【正文】 ARM11的手持嵌入式系統(tǒng)是對(duì)物流系統(tǒng)的一場(chǎng)必須的技術(shù)革命性產(chǎn)品。 目錄摘要 iiiAbstract iv序 vii第1章 緒論 1 技術(shù)背景 1 應(yīng)用背景和研究意義 3 論文的主要任務(wù)和章節(jié)安排 4第2章 RFID模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 RFID基本組成部分與特點(diǎn) 6 RFID工作原理 9 RFID模塊的軟件系統(tǒng)基本架構(gòu) 12 RFID模塊在LINUX下的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 13 RFID模塊的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 15第3章 GPS模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 17 GPS工作原理 17 GPS模塊軟件組網(wǎng)的流程與代碼 19 GPS模塊在LINUX下的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 21 GPS模塊的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 25 GPS模塊的調(diào)試中遇到的問題與解決方法 26第4章 ARM11嵌入式終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 28 基于ARM11的嵌入式模塊總體結(jié)構(gòu)框圖 28 ARM11與GPS模塊連接的軟件設(shè)計(jì) 31 ARM11與RFID模塊連接的軟件設(shè)計(jì) 32 基于ARM11和LINUX的圖像采集功能的設(shè)計(jì) 34 ARM11嵌入式終端的總體實(shí)現(xiàn)與調(diào)試 38第5章 系統(tǒng)應(yīng)用分析 44 系統(tǒng)分析 44 物件派送過程中系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用 46第6章 總結(jié)與展望 48 本文總結(jié) 48 進(jìn)一步展望 48參考文獻(xiàn) 50作者簡(jiǎn)歷 52獨(dú)創(chuàng)性聲明 53學(xué)位論文數(shù)據(jù)集 54第1章 緒論 技術(shù)背景21世紀(jì)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，推動(dòng)了社會(huì)發(fā)展，人們的生活水平日漸提高，在各個(gè)方面都為人們帶來了更加快捷更加方便的舒適享受。伴隨著網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)和芯片技術(shù)的快速發(fā)展，物理信息采集終端技術(shù)也經(jīng)歷了幾個(gè)重要階段的發(fā)展。當(dāng)今中國(guó)的物流行業(yè)蓬勃發(fā)展，由于沒有一定之規(guī)，良莠不齊，在高速發(fā)展的情況下，一些問題逐步體現(xiàn)，而物流行業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的情況更為復(fù)雜，如果能有一個(gè)統(tǒng)一的合適物流產(chǎn)業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)輸入、輸出標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)調(diào)用及跟蹤系統(tǒng)，會(huì)使物流商從下單，查詢，還有退單方面都有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這樣會(huì)很大地提高國(guó)內(nèi)物流行業(yè)的工作效率及管理水平。值得注意的是，在現(xiàn)如今被人們廣泛應(yīng)用于信息采集領(lǐng)域的RFID射頻識(shí)別技術(shù)、以ARM11為主體的嵌入式手持設(shè)備在物流信息采集方面也逐漸獲得日益廣泛的重視。我們正可以借助眾多科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提高物流信息管理領(lǐng)域的整體水平。在眾多的移動(dòng)通信技術(shù)中，射頻識(shí)別技術(shù)（即RFID，Radio Frequency Identification）在物流管理領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢(shì)和潛力[1]，它為我們提供了一個(gè)合理的解決物流產(chǎn)業(yè)的信息采集和管理的方案。