基于RFID的货物实时追踪系统

罗忠亮，徐志鹏，李锦欢，朱定华

（韶关学院 信息科学与工程学院，广东 韶关　512005）

基于RFID的货物实时追踪系统

罗忠亮，徐志鹏，李锦欢，朱定华

（韶关学院 信息科学与工程学院，广东 韶关512005）

针对物流货物易丢失和运输事故发生的问题，文中采用基于RFID和GPRS的货物实时追踪系统监控货物。该系统以Linux系统为开发平台，借助无线网络通信技术，结合GPS模块，动态采集货物变化信息和地理位置信息，把获取的数据汇总到监控中心，实现对物流货物的实时追踪的目的。实验结果表明，该系统时延短、人力成本低、性能稳定，在预防物流中货物的丢失和被替换方面有明显优势。

货物跟踪；RFID；监控中心；无线通信

随着物流行业的飞速发展，贵重物品和危险物品在物流中比例越来越大，然而，货物丢失和货物变质或损坏问题时常发生。因此，建立和完善货物车辆实时动态监控系统是物流行业当前需亟待解决的关键问题。通过货物智能信息化管理，对运输车辆及货物状态等情况进行实时监控和安全管理，避免物流环节中货物丢失和被替换，减少人工操作失误和降低运作成本，提高物流公司的信任度［1-2］。

该系统以Linux系统为开发平台，借助无线网络通信技术手段，结合GPS和RFID模块，通过细化设计要求，动态采集物流过程中货物变化信息和地理位置信息，把获取的各种货物状态信息传送到监控中心进行汇总。当货物丢失时或被替换时，实时报告给监管中心平台，以实现对货物进行全程追踪，有效地解决目前物流过程中危险品和贵重货物信息不能实时采集、货物丢失和掉包的问题，提高数据采集的准确度和便利性［3］。

1　基于RFID的货物实时追踪系统设计方案

该系统主要由ARM9主控平台、GPS、GPRS、RFID和监测中心PC机服务器5部分组成，如图1所示。ARM9主控平台是系统的主控中心，通过S3C2440主控板去控制GPRS模块，实现对远程的GPS进行通信，主控平台直接连接服务器PC机，平台上的GPRS模块通过短信去定位远程车辆和控制远程车辆货物门的开关；GPS模块装在车辆上，实现主控中心对其地理信息的采集；有源RFID用于对货物进行信息记录；监测中心则是对车辆位置信息与货物信息进行汇总与分析。如果在运输中途出现异常，车载终端将会及时给监管平台服务器发送报警。

图1　系统整体构架

2　货物追踪系统的硬件设计

基于RFID的物流追踪系统硬件部分主要有［1］：主控平台、通信模块、GPS模块、RFID模块和电源部分等。

图2　硬件设计图

2.1S3C2440主控板

S3C2440的CPU基于ARM920T的低功耗、低价格和高性能的32/16位RISC嵌入式微处理器，由三星公司推出，工作频率可达400MHz，其ARM920T核由ARM9TDMI、MMU和高速缓存3部分构成。S3C2440的片内资源丰富，主要包含4通道的 DMA、1个 LCD控制器、2个 SPI接口、3通道的UART，支持高速总线模式和异步模式，同时也支持外部等待信号延长总线周期。

2.2传感器

传感器是目前信息通信系统和各种装备不可缺少的采集手段，可以用来测量重量、力矩、振动、压力、位移、流量等多种物理量，广泛应用于国民经济和科学实验的各个领域，可以将实时采集到物流货物湿度和温度等环境信息通过无线通信技术，如GPRS等发送到物流车辆货物监控中心，实现智能化控制。

2.3GPS模块

GPS是全球定位系统的简称。GPS可以提供车辆定位、防盗、防劫、车辆行驶路线及呼叫指挥等功能。通过GPS模块实时监控车辆当前的位置信息，在监控中心地图上显示出来［4-5］，以供客户查询操作，如出现异常状况，可以及时获知相关信息并且提出解决办法。

2.4无线通信网络

利用当前的无线通信网络，如GSM/GPRS，CDMA、LTE移动网等，通过无线收发设备完成数据发送和接收，实现与监控中心的无线通信。GPRS模块采用SIMCOM公司推出的新一代GPRS模块，型号为SIM300，集成完整的射频电路和GSM基带处理器，提供话音传输、短消息发送、数据业务的无线接口，尤其适合开发诸如调度、监控和车载等系统的GSM/ GPRS无线应用产品。

2.5RFID模块

RFID即射频识别技术，又称"电子标签"，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象，快速地进行货物追踪和数据交换［6］。采用通道式读写器和电子标签通信方式检查电子标签里信息的变动，把RFID的变动信息传输到CPU，待数据分析完后，GPRS模块把待传信息发送到监管中心。与条形码相比，RFID扫描速度快，可多次擦写，非接触，穿透性能强，安全性好，数据存储量大，可工作于各种恶劣环境。

3　货物追踪系统的软件设计

该系统软件部分主要由上位机软件和车载终端两部分组成［1］。服务器把分析后的数据存入数据库，同时服务器也可接收客户访问需求，实时下发信息查询车辆和货物的动态信息；货物监控平台主要由GPRS接收模块和服务器组成，GPRS模块将接收到的相关信息上传到服务器。

3.1货物追踪系统的工作流程

将有源RFID采集到的货物箱内相关信息，如温度、湿度、货物ID、货物信息、货物位置等，通过GPRS反馈信息回服务器，主控中心对这些信息进行监控与管理。另外，主控中心还可对车载系统进行管理，对车辆实行定位、车速、货物箱门禁系统等监控管理，从而达到提升货物运输过程中的安全性。主控平台开发的步骤流程如图3所示。

