物流配送车载定位仪及装卸记录仪的设计

胡连珍，林敏敏，李正红

(福建农林大学 交通与土木工程学院，福建 福州　350002)



物流配送车载定位仪及装卸记录仪的设计

胡连珍，林敏敏，李正红

(福建农林大学 交通与土木工程学院，福建 福州350002)

摘要：应用GPS接收板、GPRS MODEM、微程序控制器、条码扫描器等模块研制了车载定位仪、装卸记录仪，采用GPRS无线技术，和指挥中心建立了TCP/IP连接，传递了车辆的位置信息、货物装卸信息。指挥中心可对车辆做出调度指挥，提高物流服务质量。

关键词：物流配送；车载定位仪；远程通讯；GPRS MODEM

1物流运输运营需求

当前国内物流产业正处于一个高速发展的时期，物流企业相互竞争越来越激烈。[1]只有满足客户对物流服务的所有需求，最大限度地降低物流运输成本，才能获得客户的信任和利润。物流企业如能掌握货物的实时状态有助于向客户提供物流跟踪信息，提高服务质量。如能掌握车辆的实时位置信息，有助于完成车辆调度和配货，降低运输成本，提高企业竞争力。[2]

2车辆定位配货指挥系统的组成

2.1系统总体组成。

按照物流配送公司需求绘制车辆定位配货指挥系统结构图，请参见图1。如图可见车载定位仪和装卸记录仪是系统的硬件核心部分，承担着野外无线通讯，传递车辆位置信息、货物装卸信息的作用。

2.2总工作原理。

物流配送车辆上装置车载定位仪，该仪器使用汽车12V供电。车载定位仪每30s向指挥中心提供车辆的实时经纬度。驾驶员随身携带装卸记录仪，采用手机电池供电，在装卸货时扫描货物包装条码。两设备均采用GPRS无线远程通讯。[3]指挥中心的车辆定位配货指挥模块收到每个车辆实时位置及每件货物的装卸信息后，根据客户配送需求做出车辆调度的通知，安排车辆就近装货。通过短信平台或网站发布物流信息，客户也可通过短信、移动Web查询自己货物的实时状态和位置。[4]

3车载定位仪开发

3.1工作原理。

图1　指挥系统结构图Fig.1　command system structure diagram

如图1所示，车载定位仪由3个模块组成，微程序控制器(MCU)每隔30s从串口0读取GPS接收机的经纬度数据，并通过串口1控制GPRS MODEM连接GPRS网络，获得GPRS内网的动态IP地址。[5]指挥中心服务器在internet上拥有固定IP地址，GPRS MODEM向服务器建立TCP/IP连接，将经纬度数据包发送至固定IP地址的指定端口上。[6]

3.2硬件制作。

3个模块均装入工程塑料材质的盒子，MCU板由螺钉固定，串口0接至GPS板的串口，串口1经MAX232芯片接至GPRS MODEM的串口，为了良好接收卫星信号，需外接GPS天线，保证外置的GPS天线圆盘面面向开阔天空。[7]GPRS MODEM为工业成品，自带10cm长的硬塑天线，塑料盒不会影响GPRS信号的传递，所以GPRS天线不必穿孔露出，设备采用汽车电池12V供电。[8]

3.3定位仪的编程。

微程序控制器采用ATMEL AVR MEGA162，工作电压为2.7-5.5 V，工作电流小于100ma，该MCU为双串口，可采用ICC AVR语言编程。[9]

//gps数据接收存入缓存中断子程序

#pragma interrupt_handler UART1_RX_interrupt:21

void UART1_RX_interrupt( void )

{

BYTE gpsdata=UDR1;

{ //新数据开始

isbag=0;

pGBUF = &GPSBuffer[0];

sbi( TIMSK, TOIE0 );

gpsStart=1;

}

*pGBUF++=gpsdata;//数据存入缓存

}

CPRS MODEM采用PML-900/1800模块，工作电压3.3-4.2V，非语音通话时电流小于1A。是由CENTEL公司推出的GSM/DCS双频模块，带GPRS功能，主要为语音传输、短消息和数据业务提供无线接口。[11]该模块集成了完整的射频电路和GSM的基带处理电路，内嵌TCPIP协议，适合快速开发GPRS无线应用产品，如移动电话、远程监控、运输调度、定位和导航等系统和产品。[11]MCU提供的是TTL电平串口，而GPRS MODEM提供RS232电平串口，两者相连，需要MAX232提供电平转换功能。通过串口使用AT指令控制模块完成GPRS通讯工作。代码较长，关键指令如下：