利用RFID無線射頻識(shí)別技術(shù)來確保物流信息的唯一性與準(zhǔn)確性，已經(jīng)越來越符合解決Internet電商購(gòu)物量爆炸性增長(zhǎng)所造成的附屬行業(yè)—物流行業(yè)的壓力的需求，也是未來物流行業(yè)的一個(gè)比較前沿的發(fā)展方向，再加上GPS定位系統(tǒng)，能很好地對(duì)物流信息進(jìn)行跟蹤，查詢，以確保物流信息的真實(shí)與準(zhǔn)確。RFID技術(shù)利用電磁耦合原理進(jìn)行非接觸式自動(dòng)識(shí)別，基于RFID的自身優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，它可以自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，并不依賴于人工干預(yù)，還可以在各種惡劣環(huán)境下完成信息的采集和讀取工作，還具備非常高的安全性能。除此之外，當(dāng)前傳統(tǒng)物流信息采集終端只是單一的一維碼，信息容量十分有限（約30個(gè)字符），往往只能包括非常簡(jiǎn)單的信息，以二維碼取代一維碼，不但使信息容量進(jìn)一步加大，同時(shí)能夠更加有利于信息采集及跟蹤[2]。RFID可以用于物流過程的自動(dòng)化管理，提高物流數(shù)據(jù)的采集的實(shí)時(shí)性和物流管理的效率，保障數(shù)據(jù)的安全性。所以在各方面RFID電子標(biāo)簽都具有很大的優(yōu)勢(shì)。嵌入式系統(tǒng)一般執(zhí)行預(yù)定好的特殊任務(wù)，這一點(diǎn)與普通的個(gè)人計(jì)算機(jī)有著很大的區(qū)別。由于它執(zhí)行任務(wù)的特殊性，相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以對(duì)它進(jìn)行個(gè)性化的設(shè)計(jì)，從而使成本與尺寸大大減少。嵌入式系統(tǒng)一般都是進(jìn)行的大量化生產(chǎn)，雖然在單個(gè)成本上節(jié)約較少，但是在不斷增長(zhǎng)的產(chǎn)量中能夠看到很大的效益。在各種嵌入式操作系統(tǒng)中，Linux成為了嵌入式開發(fā)的首選。正是憑借它的結(jié)構(gòu)清晰、源代碼開放性等方面的特性，成為眾多嵌入式操作系統(tǒng)中不可多得的最佳選擇。對(duì)于 RFID模塊、GPS模塊[3]以及ARM11嵌入式終端在Linux 驅(qū)動(dòng)下的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方面的研究，正式本文的一大亮點(diǎn)。若要使物流信息系統(tǒng)中的每個(gè)部分很好地發(fā)揮自己的功能，其中一項(xiàng)重要的技術(shù)就是對(duì)Linux內(nèi)核進(jìn)行剪裁與修改，這主要是因?yàn)樵谇度胧较到y(tǒng)中，只有對(duì)軟硬件進(jìn)行修改與裁剪才能夠滿足應(yīng)用需求。正是基于ARM11和LINUX的V4L2架構(gòu)采集攝像頭的圖像信息，之后通過GPS模塊采集到現(xiàn)在物流貨品的地理位置，實(shí)時(shí)記錄寄件物品GPS地理位置，派送時(shí)間，保證物流貨品的準(zhǔn)確順利到達(dá)目的地。 研究現(xiàn)狀和應(yīng)用背景物流管理的最終目的是為了實(shí)現(xiàn)組織的明確目標(biāo)，一般以供應(yīng)作為開端，然后經(jīng)過各個(gè)環(huán)節(jié)的擁有與轉(zhuǎn)讓，最后到達(dá)消費(fèi)者手里的一種實(shí)物運(yùn)動(dòng)，是一個(gè)統(tǒng)一有序的系統(tǒng)，包含了原材料控制，制造成品，生產(chǎn)成品與信息等方面。在經(jīng)濟(jì)全球化的今天，現(xiàn)代物流起著舉足輕重的作用。目前，歐美和日本等許多發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)成為了重要的物流基地，世界現(xiàn)代物流有著非常好的發(fā)展前景。雖然中國(guó)物流業(yè)的底子薄，但是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展正在帶動(dòng)物流業(yè)的不斷增長(zhǎng)。從中國(guó)進(jìn)入WTO以來，在政府宏觀調(diào)控政策的不斷完善背景下，中國(guó)物流業(yè)在穩(wěn)步地發(fā)展，行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范也在不斷地完善。隨著計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，電子商務(wù)迅速發(fā)展，人們對(duì)它的物流配送需求也在不斷的增加。如何讓簡(jiǎn)單的代碼承接更多更豐富的信息量？如何讓信息更簡(jiǎn)便的被獲取和采集？如何讓終端客戶更及時(shí)、更方便的追尋物流貨物？已經(jīng)成為每一個(gè)物流商所要面對(duì)的重要問題。