基于GPS/GPRS/RFID的车载监控系统终端设计

朱银龙，马万太

(南京航空航天大学 机电学院，江苏 南京 210016)

基于GPS/GPRS/RFID的车载监控系统终端设计

朱银龙，马万太

(南京航空航天大学 机电学院，江苏 南京 210016)

为在肉品运输环节实现肉品安全追溯，应用嵌入式技术，采用GPS定位技术对车辆位置进行监控，通过RFID电子标签对配送信息进行记录，并利用组建的GPRS网络进行车辆位置、车载温度以及车辆身份等消息的传输，完成车载实时监控。

车辆监控；GPS；GPRS；RFID射频技术；嵌入式

在冷链物流体系中，运输环节处于生产和销售之间，尤其对于冷鲜食品，在流通过程中对温度和周期的控制有着严格要求，控制不当极易导致微生物增殖，致使冷鲜肉腐败变质，对公共健康构成潜在的威胁。目前许多车辆监控设备仅是实现车辆地理位置在车载终端上的显示，并不能及时将车载消息发送至服务器端，同时对于车辆和人员的信息也无法进行实时管理，对于产品的追溯很不方便，因此研究肉品冷链物流信息采集及监控技术和开发远程监控系统，对保障肉品安全具有重要意义。

1 系统总体方案设计

监控系统需要实现以下功能：(1)及时发送数据；(2)对监控中心的命令做出反应。本设计以STM32为主控制器，实现现场数据采集和远程数据传输。现场数据包含车辆信息、车厢内部温度信息以及车辆GPS信息。传感器采集到信号后通过串口发送至STM32，STM32对信息进行筛选并发送至SIM900模块，SIM900自动将需发送的数据打包生成TCP/IP数据包，并通过GPRS网络与Internet服务器建立连接[1]，实现数据的传输。车载终端是整个系统的前端设备，主要功能是采集各项参数并与监控中心建立连接，同时接收监控中心命令进行调度。冷链监控系统原理如图1所示。

2 终端硬件设计

监控系统终端主要涉及到以下部分：ARM微控制器模块、电源模块、GPRS模块、GPS模块、RFID模块，其中GPRS模块和GPS模块通过串口接口与ARM控制器通信，RFID模块通过SPI接口与ARM控制器通信。GPS模块采集车辆路线，RFID模块实现车辆信息的读取，GPRS模块组建网络并转接至Internet服务器，电源模块则为整个系统提供可靠的电源。系统终端整体硬件结构如图2所示。

图1 整体方案架构

图2 终端硬件原理图

2.1微控制器模块

STM32F103VET6是一款基于CORTEX-M3内核的高性能、低成本、低功耗的微控制器，在软件和引脚封装方面同其他STM32系列处理器是兼容的。它的时钟频率达到72MHz，能实现高端运算[2]。STM32F103VET6内嵌512KBFlash程序存储器，具有丰富的外设接口(USART、SPI、USB等接口)，采用LQFP100封装，因此适合作为本设计的主控制器。

2.2GPRS模块

SIM900是一款四频GSM/GPRS模块，采用SMT封装形式，同时采用了功能强大的ARM926EJ-S芯片处理器。SIM900A采用工业标准接口，工作频率为GSM/GPRS 850/900/1 800/1 900MHz，支持标准AT指令，低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息通信。

SIM900和STM32之间的数据通信通过串口USART2建立连接，主要包括：(1)STM32初始化串口配置(波特率、校验位等)，向GPRS模块发送AT指令，完成系统启动及GPRS模块初始化等。(2)配置参数，在GPRS通讯中，需要配置接入网关IP地址、移动终端类别等参数。(3)建立网络连接，发送AT指令控制GPRS Modem连接服务器，通过STM32发送IP地址，完成终端与服务器网络连接。其通信接口和原理图分别如图3和图4所示。

图3 GPRS模块通信接口

图4 GPRS模块硬件电路

2.3RFID模块

RFID模块采用MCF52233方案。MCF52233具有丰富的外围模块和存储空间，支持背景调试模式和基于JTAG板级调试[3]。RFID模块功能是通过非接触式IC卡进行信息的读写操作，并通过无线网络传输至服务器。MFRC522读写频率为13.56MHz，通过信号调制进行数据操作。MFRC522支持ISO 14443A标准，通过卡片内的芯片发送数据至天线，不需要再搭建其他电路即可完成通信。MFRC522支持MIFARE Classic标准器件，同时支持数据双向传输。图5为RFID模块接线图。