(1)向串口发送GPRS初始化AT指令。

AT+CSTT ，启动任务

(2)定义PDP移动场景。

AT+CGDCONT=1,"IP","CMNET"

(3)激活PDP，获得IP地址。

AT+CGATT=1

(4)设置模块GPRS连接，接入点为“CMNET”。

AT+CIPCSGP=1,"CMNET"

(5)与指定的IP地址建立UDP连接。

AT+CIPSTART="UDP",218.86.0.1,11111

(6)发送数据。

AT+CIPSEND

(7)MCU收到“>”后提供要无线传输的数据，最后发送。

设备开始将数据包发送到指定IP的服务器的指定端口上。

(8)关闭TCP连接。

AT+CIPCLOSE

(9)关闭移动场景。

AT+CIPSHUT

以上AT指令第4步指定GPRS连接的接入点是移动公司的“CMNET”，相对“CMWAP”而言，“CMNET”编程简单，不必指定代理服务器即可访问互联网。[12]联通公司声明的接入点为“UNINET”“UNIWAP”，但是实践表明，联通公司兼容了移动公司的接入点，即设置“CMNET”同样适用。[12]第5步指定了一个公网IP218.86.0.1，当连接IP地址端口11111成功后，GPRS MODEM在串口回传“CONNECT OK”。在该IP地址上架设服务器，用Winsock控件编写的监听程序监听指定端口，可收到全部运输车辆的实时位置信息。

3.4位置数据包编码格式。

定位仪每隔30s向指挥中心发送“位置数据包”，例如：“01, 032134, 20150912162134, 119.234136, 26.087496, 39.12”。该数据包为自定义格式，第1数据位为信息代码。在本项目中，定义01代表车载定位仪上传信息。第2数据位为设备终端编号，终端编号必须绝对唯一。之后数据位分别为记录日期+时间，经度，纬度，速度。经纬度从度分表示法转换通用的度表示法。速度单位从节换算为常用的km/h。该位置数据包表明032134编号的运输车辆到达福建农林大学拓荒广场附近。

3.5电源设计。

电源设计采用的是LM2941电压模块，输出电压为3.6-3.8V，输出电流为1-1.2A。GPRS MODEM有时会忽然搜索GSM信号产生瞬间大电流，导致电源电压波动，可能引起MCU模块死机，在靠近MCU模块、GPRS MODEM的电源端各加上1个16V 470μf的电容，保证了电压稳定性。

4装卸记录仪开发

4.1工作原理。

该设备随车配置，装卸记录仪设备编号和车载定位仪设备编号一一对应。设计两个按钮，装车按钮和卸车按钮。当货物装车时，驾驶员按动装车按钮，扫描货物包装条码。设备读取货物编号后，自行启动GPRS无线通讯将编号发送至指挥中心，装车通讯过程请参见图2。卸车通讯流程与之相似。

图2　装车工作流程图Fig.2　cargo loading work flow chart

4.2设备开发。

条码扫描元件选用BE220系列嵌入式条码识读引擎，该元件集成了高性能解码板，能快速识别目前市场上国际标准的一维及二维条码，提供各类输出控制接口，包括电源控制、指示灯控制、解码输出等控制接口。该模块开发原理和车载定位仪相似，和指挥中心先建立TCP/IP连接，发送装车数据包或卸车数据包成功后，等待指挥中心回应正确标志，并点亮不同颜色的LED灯。

装车数据包举例如下：“05,026712,20150912082513, 35300109121600162”。第1数据位为信息代码，“05”代表货物装车，“026712”装卸记录仪的设备终端号，绝对唯一。“20150912162513”表示时间，可利用GPRS读取固定IP服务器发布的时钟，这样装卸记录仪不必加装时钟模块降低设备成本。“3530012015091600162”为货物条码，由货物源地址邮编、发货日期、货物序号组成。该装车数据包表明从福建省南平市延平区2015年09月16日的00162号货物已装车。

卸车数据包举例如下：“06,026712,20150912162711, 3530012015091600162”。第1数据位用“06”表示货物卸车。该卸车数据包表明福建省南平市延平区2015年09月16日的00162号货物已卸货。