傳統(tǒng)的物流配送已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代物流的需求，需要一個(gè)低成本大容量的信息和高效信息管理物流系統(tǒng)。即通過低成本高容量二維碼進(jìn)行物流信息采集，并與物流中心的服務(wù)器對(duì)接，將物流信息采集與物流運(yùn)輸、配送、交付管理相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)更高效、更便捷、更快速的物流信息管理及調(diào)用。將終端信息的采集與遠(yuǎn)端服務(wù)器相結(jié)合，已經(jīng)越來越符合解決Internet電商購(gòu)物量爆炸性增長(zhǎng)所造成的附屬行業(yè)—物流行業(yè)的壓力的需求，也是未來物流行業(yè)的一個(gè)比較前沿的發(fā)展方向，用高速的手持設(shè)備云服務(wù)器結(jié)合也是未來物流行業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)比較好的方向。本文通過將GPS信息、物件圖像信息、個(gè)人信息、物件等信息融合在一起，首先，利用RFID技術(shù)采集物流派送物品的基本信息，例如派送日期、派送人信息等，減少由于人員人工輸入的錯(cuò)誤，然后把GPS信息，物品圖像信息，通過ARM11的手持終端將以上的信息采集并發(fā)送到云端服務(wù)器中，提高物流商的工作效率的同時(shí)也方便客戶跟蹤自己的物件情況。這種新型的技術(shù)可以應(yīng)用到物流甚至是全自動(dòng)化的航空、船運(yùn)等等，因?yàn)槎际巧鲜龅倪^程跟基本的物流派送基本上一致，只是在通信系統(tǒng)上有所區(qū)別，但是終端設(shè)備上的原理是一致并且是可以移植與參考的，隨著信息化時(shí)代的進(jìn)一步發(fā)展，相信本文提出的基于ARM11的物流信息采集終端會(huì)廣泛應(yīng)用到自動(dòng)化控制的工業(yè)當(dāng)中。 研究意義隨著全球各地不斷推行經(jīng)濟(jì)一體化，全球范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，基于電子商務(wù)的物流配送需求越來越大。不僅僅是商品本身，和商品服務(wù)相配套的服務(wù)體系在商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中扮演著越來越重要的角色，其中物流更是眾多服務(wù)項(xiàng)目中非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。近幾年來，由于商品經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了十分嚴(yán)峻的全球電子商務(wù)、供應(yīng)鏈由于信息傳遞的不及時(shí)、信息交換錯(cuò)誤、信息失真的問題，由此產(chǎn)生的損失每年高達(dá)數(shù)千億美元。具體說來，是兩大原因引起了上述問題的產(chǎn)生，即信息管理能力和信息采集能力的低下。首先，因?yàn)樵S多物流供應(yīng)商十分依賴于傳統(tǒng)的信息處理手段，很難改變已有的信息處理方式，導(dǎo)致不能實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)共享，進(jìn)一步地，供應(yīng)商無法在物流鏈中準(zhǔn)確并且及時(shí)的判斷實(shí)際的應(yīng)用需求，最終產(chǎn)生了階段性的供需矛盾。其次，雖然我們正在逐步地進(jìn)入信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為物流管理乃至整個(gè)時(shí)代的核心，然而絕大部分的產(chǎn)品供應(yīng)商還是依賴人工，手工輸入商品信息，很明顯這樣的依賴會(huì)造成工作效率底下，始終無法得到質(zhì)的提高。在加上工作環(huán)節(jié)大大多于過去的工作情況，如果依舊采用人工錄入的辦法就會(huì)產(chǎn)生更多的問題，比如增大了工作量，又可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率下降。所以，為了從根本上解決上述兩大問題，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈信息的對(duì)稱和實(shí)時(shí)交互，我們一方面需要實(shí)現(xiàn)高效的信息傳遞和共享，另一方面則是要求我們逐步改進(jìn)數(shù)據(jù)的采集方式，由傳統(tǒng)的人工錄入逐漸地向系統(tǒng)自動(dòng)錄入過渡，從而提高供應(yīng)鏈的管理效率和工作效率。當(dāng)然，目前而言最為直觀簡(jiǎn)單的方式就是通過LAN或者WLAN來解決上述問題。但是在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)閃LAN的普及尚未達(dá)到完全的效果，所以很多場(chǎng)合是不具備有線網(wǎng)絡(luò)或者WLAN的，這種情況尤其容易出現(xiàn)在貨物配送運(yùn)輸過程途中，都是不能完全避免的。