用ARM11和RFID技術(shù)打造的智能物流管理系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)

物流在整個(gè)企業(yè)的供應(yīng)鏈中占有非常重要的比重。通過(guò)RFID的批量識(shí)別，實(shí)現(xiàn)物流的出庫(kù)，入庫(kù)，和分揀流程。通過(guò)GPS定位系統(tǒng)，實(shí)時(shí)獲取車輛在途信息。通過(guò)服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和報(bào)表功能，可能掌握企業(yè)資源的動(dòng)態(tài)變化。智能物流系統(tǒng)大幅提升整個(gè)供應(yīng)鏈的效率。

1 系統(tǒng)方案

在本設(shè)計(jì)中采用固定式RFID的讀卡器來(lái)采集信息，由串口發(fā)送至ARM11為核心的數(shù)據(jù)處理終端進(jìn)行處理。因此該系統(tǒng)分為兩個(gè)部分。

第一部分：RFID電子標(biāo)簽信息的采集，主要是選擇固定式的讀卡器來(lái)識(shí)別RFID標(biāo)簽信息并發(fā)向終端;

第二部分：數(shù)據(jù)采集，該部分以ARM11為核心處理器的數(shù)據(jù)處理終端，在終端上搭載Linux操作系統(tǒng)，并安裝有數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite和QT/E來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)。

2 實(shí)現(xiàn)模塊

本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)依賴于以下4個(gè)功能模塊：1)RFID信息的采集;2)串口數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)讀取;3)SQLite數(shù)據(jù)的操作;4)Qt/E用戶界面的設(shè)計(jì)。

2.1 RFID電子信息的采集

2.1.1 RFID電子標(biāo)簽

RFID電子標(biāo)簽分為被動(dòng)標(biāo)簽(Passive tags)和主動(dòng)標(biāo)簽(Aetlve tags)兩種。主動(dòng)標(biāo)簽自身帶有電池供電，讀/寫(xiě)距離較遠(yuǎn)，同時(shí)體積較大，與被動(dòng)標(biāo)簽相比成本更高，也稱為有源標(biāo)簽。被動(dòng)標(biāo)簽由閱讀器產(chǎn)生的磁場(chǎng)中獲得工作所需的能量，成本很低并具有很長(zhǎng)的使用壽命，比主動(dòng)標(biāo)簽更小也更輕，讀寫(xiě)距離則較近，也稱為無(wú)源標(biāo)簽。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)源標(biāo)簽是取代條形碼標(biāo)簽的主要發(fā)展方向，有源標(biāo)簽因?yàn)槠溟L(zhǎng)距離識(shí)別的優(yōu)勢(shì)，主要應(yīng)用于大型的高速運(yùn)動(dòng)物體的標(biāo)識(shí)識(shí)別之上。如機(jī)動(dòng)車的跟蹤和識(shí)別、動(dòng)物或人類身份的跟蹤和識(shí)別。

下面主要是以無(wú)源標(biāo)簽為例介紹其原理和性能的。

RFID電子標(biāo)簽由天線和專用芯片組成，天線是存塑料片基上鍍上的銅膜線圈，在塑料基片上還嵌有體積非常小的集成電路芯片，在這個(gè)集成電路芯片中有高速的射頻接口，控制單元，EEPROM 3個(gè)模塊組成。如圖1所示。

2.1.2 電子標(biāo)簽識(shí)別系統(tǒng)

一個(gè)真正的RFID電子標(biāo)簽識(shí)別系統(tǒng)至少應(yīng)包含電子標(biāo)簽、閱讀器、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)的設(shè)備以及系統(tǒng)軟件。通常閱讀器與電腦相連，所讀取的標(biāo)簽信息被傳送到電腦上進(jìn)行下一步處理。閱讀器通過(guò)天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入這一定頻率的射頻信號(hào)磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得電能，產(chǎn)生電壓供給電子標(biāo)簽內(nèi)集成電路工作，并通過(guò)自身的RFID電子標(biāo)簽天線發(fā)送出自身編碼等信息，由閱讀器接收天線接收讀取并解碼后送至電腦主機(jī)進(jìn)行相關(guān)處理。

2.1.3 射頻讀卡模塊

本設(shè)計(jì)采用的讀卡器是TX125系列射頻讀卡模塊。TX125系列非接觸IC卡射頻讀卡模塊采用125K射頻基站。當(dāng)有卡靠近模塊時(shí)，模塊會(huì)以韋根或 UART方式輸出ID卡卡號(hào)，用戶僅需簡(jiǎn)單的讀取即可。該讀卡模塊完全支持EM、TEMIC、TK及其兼容卡片的操作。

