(guò)GIS電子地圖將貨物終端的位置發(fā)送到監(jiān)控中心的地圖上來(lái)現(xiàn)實(shí)貨物當(dāng)前的具體位置。監(jiān)控中心可以通過(guò)貨物的運(yùn)行情況來(lái)判斷貨物的運(yùn)行狀態(tài)。這樣可以確定貨物是否發(fā)出了報(bào)警信息，提高貨物運(yùn)行的安全度，并且降低了物流的成本。監(jiān)控中心的軟件主要包含了數(shù)據(jù)通信、GIS電子地圖以及人機(jī)界面和功能三個(gè)部分?？蛻艨梢酝ㄟ^(guò)監(jiān)控中心軟件來(lái)獲取貨物的信息以及貨物車輛的位置。另外，該系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于貨物其他信息的管理和維護(hù)。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著信息技術(shù)的應(yīng)用，我國(guó)物流業(yè)也有著較快的發(fā)展。而物流跟蹤管理系統(tǒng)中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用提高了物流業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)的智能化。物流跟蹤管理系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于貨物狀態(tài)信息的監(jiān)控，還能夠加強(qiáng)貨物與互聯(lián)網(wǎng)的連接，提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在物流業(yè)中的作用。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在物流跟蹤管理系統(tǒng)中的應(yīng)用將會(huì)提高貨物運(yùn)輸?shù)母?jìng)爭(zhēng)力以及技術(shù)和水平，使貨物在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中更加的安全，提高了供應(yīng)商和客戶之間的利益。另外，物流跟蹤管理系統(tǒng)的使用使物流業(yè)更加的智能化和自動(dòng)化，降低了物流業(yè)的成本，促進(jìn)了我國(guó)物流業(yè)的發(fā)展。

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