所以換一種思路，我們可以通過給系統(tǒng)添加無線通信模塊來滿足系統(tǒng)對(duì)信息的實(shí)時(shí)更新的要求，實(shí)現(xiàn)貨物的全程無漏洞跟蹤。這樣我們就可以借助當(dāng)前相對(duì)成熟的移動(dòng)通信技術(shù)，在局域網(wǎng)尚未覆蓋到的地方，也能實(shí)現(xiàn)與物流系統(tǒng)的中心數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信的目的，甚至可以在必要的時(shí)候?qū)ζ溥M(jìn)行操作，例如更改貨物狀態(tài)、查詢貨物運(yùn)送情況、重新調(diào)配貨物運(yùn)送等等，真正實(shí)現(xiàn)全程物流管理和監(jiān)控。 論文的主要任務(wù)和章節(jié)安排為了解決當(dāng)前傳統(tǒng)物流信息采集終端只是單一的二維碼信息采集的問題，以及二維碼信息采集只包括寄件人的個(gè)人信息，寄送的目的地與寄件地址，而且還必須利用人工把信息傳送到物流中心的總控制服務(wù)器以便成為物流派送的依據(jù)這個(gè)問題，提出本論文題。在本文中，首先使基于LINUX操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)RFID系統(tǒng)的軟件架構(gòu)和設(shè)計(jì)，同時(shí)借助于GPS系統(tǒng)解決物流配送的跟蹤定位問題。最后，依賴ARM11嵌入式終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，確保基于ARM11的物流信息采集終端很好地符合在貨物配送過程中所遇到的各種特定條件的苛刻要求。嵌入式系統(tǒng)一般執(zhí)行預(yù)定好的特殊任務(wù)，這一點(diǎn)與普通的個(gè)人計(jì)算機(jī)有著很大的區(qū)別。由于它執(zhí)行任務(wù)的特殊性，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員可以對(duì)它進(jìn)行個(gè)性化的設(shè)計(jì)，從而使成本與尺寸大大減少。嵌入式系統(tǒng)一般都是進(jìn)行的大量化生產(chǎn)，雖然在單個(gè)的成本上節(jié)約較少，但是在不斷增長(zhǎng)的產(chǎn)量中能夠看到很大的效益。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于該模型的RFID物流管理模型，提高RFID物流系統(tǒng)的應(yīng)用靈活性。基于LINUX的V4L2架構(gòu)采集攝像頭的圖像信息，之后通過GPS模塊采集到現(xiàn)在物流貨品的地理位置，實(shí)時(shí)記錄寄件物品GPS地理位置，派送時(shí)間，保證物流貨品的準(zhǔn)確順利到達(dá)目的地。本文的章節(jié)安排如下：第二章中，介紹RFID模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，包括RFID的基本組成結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、工作原理，軟件系統(tǒng)的基本構(gòu)架，如何實(shí)現(xiàn)在LINUX下的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，以及RFID軟件部分的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。第三章中，對(duì)GPS全球定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)做了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)。首先介紹GPS的工作原理，在此基礎(chǔ)上編寫軟件組網(wǎng)的流程和代碼，實(shí)現(xiàn)GPS模塊在LINUX下的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。最后提出了調(diào)試中所遇到的問題的具體解決辦法。第四章中，詳細(xì)闡述文章的核心部分——ARM11嵌入式終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。以ARM11的嵌入式模塊總體結(jié)構(gòu)框圖為基礎(chǔ)，分別介紹ARM11與GPS模塊、RFID模塊連接的軟件設(shè)計(jì)。同時(shí)設(shè)計(jì)完成基于ARM11和LINUX的圖像采集，并實(shí)現(xiàn)總體的調(diào)試。第五章中，針對(duì)具體的物件派送過程詳細(xì)分析系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。第六章總結(jié)全文，并展望進(jìn)一步的工作方向。