面向物联网的智能物流系统设计

赵金娟

中石化股份天津分公司物资装备部天津市300271

摘要：针对物流运输和仓储现场实时信息采集、传输和处理的要求，设计开发了包含车载运输模块和物流仓储模块的智能物流平台。重点描述了智能平台的网络拓扑、节点硬件和嵌入式软件的设计过程。测试表明，此系统能够满足物流企业日常使用需要．有效提升物流信息化水平。

关键词：智能物流；仓储；设计

1引言

物流是指为满足客户需求．以尽可能低的成本实现原材料、半成品、成品或相关信息从商品产地运输到消费地的计划、实施和管理的全过程。根据实际需要，将运输、储存、装卸、搬运、包装、流通加工、配送、信息处理等基本功能有机地结合在一起，构成物流实施过程综合体。当前我国物流企业普遍存在的成本偏高、网络信息化水平较低的问题，这已经成为国外制造业向国内转移的制约瓶颈。本文从物流领域的运输和存储两个主要阶段的需求出发，构建智能物流平台，采集监控参数，综合运用各种物联网核心技术，随时随地把信息通过异构网络传输到远端云计算中心．由中心作出判断进行实时调整，实现物流管理的自动化、信息化和网络化，从而降低物流领域各个环节的成本，增强企业竞争力[1-2]。

2需求描述

物流领域的核心环节在于“物”的运输和存储。物流运输专指“物”的载运及输送。它是在不同地域范围间．以改变“物”的空间位置为目的的活动，是对“物”进行的空间位移。物流存储专指通过仓库对“物”的储存与保管，它是连接生产、供应、销售的中转站。智能物流系统遵循物联网层次结构定义，可以划分为感知互动层、网络传输层和应用服务层三个层次。对于物流运输，智能物流系统的感知层和网络层主要解决车辆定位、车况参数采集、环境参数检测等信息收集和传输工作，使得远程云计算监控中心能在智能物流系统应用层的支持下实时查询行驶车辆的位置、行驶状态、货物状态等基本数据，确保运输过程的安全和高效。针对物流仓储过程，智能物流系统感知层需要收集货物身份识别信息、仓库环境参数、货物状态参数，同时，网络层面向移动式RFID终端的特定应用环境有必要重构信息传输路径，确保有效传输实时数据的同时．降低系统运行的维护费。

3结构设计

3.1车载运输系统设计

根据需求描述．收集车辆定位、车况参数、环境参数等是本系统信息收集的目标。若干无线智能传感器节点采集车况和环境参数，通过WSN网络将感知信息上传物联网网关。物联网网关包含的GPS接收模块同时接收GPS定位参数。鉴于物流运输过程中车辆行驶地点和运动速率的不确定性，连接远程云计算平台的通信网络必须同时具备无线传输和信号覆盖区域范围广的特点。因此，选择GSM移动网络作为通信线路。GSM网络的通信费用以流量计算，为节约成本，可以在满足应用要求的前提下延长数据包发送的时间间隔，以减少通信流量。物联网网关的体系结构主要由GPS接收模块、主控模块、无线通信模块和车载电源模块构成。的位置、速度和时间信息。兼容全球导航卫星系统(SlobaZnavigationsatellitesystem，GNSS)的板卡单点定位精度<10m、差分定位精度<1m。从功能上看，GPS模块电路由天线单元、射频单元、相关器、解算单元和通信接口5个基本部分组成。天线单元及射频单元完成卫星导航信号的接收。相关器完成信号的跟踪和锁定，解算单元(MCU)处理导航数据，UART通信接口将导航数据传送至网关主控模块。车辆由WSN协调器和传感器终端节点形成基于ZigBee通信规范的无线传感器网络．用以传输传感器节点采集到的车况和环境信息，如温度、湿度、光敏、压力、3维加速度、红外感应、雨滴、振动、烟雾、可燃气体等。ZigBee规范以IEEE802，15．4协议为基础．使用全球通用频段2．400—2．484GHz进行通信，传输速率为250kbit/s。ZigBee具有近距离、低复杂度、低功耗、低数据传输速率、低成本的特点。非常适合物流领域感知数据和自动控制的应用需要。ZigBee网络设备由协调器、路由器和终端设备组成。协调器负责启动和配置网络，保持用于间接寻址的表格绑定，支持关联，同时设计信任中心和执行其他活动，兼有路由器数据转发功能。由于车辆空间有限，大多数应用条件下，本网络只需要2级存储转发机制．既终端节点和作为汇聚节点的网关成为邻居节点直接通信。传感终端体系结构基于CC2530无线单片机设计完成，协调器模块与智能终端的不同在于没有外接传感器和电池模块，只有CC2530芯片、晶振、天线及LED等外围必须电路，用标准双排20针功能引脚接入网关主板。硬件电路设计过程中尽量与CC2530芯片官方推荐的外设接口保持一致，以便嵌入式应用软件调用协议栈。缩短开发周期。

