1 引言

物流（logistics）指商品在空間和時間上的位移，包括采購配送、生產(chǎn)加工和倉儲加工包裝等流通環(huán)節(jié)中的物流情況，強調(diào)以滿足顧客的需求服務(wù)為目標，追求物流過程的持續(xù)改進和創(chuàng)新。在電子商務(wù)環(huán)境下，物流管理建立在現(xiàn)代信息技術(shù)和先進管理思想基礎(chǔ)之上，成為一種集成化的運作模式。隨著供應(yīng)鏈管理(SCM，Supply Chain Management)的興起，物流管理被納入到其中。在供應(yīng)鏈概念中強調(diào)營銷、物流及產(chǎn)品之間的相互關(guān)系和互動作用。物流不再是作為一個單一的實體存在，而成為現(xiàn)代化管理體系中的重要環(huán)節(jié)。物流管理也不再局限于自身范圍，而是與整個生產(chǎn)、流通過程息息相關(guān)。

物流的管理離不開信息技術(shù)的應(yīng)用。RFID 電子標簽是時下最為先進的非接觸感應(yīng)技術(shù)，因其獨有的非接觸、閱讀速度快、無磨損、壽命長、便于使用等特點，現(xiàn)正廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)、領(lǐng)域。采用RFID 電子標簽技術(shù)，貨場可以收集進出的貨柜車的各種信息，并將數(shù)據(jù)通過互連網(wǎng)綜合傳送到物流控制中心。有些重要的貨物，如劇毒品、危險品等，需要對貨物從裝載、運輸、出庫和入庫等作全程的物流監(jiān)測與控制，及時掌握貨物的信息，出現(xiàn)不安全的因素時能夠及時報警并記錄位置信息，便于人員進行追找。因此，不僅僅需要讀取標簽信息，更重要的是需要和局域網(wǎng)、Internet、GPS、GPRS 等連接，構(gòu)成完整的監(jiān)控系統(tǒng)。

傳統(tǒng)物流控制系統(tǒng)的問題是技術(shù)分散，數(shù)據(jù)庫控制部分往往和貨物進出系統(tǒng)脫節(jié)，而貨物的運輸檢測是獨成一體。本系統(tǒng)以電子標簽記錄貨物信息，IC 卡裝載人員身份信息，系統(tǒng)通過GPRS 與互連網(wǎng)相連，數(shù)據(jù)庫能實時刷新數(shù)據(jù)，監(jiān)控整個物流的過程，與傳統(tǒng)物流控制系統(tǒng)相比，大大提高了系統(tǒng)的效率和安全性。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

整個系統(tǒng)分為移動物流數(shù)據(jù)終端和基地控制中心兩部分，其中移動物流數(shù)據(jù)終端安裝在貨物的進（出）庫處及運輸貨車上，通過GPS 獲得位置信息，通過GPRS 實時向基地控制中心發(fā)送位置信息，中心通過互連網(wǎng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送至物流控制中心數(shù)據(jù)庫，見圖1。各部分模塊功能如下：

圖1 物流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 移動物流數(shù)據(jù)終端
移動物流數(shù)據(jù)終端由中央控制器及RFID 識讀模塊、GPS接收模塊、IC 卡身份識別模塊、GPRS 模塊組成。

（1）電子標簽識別裝置
每個貨物上分配一個電子標簽，電子標簽上攜帶的信息具有唯一性。當(dāng)貨物入或者出庫時及在運輸過程中，電子標簽識別裝置通過天線對標簽上的數(shù)據(jù)進行讀取，把貨物的信息記錄下來，利用GPRS 短信服務(wù)傳遞給遠程監(jiān)控系統(tǒng)。
（2）GPS 定位裝置
GPS 定位裝置的功能是通過接收衛(wèi)星信號計算出貨物的具體位置，這是貨物的全程監(jiān)控的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
（3）IC 卡身份識別模塊
IC 卡身份識別模塊主要完成對貨物的操作人員的身份和權(quán)限的認證，以及操作日志的記錄。要求對貨物進行操作的人員必須有明確的身份和合法的權(quán)限，對特種貨物的全程監(jiān)控包括從貨物登記、出入庫、上下火車、途中押運等，當(dāng)非法用戶或不具備權(quán)限的用戶強行操作貨物（如火車偷盜事件）時，將產(chǎn)生實時報警信息。合法用戶的操作將記錄操作的時間、操作類型信息。
（4）GPRS 模塊
系統(tǒng)的GPRS 模塊利用手機模塊和SIM卡，進行短消息的發(fā)送，發(fā)送的短消息包括貨物的登記信息、運輸人員、上下車、位置信息、報警信息等。