5指挥中心程序开发

使用VFP9.0语言调用Winsock控件编程，监听指定端口，接收车载定位仪、装卸记录仪发来的数据包。连接SQL SERVER数据库，存储车辆实时位置数据。举一实际工作案例如下。当指挥中心收到上文的“卸车数据包”后查询匹配的车载定位仪的最后一个“位置数据包”(如上文)，获知车辆处于福建农林大学拓荒广场附近。通过数据库查询获知该货物配送终点也为福建农林大学，指挥中心启动物流信息发布模块自动发送短信给收货人，请收货人至拓荒广场收货。用短信告知周边预约客户配送车辆已到达拓荒广场，可以送货。驾驶员收到新的货物后，用随车携带的便携式条码打印机打印条码，粘贴在货物的外包装上，并用装卸记录仪装车功能扫描。当货物到达配送中心后，按条码补录信息，开始新的配送行程。

6.结束语

车载定位仪制作成本约为600元，装卸记录仪制作成本约为700元，如能采用GPRS MODEM开发板取代GPRS MODEM工业成品，可降低成本100元左右。两设备已在福建省南平市福源运输车队试用，初步达到了设计意图。既达到就近配货，降低运输成本的作用，又提高了物流服务质量，具有良好的推广前景。

参考文献

[1]郑晓捷，杨建洲．海峡西岸经济区产业集群物流发展构想[J]．福建农林大学学报(哲学社会科学版)，2009，12(1)：16-19．

[2]林宇洪，林森，景锐，等．木材运输IC卡读写器的开发[J]．福建农林大学学报(自然科学版)，2010，39(4)：435-438．

[3]李旭，林业企业竞争力探讨[J]．林业经济问题，2006，26(2)：174-176，184．

[4]林宇洪，胡连珍，蒋新华，等．基于二维码的农超对接供应链追溯系统的设计[J]．黑龙江八一农垦大学学报，2015，27(6)：83-87．

[5]胡晓，高鹰，陈柏成，等．基于GPRS的远程图像监控系统设计[J]．广州大学学报(自然科学版)，2009，8(1)：24-27.

[6]张庆一，赫威．物流配送系统车辆调度的优化模型[J]．天津工业大学学报，2008，27(2)：77-80．

[7]林宇洪．木材供应链追溯RFIC卡的设计[J]．西北林学院学报，2013，28(5)：175-179．

[8]魏海林,黄璜.应用遥感影像与 WebGIS 建立林场级森林资源管理信息系统[J].农业科学与技术(英文版),2015(4):832-835.

[9]Yuan-Kai Chen，Yi-bing Lin．IP connectivity for gateway GPRS support node[J]．IEEE Wireless Communications，2005，12(1)：37-46．

[10]林宇洪，林玉英，胡喜生，等．后林改时期的林权WebGIS管理系统的设计[J]．中南林业科技大学学报，2012，32(7)：146-150．

[11]陈琦，丁天怀，李成，等．基于GPRS/GSM的低功耗无线远程测控终端设计[J]．清华大学学报(自然科学版)，2009，49(2)：223-225，231．

[12]林宇洪，沈嵘枫，邱荣祖．南方林区林产品运输监管系统的研发[J]．北京林业大学学报，2011，33(5)：130-135．

Class No.:TP391Document Mark：A

(责任编辑：蔡雪岚)

The Development of Vehicle Locator and Cargo Handling Recorder in Logistics Distribution

Hu Lianzhen, Lin Minmin, Li Zhenghong

(School of Transportation and Civil Engineering, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou,Fujian 350002，China)

Abstract：Vehicle locator and cargo handling recorder was developed by GPRS MODEM, MCU and bar code scanner element. Using GPRS wireless technology, people can establish a TCP/IP connection with the command center. It can be used to transmitted location information and cargo handling information to users . The command center can dispatch and command to the vehicle to improve logistics service quality.

Key words：logistics distribution; vehicle locator; remote communication; GPRS; MODEM

中图分类号：TP391

文献标识码：A

文章编号：1672-6758(2016)03-0042-4

基金项目：福建省大学生创新创业训练计划项目“第三方物流货场可视化管理系统的设计”(201510389063)；福建省大学生创新创业训练计划项目“UHF频段RFID手持终端系统设计与优化”(201510389079)。

作者简介：胡连珍，学生，福建农林大学。

林敏敏，学生，福建农林大学。

李正红，教授，福建农林大学。