3.2物流仓储系统设

根据需求描述，本系统能收集货物身份识别信息、仓库环境参数和货物状态参数等信息。多跳自组织的树状无线传感器网络覆盖仓库整个区域。构成监测温度、湿度、光敏、压力、维加速度、红外感应、雨滴、振动、烟雾、可燃气体等各种环境和状态参数的有机整体。与车载运输系统相比，因为仓库区域较大，受障碍物和单点信号覆盖范围限制的影响，增设了路由器节点．保证数据传输的正确率，但传输延时有所增加。因此，在仓储系统的设计中．协调器、路由器和传感终端的硬件设计保持一致，但协议栈编码不同。路由节点在完成转发数据的同时亦可监测周围环境和状态参数。实际安装时，应确保路由节点均匀分布且周围空间开阔、无明显障碍物阻挡。协调器汇聚数据通过串口与上位机相连接入互联网．将数据发送至云计算中心。为了获取货物的身份标志．系统使用固定式和移动式RFID读卡器。固定式RFID读卡器通过串口与上位机连接，配置于仓库出入口等通道处。移动式RFID读卡器作为WSN的终端．它的核心芯片MFRC530与CC2530的SPI接口互联。

4软件设计

4.1车载运输系统设计

系统上电后，主控、GPS、GPRS、WSN模块初始化。协调器建立无线传感器网络，传感终端搜寻并加入网络，建立绑定关系后开始传输车辆参数。主程序设置3个定时器，当GPS或WSN定时时间到时，调用对应的中断子程序存储GPS或WSN数据到主控模块；当GPRS定时时间到时，将主控模块存储的GPS或WSN数据上传到云计算平台。

4.2物流仓储系统设计

WSN协调器、路由器和终端的嵌入式应用软件都是基于轮转查询式的操作系统Z．Stack协议栈，该协议栈按照优先级依次处理MAC层、网络层、硬件抽象层、应用层、ZigBee设备应用层和用户应用层任务事件。默认系统脉动时间片为1ms，通过任务间的消息传递机制触发对应事件执行任务。使用优化的AODV专用网络路由协议寻找路径。ZigBee协调器用于建立网络、分配网络地址、建立绑定关系以及接收相邻节点的数据路由节点将子节点上传的数据转发至协调器．并转发控制命令到子节点。两种终端设备处理流程略有不同：移动式RFID读卡器加入WSN网络后，外部中断触发读取货物RFID身份标志，并发送给父节点；传感终端加入WSN网络后，定期向父节点发送仓库环境和货物状态参数。

参考文献

[1]陈开军．基于云计算本体模型的实时库存交易系统设计[J].物流技术,2012,31(6):69-71.

[2]郭星明，祝俞刚，陈开军，等．商务智能本体云架构设计[J].电信科学,2011,27(11):35-40.