2.2 基地控制中心
（1）GPRS 通信處理機
GPRS 通信處理機負責(zé)接收各貨物發(fā)來的短消息，通過互連網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳給控制中心。
（2）基地控制中心管理系統(tǒng)
基地控制中心管理系統(tǒng)采用了客戶機/服務(wù)器和瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)。B/S 結(jié)構(gòu)部分提供非專業(yè)人員通過INTERNET 或INTRENET 網(wǎng)絡(luò)進行信息查詢。為使網(wǎng)絡(luò)查詢系統(tǒng)更加人性化，B/S 結(jié)構(gòu)軟件前端界面采用了地理信息系統(tǒng)，把各種數(shù)據(jù)信息放在地圖上，當(dāng)貨物不斷送來定位信息時，貨物在地圖上的位置也在不斷改變，通過WEB 服務(wù)器和GIS 發(fā)布服務(wù)器把各種信息發(fā)布出去。C/S 結(jié)構(gòu)部分主要完成用戶管理、卡管理、設(shè)備管理、圖紙管理、地理信息管理等系統(tǒng)維護功能，同時完成控制命令的下達功能，客戶端放在監(jiān)控中心，每個功能操作都有權(quán)限的限制。

3 電子標簽識讀模塊設(shè)計

讀取RFID 電子標簽中的設(shè)備信息可由ASIC 芯片RIR6C-001A 來實現(xiàn)。RI- R6C- 001A 是TI 公司最新開發(fā)的針對RFID 讀寫的多協(xié)議收發(fā)器，支持的協(xié)議包括：Tag–it 協(xié)議，ISO15693- 2，ISO14443- 2（TYPE A），因此可讀寫多種電子標簽，適用范圍廣。由于RI- R6C- 001A 對外只提供四個引腳：SCLOCK（串行時鐘）、DIN（串行數(shù)據(jù)輸入）、DOUT（串行數(shù)據(jù)輸出）和M- ERR（Manchester 協(xié)議錯誤標志）,其硬件接口電路相對簡單，SCLOCK、DIN 和DOUT 分別連接MCU 的SPI 串行接口SCK、MOSI 和MISO 上。時鐘線是雙向的,發(fā)送數(shù)據(jù)時由MCU 控制, 接收數(shù)據(jù)時則由ASIC 控制，ASIC 在時鐘的上升沿鎖存數(shù)據(jù)。DOUT 除了具有在接收數(shù)據(jù)期間的數(shù)據(jù)輸出功能外, 還有表征ASIC 內(nèi)部FIFO 的功能。M- ERR 線用于在同時讀多張卡的時候表征數(shù)據(jù)的沖突情況，平時為低電平,沖突時此線會升為高電平。將該引腳連接到MCU 的中斷輸入端上，用于檢測數(shù)據(jù)輸入是否有錯誤。

Tag- it 電子標簽與移動物流控制器之間的通信是半雙工的，首先MCU 通過RI- R6C- 001A 主動發(fā)送一個請求（包含命令和參數(shù)），電子標簽被動發(fā)回一個應(yīng)答（包含發(fā)送的數(shù)據(jù)和狀態(tài)）。在軟件設(shè)計上，通過同步串行接口(SPI)，并遵照RIR6C-001A 的命令應(yīng)答協(xié)議就可實現(xiàn)RFID 電子標簽的讀寫操作。

RI - R6C- 001A 的基本命令/應(yīng)答時序如下：



圖2 RI - R6C- 001A芯片基本命令/ 應(yīng)答時序

S1 表示命令傳輸開始，ES1 表示命令傳輸停止，長度均為1 位。CMD為命令字節(jié)，長度為8 位（普通模式）或1 位（寄存器模式），用于規(guī)定ASIC 與電子標簽通訊時的有關(guān)參數(shù)，包括支持的射頻協(xié)議、調(diào)制方式、調(diào)制深度、波特率等。本系統(tǒng)中CMD為30H，表示系統(tǒng)支持的射頻協(xié)議是ISO15693(256 選1) ,采用FM調(diào)制方式, 調(diào)制率10 % , 返回數(shù)據(jù)波特率為6. 67kb/ s。data 為發(fā)送給電子標簽的數(shù)據(jù)，其長度由需要傳送的信息而定，因此數(shù)據(jù)長度是任意的，數(shù)據(jù)位的順序則依據(jù)射頻協(xié)議ISO15693 而定。S2 用于表示電子標簽響應(yīng)數(shù)據(jù)的開始, ES2則表示電子標簽響應(yīng)數(shù)據(jù)的結(jié)束。TAG data 為電子標簽的響應(yīng)數(shù)據(jù)，包括FLAGS、響應(yīng)內(nèi)容和CRC16。