图5 射频模块硬件电路

2.4GPS模块

本设计采用U-BLOX-6010作为车载监控系统GPS模块接收芯片。U-BLOX-6010是由U-blox公司推出的小尺寸GPS接收芯片，这款芯片能够在信号较弱的地区接收到卫星信号，同时还具有较高的语音质量；采用8mm×8mm MLF小型封装方式，能够提供较高的时间脉冲，其提供的脉冲时间精度能够达到15ns，同时能够接收GPS完整信号。U-BLOX-6010具有接收50个卫星信号通道的功能，能够接收不同系统的定位信号，而且接口通信协议简单，易于集成。该模块电路如图6所示。

图6 GPS模块硬件电路

U-BLOX-6010输出信息为标准NMEA语句，GPS输出语句格式见表1。

本监控系统需要提取GPGGA、GPRMC、GPVTG数据(分别对应地理位置、日期时间、行驶速度等消息)，通过串口终端接收并实现数据的筛检工作。

表1 GPS输出的标准NMEA语句

2.5电源模块

SIM900模块供电电压为3.2～4.8V (典型值为4V)，在突发传输时，峰值电流可达到2A，电流突增会引起SIM900电压突降，因此系统电源模块采用MIC29302芯片，该芯片最高可提供3A的电流，最大压降为350mV，能够满足SIM900峰值电流2A的要求；而STM32的供电电压是2.0～3.6V(典型值为3.3V)，所以这里至少存在2种电压值的转换。在本监测终端中，SIM900模块单独提供4V电压，其余模块采用REG1117-3.3芯片提供的3.3V电压。

3 系统软件设计

监控终端硬件为整个监控终端提供了运行平台和裸机程序运行环境，系统功能实现需要由软件部分控制。针对监控系统需求和硬件平台，开发GPS信号接收、RFID射频读写和GPRS网络数据传输等应用软件，通过移植操作系统对相应模块功能进行管理和任务调度，实现车载监控系统的运行。系统软件开发环境基于Keil uVision4，采用C语言编写。嵌入式系统软件部分由系统软件和用户自定义软件两部分构成。软件系统框架如图7所示。

图7 系统软件框架

系统启动后，进入自检状态，对GPS模块、GPRS模块、RFID模块和其他功能模块进行检测，以确认系统功能块完整；自检状态完成后，终端进入等待发送循环中；系统通过GPS模块接收定位信息，通过GPRS网络间隔1s发送数据。

4 结束语

本文设计的基于STM32的无线监控终端，成本低、体积小、运行稳定，解决了运输环节产品信息的数据同步以及产品的追溯问题，完善了整个产品追溯体系，为其他类似的监控对象提供了一种解决方案。

[1] 李涛，马殷元.基于STM32的GPRS远程监测终端设计[J].电子世界,2012(6)：126-127.

[2] 张金锋，朱岩，韩国盛.基于GPRS的车辆监控系统及数据通信可靠性研究[J].计算机与现代化，2011(12)：23-26.

[3] 王慧明.RFID开发平台的设计及其应用[D]. 苏州：苏州大学，2009.

TheDesignofVehicleMonitoringTerminalSystemBasedonGPS/GPRS/RFID

ZHU Yinlong, MA Wantai

(Nanjing University of Astronautics & Aeronautics, Jiangsu Nanjing, 210016, China)

The meat transport process is key aspect of meat quality and safety traceability. It designs a vehicle monitoring terminal system based on the application of embedded technology, which transfers the vehicle location, vehicle temperature and vehicle status information by GPRS network.

Vehicle Monitoring; GPS; GPRS; RFID Radio Frequency Technology: Embedded

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.02.005

2013-10-28

江苏省科技基金资助项目(BE2012754)

朱银龙(1988—)，男，河南开封人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为嵌入式技术和机电一体化技术。

TP216

A

2095-509X(2014)02-0023-04