基于RFID的冷链运输监测网络研究与设计

摘要

随着电子信息技术和传感技术的高速发展，尤其是近年国家在物联网建设的推动下，带动了冷链物流行业的发展。目前国内冷链物流行业在运输过程中还未实现温湿度的实时监测，大多数物流公司将温湿度记录仪放在车厢内获取温湿度，在物品交接时一次性读取，这样导致客户和物流中心无法动态检测到运输车辆的在途信息。国内外多家物流公司致力于解决冷链物流中的监测盲区，同时物流运输过程中的预警措施亟待提高。
　　针对上述现状，本文设计了冷链运输监测系统来解决现存问题。本系统车载终端内部采用RFID电子标签和读写器解决车厢内温湿度数据采集，利用瑞士GPS定位模块ublox5Q解决运输过程中车辆定位问题，使用ST公司生产的Contex-M3内核的STM32F103微处理器实现数据的分析与预处理，减少数据冗余和通信费用，最后采用SIMCOM公司的SIM900无线收发电路解决数据远程发送的问题。中央处理器内置电话本，设置SMS及蜂鸣器双重报警机制，使客户和管理人员能随时了解到货物在途信息，内置电话薄和短信查询机制解决了车载终端数据安全性问题。
　　在软件方面，利用Keil-uVision4开发环境和C语言进行底层软件编写，在STM32F103为核心的车载终端硬件平台上完成下位机的调试与测试工作。监测中心基于VisualC++6.0平台采用面向对象编写可视化Socket服务器程序，解决了建立数据库，负责接收、上传车载终端定位数据和温湿度数据的问题，同时采用基于MFCAppWizard对话框格式编程使监测界面能够进行GoogleEarth地图定位、显示温湿度数据、司机个人信息和运输货物信息等操作。
　　最后，搭建实验平台对系统进行测试与调试，得出大量数据，对测试数据进行分析，实验结果表明温度采集精度达0.1℃，湿度精度达2％RH，GPS定位精度小于3米，网络通信时延1～2s，系统丢包率小于1‰;测试结果表明车载终端能够无干预采集温湿度数据;能快速、准确获取GPS定位数据;并且能够对获取的温湿度及GPS数据做进一步的分析、处理、存储及显示;能将有效信息进行打包，再通过GPRS网络发至物流监测中心。系统实时性和可靠性满足设计需求，适合在冷链物流行业推广使用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本文背景及研究意义

1．2 课题研究国内外发展状况

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本论文的研究目的

1．4 本文研究主要内容和任务

1．5 论文结构安排

第二章 冷链运输系统关键技术及总体方案研究

2．1 冷链运输监测网络实现关键技术

2．1．1 RFID无线射频识别技术

2．1．2 GPS地理位置定位技术

2．1．3 GPRS无线数据传输技术

2．2 冷链运输监测网络的系统概述

2．3 冷链运输监测网络的需求分析

2．4 冷链运输监测网络的性能指标

2．5 冷链运输监测网络的总体设计方案

2．5．1 中央处理器的选型

2．5．2 无线通信网络的选择

2．5．3 车载终端总体结构组成

2．6 本章小结

第三章 冷链运输监测网络车载终端硬件设计

3．1 冷链运输车载终端硬件电路分析

3．2 中央控制器最小系统的设计

3．2．1 电源电路

3．2．2 时钟电路

3．2．3 复位电路

3．2．4 存储器电路

3．2．5 JTAG接口电路

3．3 RFID数据采集模块的研究

3．3．1 RFID采集系统的构成

3．3．2 RFID采集模块的工作原理

3．4 GPS定位模块的设计

3．5 GSM远程无线收发模块的设计

3．5．1 SIM900无线模块简介及供电分析

3．5．2 SIM900无线发送模块硬件接口设计

3．5．3 SIM900数据传输方式及AT指令

3．5．4 环境对无线信号的影响

3．6 串口调试接口设计

3．7 LCD显示电路分析

3．8 本章小结

第四章 冷链运输车载终端软件设计及抗干扰分析

4．1 监测中心与车载终端的通信协议

4．1．1 监测网络通信协议的选取

4．1．2 数据传输自定义通信协议

4．2 车载移动终端各模块软件设计

4．2．1 车载终端主程序流程分析

4．2．2 温、湿度数据采集模块程序设计

4．2．3 GPS定位数据接收与处理的流程研究

4．2．4 GPRS网络连接与数据链路建立分析

4．2．5 车载移动终端双重预警机制设计

4．3 车载移动终端低功耗研究

4．4 车载移动终端抗干扰分析

4．4．1 车载终端硬件抗干扰分析

4．4．2 车载终端软件抗干扰设计

4．4．3 程序运行失常软件对策

4．5 本章小结

第五章 冷链运输监测网络上位机软件设计

5．1 监测系统登录界面程序设计

5．2 监测中心服务器数据模型研究

5．3 上位机数据接收程序设计

5．4 上位机数据处理程序分析

5．5 监测中心监测界面研究

5．6 Google Earth地图定位设计

5．7 上位机数据库研究

5．7．1 数据库概念及各表信息分析

5．7．2 ADO操作ACCESS2007

5．8 本章小结

第六章 冷链运输监测网络实验调试与结果分析

6．1 冷链运输监测网络的实验方案

6．1．1 系统实验目的

6．1．2 系统实验设备

6．1．3 系统实验方案

6．2 车载移动终端测试与调试方法

6．2．1 车载终端硬件电路调试

6．2．2 车载终端软件调试步骤和方法

6．3 车载移动终端性能测试

6．3．1 温湿度预处理测试

6．3．2 GPRS通信链路调试

6．3．3 GPS定位测试

6．3．4 短信查询及报警调试

6．4 上位机监测中心的测试

6．4．1 温湿度显示监控测试

6．4．2 Google Earth监控测试

6．4．3 运输货物信息管理测试

6．4．4 司机个人信息管理测试

6．5 实验测试结果与分析

6．6 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 本文完成主要工作

7．2 进一步研究展望

参考文献

硕士期间发表论文和参加科研情况

致谢