4 通信協(xié)議的設(shè)計

系統(tǒng)是典型的主從分布式系統(tǒng)，協(xié)議的中心思想是輪流查詢。所傳遞的信息為絕對量信息，絕對量信息是指貨物編號、運送人、位置等數(shù)據(jù)；所傳遞的信息分為數(shù)字量和開關(guān)量，數(shù)字量為32 位正整數(shù)，表示IC 卡、RFID 卡、位置等數(shù)據(jù)；開關(guān)量為一位二進制數(shù)，表示貨物的運送狀態(tài)。



圖3 幀結(jié)構(gòu)

完整的幀格式如圖3 所示。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間所有的通信都以包的形式進行，包的長度固定，每個包前可以選擇若干個前導(dǎo)字節(jié)（Preamable），以穩(wěn)定傳輸線路的狀態(tài)。第一字節(jié)為（8，4，4）漢明編碼的從站地址，在網(wǎng)絡(luò)傳輸該字節(jié)時，應(yīng)將其第9 位設(shè)置為1，以引發(fā)接收方的接收中斷，該地址指明欲訪問的從接點地址（SNA）。第二字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)信息流控制信息。第三個字節(jié)為數(shù)據(jù)場，數(shù)字量在前，開關(guān)量在后。上行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀包括32 字節(jié)的數(shù)字量；下行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀包括4 字節(jié)的控制信息和4 字節(jié)的狀態(tài)信息。數(shù)據(jù)場后面是校驗字段（PCS），校驗方法采用CRC16。

上行傳輸數(shù)據(jù)場數(shù)字量中第1- 4 字節(jié)數(shù)據(jù)為IC 卡身份數(shù)據(jù)，第5- 8 字節(jié)為RFID 貨物數(shù)據(jù)，第9- 13 字節(jié)為位置數(shù)據(jù)，第14- 16 字節(jié)為預(yù)留數(shù)據(jù)，第17- 20 字節(jié)為軟件糾錯數(shù)據(jù)，包括是否重發(fā)、重發(fā)的數(shù)據(jù)編號等，第21- 24 字節(jié)為控制數(shù)據(jù)，包括切斷汽車油路、關(guān)閉倉庫出入道閘等控制信息。其他信息在上行數(shù)據(jù)的開關(guān)量中做了相應(yīng)定義，包括貨物的控制處理等。

GPS 到控制器，RFID 到控制器，包括IC 卡到控制器，都按照這種格式傳送數(shù)據(jù)，以保證傳輸?shù)耐该餍?。通信的最大問題在于噪聲干擾，為此，在系統(tǒng)設(shè)計中除了
硬件的抗干擾處理外，在協(xié)議設(shè)計和和軟件設(shè)計上采取了軟件糾錯方法，保證數(shù)據(jù)的正確傳輸。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵是保證貨物的安全，雖然使用了RFID，IC 卡進行雙重驗證，但是，必須對整個系統(tǒng)進行安全策略的設(shè)計，以保證物流系統(tǒng)的安全性。首先，系統(tǒng)讀取RFID，如果有信號，接收貨物的數(shù)據(jù)保存，接著，讀取IC 卡數(shù)據(jù)并通過GPRS 傳給基地，以驗證貨物運送人的身份。GPS 模塊一直接收衛(wèi)星信號以計算位置數(shù)據(jù)，并間隔2 分鐘（可調(diào)節(jié)） 通過GPRS 傳給基地中心，軟件流程示意圖見圖4。

圖4 移動物流控制器程序工作示意圖

一些特殊的貨物，需要實施多重檢驗，包括需要主管部門IC 卡簽名等。當(dāng)貨物在運輸過程中，如果遇到特殊情況，如搶劫、原料泄露時，司機可以按下緊急開關(guān)，基地控制中心可以第一時間知道貨物狀況，自動報告給各級部門進行緊急處理。

6 結(jié)束語

系統(tǒng)在設(shè)計中綜合運用了各種技術(shù)，特別是RFID 和IC卡身份的雙重認證，保證了系統(tǒng)的安全性，今后需要研究的是，運用指紋識別結(jié)合RFID 的技術(shù)，運用GPS 加CDMA 的技術(shù)，以及多種物流控制數(shù)據(jù)庫與前端RFID 數(shù)據(jù)兼容的問題。