图3　主控平台开发步骤

3.2货物追踪系统的需求分析

考虑到系统的实用性，系统功能应具有信息快速获与统计、报表生成及输出打印和及时提醒等功能，出现特殊情况时就可很快找到事故原因。考虑到系统的安全性，系统数据库需设置较高访问权限以防止某些人恶意修改物流信息，将所有可以访问信息用户分为管理人员和普通人员。普通用户权限有限，只能查看信息而不能修改信息，而管理人员权限最高，可以修改数据和密码以及其他用户权限。

3.3货物追踪系统的用户界面设计

通过人机交互界面把搭建用户和系统沟通的平台，为用户进行选择提供条件。用户进行操作后获得消息，通过用户界面反馈给用户。本设计采用Qt进行系统开发，Qt是Trolltech公司的标志性产品，提供非常强大的 GUI编辑工具— Qt Designer，操作界面类似于 Windows下的 Visual Studio，是一个跨平台的 C++图形用户界面工具包。目前Qt包括基于 Framebuffer的 Qt Embedded、快速开发工具 Qt Designer、国际化工具 Qt Linguist等部分，它具有优良的跨平台特性、面向对象、丰富的 APIQt、支持 OpenGL、XML支持等优点［7］。文中开发的界面主程序流程如图4所示。

图4　界面开发主程序流程

4　基于RFID的货物实时追踪系统数据分析

4.1数据的读取

货物追踪系统网络的每一个节点作为数据采集点，在各个数据采集点上布放适当传感器，采集车载终端和货物环境信息数据，以十六进制作为数据格式。有源RFID标签读取到的十六位的十六进制编码如图5所示。

图5　有源RFID十六进制编码

这十六位编码可用来记录货物信息、地理信息和环境信息，其中第1、2位代表的是物品信息ID，第2、3位代表的温度，分别为2和0，代表温度为22℃，第5-10位则代表

坐标的经度，第11-16位则代表坐标的纬度。

4.2数据采集

图6　GPS模块信息反馈图

根据采集信息进行对比以验证其正确性。图6为测试数据，室内温度22℃，经度为24.46.22，纬度为113.40.26。图7为有源RFID采集到的信息，根据其返回的条码位数，可对其解读。第2、3位分别为1、6，根据十六进制转换为十进制的算法，得出数据为22，同理，第5-10位十六进制数转换为十进制数后为24，46，22，第11-16位十六进制数转换为十进制数后为113，40，26。把有源RFID标签采集到的信息进行进制数转换，然后再把这些数与车载系统上GPS模块上读取的数据进行对比，从而验证了有源RFID采集信息其准确性。

4.3数据的传输

在有源RFID接收器中，要对有源RFID发出的信号进行实时采集，将采集到的数据信息进行IP数据包封装，然后以GPRS/LTE网络将数据传输到主控单元之中。

图7　有源RFID信息采集界面图

5　结束语

针对当前物流车辆运输过程中贵重物品丢失和货物信息无法实时采集的问题，文中采用基于RFID、GPS和GPRS的货物追踪系统实现对货物的实时监控，出现异常情况时，能及时报警通知物流人员，可避免贵重物品和货物的丢失。该系统能降低管理成本，节省扫描时间，增强了货物的安全性，具有一定的应用价值。

［1］赵超，陈寿元，邵增珍，等.基于RFID、GPS、GPRS的物流追踪系统的研制［J］.电子设计工程，2014，22（5）:147-150.

［2］陈丰照，姜代红.基于物联网的智能物流配送系统设计与实现［J］.微电子学与计算机，2011，28（8）:19-21.

［3］方来华，刘骥，魏利军，等.危险品运输车辆监控预警系统设计与开发［J］.中国安全科学学报，2008，18（5）:109-115.

［4］吴昊，刘岩，吴北平.基于天地图的GPS车辆监控中心系统设计与实现［J］.地理空间信息，2015，13（1）:42-47.

［5］汝程鹏.基于ARM的北斗导航/GPRS/GIS车辆监控系统设计［J］.铁道运输与经济，2013，35（3）:80-84.

［6］任守纲，徐焕良，黎安.基于RFID/GIS物联网的肉品跟踪及追溯系统设计与实现物［J］.农业工程学报，2010（10）:229-235.

［7］陈泽婷.基于ARM的校园LED公告板远程控制系统设计［J］.现代计算机月刊，2012（5）:77-80.

Goods real-time tracking system based on RFID

LUO Zhong-liang，XU Zhi-peng，LI Jin-huan，ZHU Ding-hua
（School of Information Science and Engineering，Shaoguan University，Shaoguan 512005，China）

To reduce the loss of goods logistics and transport accidents，real-time cargo tracking system based on RFID and GPRS is adopted to monitor goods in this paper.The Linux system is taken as the development platform，with wireless network communication technology，combined with the GPS module，dynamic acquired the goods change information and location information，and send the acquisition data to monitoring center，achieve the real-time tracking of goods in the logistics chain. The experimental results show that the system is short time delay，lower manpower and stable performance，it has a obvious advantage to prevent goods loss in logistics and is replaced.

goods tracking；Radio Frequency Identification；monitor center；wireless communication

TN92

A

1674－6236（2016）16-0095-03

2015-08-06稿件编号：201508028

韶关市科技计划项目（2013CX/K70）；广东省自然科学基金项目（S2012040007376，2016A030307044）；国家级大学生创新创业训练计划项目（201410576013）

罗忠亮（1973—），男，湖南桂阳人，博士，副教授。研究方向：物联网技术。