第2章 RFID模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)由于物流每天派送的物件都能達(dá)到上萬(wàn)件的數(shù)量級(jí)別，如果人工下單會(huì)導(dǎo)致到整個(gè)物流系統(tǒng)的癱瘓，而且會(huì)造成信息的混亂與不準(zhǔn)確，所以必須用RFID代替人工下單，使得整個(gè)物流系統(tǒng)能高效、準(zhǔn)確、有序地運(yùn)行。使用RFID系統(tǒng)能準(zhǔn)確地去記錄好派送物件的ID號(hào)、派送日期、目的地址與寄件地址，而且只要按照一定格式清除好記錄之后，還可以循環(huán)利用。 RFID基本組成部分與特點(diǎn)RFID (Radio Frequency Identification)的中文概念為無線射頻識(shí)別技術(shù)[4]，通過射頻信號(hào)在空間耦合中的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了信息的有效傳遞與無接觸的自動(dòng)識(shí)別。從1990年以來，伴隨著RFID技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，這項(xiàng)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展取得了巨大的進(jìn)步。根據(jù)信息傳遞的基本原理，RFID 閱讀器及電子標(biāo)簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式大致上可以分成兩類耦合方式，射頻識(shí)別技術(shù)在高頻段（3~30MHZ）基于雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的空間耦合模型，而在低頻段（30~300KHZ）基于變壓器耦合模型[5]。RFID系統(tǒng)包含三大部分——電子標(biāo)簽（Tag）(又稱做射頻卡、應(yīng)答器等)、天線（Antenna）以及閱讀器（Reader），另外還包括主機(jī)等部分。電子標(biāo)簽英文簡(jiǎn)稱為Tag,一般通過依附在待識(shí)別物體上來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的識(shí)別，其主體中包括了芯片和耦合元件。電子標(biāo)簽具有很好的安全性，因?yàn)樗哂歇?dú)特的ID（識(shí)別號(hào)），能夠保證不被修改或仿造。電子標(biāo)簽中具有約定格式的電子數(shù)據(jù)能夠有效地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。電子標(biāo)簽英文簡(jiǎn)稱為Tag，一般通過依附在待識(shí)別物體上來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的識(shí)別，其主體中包括了芯片和耦合元件。電子標(biāo)簽具有很好的安全性，因?yàn)樗哂歇?dú)特的ID（識(shí)別號(hào)），能夠保證不被修改或仿造。電子標(biāo)簽中具有約定格式的電子數(shù)據(jù)能夠有效地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。天線的英文簡(jiǎn)稱為Antenna，可以實(shí)現(xiàn)無線通訊連接與傳播空間射頻信號(hào)的功能，利用讀寫器與RFID標(biāo)簽來對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)囊环N設(shè)備。RFID系統(tǒng)包括讀寫器天線和RFID標(biāo)簽中的天線。前者不但能夠在讀寫器中實(shí)現(xiàn)自己的功能，而且可以通過讀寫器與同軸電纜之間進(jìn)行信號(hào)的傳輸[6]。后者是和RFID標(biāo)簽融為了一體。為了達(dá)到發(fā)射和接收功能的集成的目的，目前的天線產(chǎn)品多采用收發(fā)分離技術(shù)。人們往往忽視了天線在RFID系統(tǒng)中的重要性，但是在實(shí)際應(yīng)用中，影響RFID系統(tǒng)識(shí)別范圍的主要因素之一就是天線設(shè)計(jì)參數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)天線的設(shè)計(jì)與安裝有著較高的要求，因?yàn)閿?shù)據(jù)的傳輸與接收與天線的形狀和相對(duì)位置有著密切的聯(lián)系。若想實(shí)現(xiàn)制造高性能的天線，就不僅僅要求設(shè)計(jì)出具有良好的阻抗匹配特性，在特定的應(yīng)用環(huán)境中還需要專門設(shè)計(jì)符合應(yīng)用條件的方向特性、極化特性和頻率特性等。閱讀器，英文簡(jiǎn)稱為Reader，是一種可以對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行讀取與寫入