數(shù)據(jù)格式：6字節(jié)數(shù)據(jù)，高位在前，格式為5字節(jié)數(shù)據(jù)+1字節(jié)校驗(yàn)和(異或和)。例如：卡號(hào)數(shù)據(jù)為0B00D5FOC7，則輸出為0x0B 0x00 0xD5 0xF0 0xC7 0xE9(校驗(yàn)和計(jì)算：0x0B^0x00^0xD5^0xF0^0xC7=0xE9)。第一個(gè)字節(jié)0x0B一般是廠家碼。中間4個(gè)字節(jié)0x00 0xD5 0xF0 0xC7是卡片的序列號(hào)。一般卡片上印刷的都是10進(jìn)制碼。例如：001402807213 61639。上面的數(shù)據(jù)可以通過(guò)轉(zhuǎn)換得到。轉(zhuǎn)換方式如下：將中間4個(gè)字節(jié)卡號(hào)0x00D5F0C7轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，即得001402807;將卡號(hào)的第二字節(jié)0xD5轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，即得213，將卡號(hào)的最后兩字節(jié)0xF0C7轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，即得61639。

在串口方式下，可工作存主動(dòng)與被動(dòng)模式。主動(dòng)模式：當(dāng)有卡進(jìn)入該射頻區(qū)域內(nèi)時(shí)，主動(dòng)發(fā)出以上格式的卡號(hào)數(shù)據(jù)。被動(dòng)模式：CLK的下降沿觸發(fā)卡號(hào)的輸出，格式為以上數(shù)據(jù)格式。操作方法為：在準(zhǔn)備讀取卡號(hào)之前，打開(kāi)串口中斷并啟動(dòng)超時(shí)定時(shí)器(80 ms)，將一直保持高電平的CLK置低電平，產(chǎn)生下降沿并一直保持低電平，等待卡號(hào)數(shù)據(jù)接收，若接收到卡號(hào)后存儲(chǔ)待用，若在等待過(guò)程中無(wú)數(shù)據(jù)接收，且超時(shí)定時(shí)器已經(jīng)溢出，則表示本次讀取卡號(hào)失敗;無(wú)論成功與失敗最后都將CLK重新置高電平，進(jìn)入待機(jī)以便下一次讀取卡號(hào)。

串口通訊協(xié)議，就是讀卡模塊以何種格式把讀取到的卡號(hào)發(fā)送出來(lái)。TX125支持韋根接口和串口兩種協(xié)議。UART接口一幀的數(shù)據(jù)格式為：1個(gè)起始位、 8個(gè)數(shù)據(jù)位、無(wú)奇偶校驗(yàn)位、1個(gè)停止位。波特率可選擇9 600 bps或者19 200 bps。在本設(shè)計(jì)中連接6 410網(wǎng)關(guān)設(shè)備的/dev/tty SAC1串口設(shè)備，選擇設(shè)置波特率為9 600。

采用多線程的方式等待RFID刷寫(xiě)讀卡器，主要函數(shù)：pthread_create (th_kb，NULL，KeyBoardPthread，0);pthread_creat (rf_ rev，NULL，RFIDRevPthread，0)。建立兩個(gè)線程，第一個(gè)是以鍵盤(pán)輸入的方式讀寫(xiě)RFID信息，第二個(gè)線程的功能是監(jiān)控串口/dev /ttySAC1中的信息，已實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的捕捉刷寫(xiě)RFID標(biāo)簽信息。

2.2 串口數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)讀取

在linux操作系統(tǒng)中，對(duì)外設(shè)的訪問(wèn)往往都是使用open()函數(shù)，以打開(kāi)文件的方式讀取數(shù)據(jù)。在本設(shè)計(jì)中對(duì)串口數(shù)據(jù)的瀆取也正是通過(guò)open()函數(shù)打開(kāi)/dev/ttySAC1這一串口驅(qū)動(dòng)文件，獲取由讀卡器發(fā)送給ARM11主核心板的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)函數(shù)為open(/dev /ttySAC1，O_RDWR | O_NOCTTY)，標(biāo)志位為O_RDWR | O_NOCTTY，意義是系統(tǒng)以可讀寫(xiě)的方式打開(kāi)文件，如果欲打開(kāi)的文件為終端設(shè)備時(shí)，則不會(huì)將該終端當(dāng)成進(jìn)程控制終端。

在打開(kāi)串口文件之前，我們要對(duì)串口進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，具體步驟有以下幾步：串口屬性的設(shè)置，保存原先串口配置，激活選項(xiàng)，設(shè)置波特率，設(shè)置字符大小，設(shè)置校驗(yàn)，設(shè)置停止位，設(shè)置最少字符與等待時(shí)間，清楚串口緩沖，激活配置。設(shè)置由以下結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)：

成功打開(kāi)驅(qū)動(dòng)文件后，需要做的就是使用read()函數(shù)來(lái)讀出讀卡器發(fā)送的信號(hào)，以判別貨品的類型，將其信息準(zhǔn)確的存入到數(shù)據(jù)庫(kù)。 Read()函數(shù)的函數(shù)原型為read(int fd，void*huf，size_t count)，read()實(shí)現(xiàn)的功能是從參數(shù)fd所指的文件傳送count個(gè)字節(jié)到buf指針?biāo)傅膬?nèi)存中。讀出的數(shù)據(jù)將存入buf中，作為識(shí)別 RFID標(biāo)簽的依據(jù)。