CN110412628A - 一种基于北斗的车载物流定位系统 - Google Patents

一种基于北斗的车载物流定位系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗的车载物流定位系统，包括车载终端和人机交互后端；车载终端模块包括北斗天线、北斗模块、RFID阅读器、ARM控制器、LCD显示器、4G模块、温度传感器、温度数据处理模块及温度报警模块；北斗天线与北斗模块为车载终端提供准确位置；RFID阅读器为车载终端获取货物信息；温度传感器、温度数据处理模块及温度报警模块实现了对温度监测、记录、调节及报警；人机交互后端包括远程服务器、数据库及微信小程序；4G模块实现车载终端与远程服务器之间无线信息传输；微信小程序为用户提供物流信息查询。本发明实现了物流经纬度与温度的实时获取与传输，并充分发挥微信小程序特点，让用户快捷查看实时物流位置及温度信息。

Description

一种基于北斗的车载物流定位系统
技术领域
本发明涉及卫星导航定位领域，尤其涉及一种基于北斗的实时车载物流定位系统。
背景技术
随着北斗卫星定位系统全球组网的逐步完善，北斗卫星导航系统的定位、物流、导航产业化应用将拥有巨大的市场前景，关于物流定位系统的研究正在逐步完善，但仍存在问题：更多的系统设计是将获取的位置信息和环境信息发送给监控中心，缺乏监控中心到直接用户端的反馈设计，用户查询订单信息的主要方式是登录物流公司页面，操作复杂；现有物流定位系统大部分基于3G网络，GPRS标准下数据上传速度只有不到30Kbit/s，随着4G技术成熟，LTE标准下数据上传速度已能达到20Mbit/s。因此物流定位系统中通讯技术继续更新换代，以提高系统整体响应速度。
发明内容
基于以上研究现状，本发明的目的在于提供一种基于北斗的车载物流定位系统，该系统解决了物流信息更新慢及物流定位不准确的问题，能够实现车辆运输中的货物位置信息和环境信息的实时反馈，用户可以通过微信小程序查询订单的相关信息，实现了对物流的实时精准监控。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于北斗的车载物流定位系统，包括车载终端和人机交互后端。
所述车载终端包括北斗天线、北斗模块、RFID模块、ARM控制器、LCD显示器、4G模块、温度传感器、温度数据处理模块及温度报警器；所述ARM控制器分别连接北斗模块、RFID模块、LCD显示器、4G模块、温度传感器、温控设备及温度报警器。
所述人机交互后端包括服务器、数据库、微信小程序和网页。
所述北斗天线与北斗模块为车载终端提供准确位置；所述RFID模块为车载终端获取货物信息；所述温度传感器、温控设备及温度报警实现了对货物的温度监测、记录、调节及报警；所述4G模块实现车载终端与服务器之间无线信息传输；所述微信小程序为用户提供便捷物流信息查询服务。
所述车载终端各部分模块初始化后，设计并划分数据存储变量，RFID模块和北斗模块分别占用两路串口，以串口中断方式向ARM控制器发送数据；所述北斗模块含有微处理控制器，每经过一定时间间隔向ARM控制器指定串口发送报文数据；ARM控制器判断RFID阅读器模块指定串口是否触发中断，中断触发后进入RFID模块；温度传感器结合ARM控制器里面的定时器进行数据读取，定时器中断触发后进入温度处理模块；北斗模块数据采集完成后结合4G模块对数据的要求进行数据发送准备，之后进入4G模块。
所述北斗模块获取经纬度和时间信息，报文解析出来的时间是UTC时间，对其进行时区转换得到北京时间再进行保存和显示，当报文解析成功时反馈一个标志位表明解析是否成功，解析成功后显示并保存经纬度和时间信息，若解析失败则等待解析结果并进行计数，当计数超过20次还未解析成功则转至初始显示界面重新开始等待。
所述RFID模块在初始化串口后等待中断触发，进入中断后接受报文数据并解析，最后将获取的标签数据保存到指定数据单元。
所述RFID模块运行标签防碰撞算法，利用智能自动识别技术提高标签识别效率，在RFID阅读器主动模式下ARM控制器不需要发送任何指令，当电子标签进入RFID阅读器射频范围，RFID阅读器会自动识别标签信息并自动过滤重复数据，主动发送有效信息。
所述RFID模块(103)为902-928MHz高性能无源远距离阅读器，提出基于分组的动态帧时隙ALOHA防碰撞改进算法，对阅读器前两次识别的标签数目线性相关系数取平均值，得到下次识别的标签数目线性相关系数K为：
i表示识别次数，且i≥3。本次成功识别时隙数为Cs(i)，碰撞时隙数为Cp(i)，对应线性相关系数为k1；上一次成功识别时隙数为Cs(i-1)，碰撞时隙数为Cp(i-1)，对应线性相关系数为k2，以此类推；
提出依据帧长选择进行标签分组的改进方案，随着n增大，当帧长接近于0，对标签数向大于等于帧长取整，即一旦标签数超过当前帧长便选择下一个帧长，L为阅读器帧长，n为待识别标签数。
所述数字温度传感器与ARM控制器通信采用单总线协议，所有数据在一条线上传输，为了确保数据完整性，在温度值读取时程序严格遵守时序要求。
为了更准确判断车厢温度，在车厢不同位置共设置四个数字温度传感器，温度传感器在获取每个温度值后逐一对每个温度值是否在设定的温度阈值范围内进行判读，只要有一个温度值不符合阈值范围要求都会立刻触发报警电路，同时将超限值显示在驾驶员可见的LCD显示器上并保存为4G通讯数据；当所有温度值都在阈值范围内时，将其平均值作为最终车厢实时温度值进行显示并保存为4G通讯数据。
所述4G模块工作在网络传透模式，ARM控制器串口通过4G模块发送数据到网络服务器，同时接收来自服务器发送至串口设备的数据。
所述4G模块上电后，4G模块即工作在网络传透模式下，规定ARM控制器每隔一分钟向服务器发送一次位置、时间、温度和标签数据，当一分钟定时中断触发后，ARM控制器通过串口向4G模块发送服务器连接请求，服务器收到连接请求消息后回复连接成功标志，ARM控制器成功收到连接成功标志后即向服务器发送位置、时间、温度和标签数据，4G模块收到串口数据后完成数据打包任务。
本发明的有益效果是：
1、本发明提出一种基于北斗的车载物流定位系统，是一种便携设备，具有较大的使用灵活性，可以在现有终端硬件功能的基础上集成模块，使终端实现北斗系统相关服务信息的获取。
2、本发明提出的一种基于北斗的车载物流定位系统，硬件成本低廉，实际推广应用效果好。
3、本发明提出的使用微信小程序作为用户查询前端的新思路，实现物流信息便捷可视化，一定程度上降低了物流过程中的丢包率。
4、本发明提出应用RFID阅读器识别到货物运输所需温度阈值，优点在于电子标签抗污能力强、电子标签信息编码保护安全性高、阅读器在同一时刻识别多个较远距离电子标签，系统工作效率高。
5、本发明适用于运输需要冷链及特殊温度运输的货物，车载终端实时显示车辆所在位置经纬度、时间和车厢温度，在温度超过预设温度发出报警信号，并对车厢内温度调节装置发出控制信号，快速调节车厢温度。
附图说明
图1是本发明的总体方案框图。
图2是本发明的车载终端硬件整体框图。
图3是本发明的车载终端整体软件结构示意图。
图4是本发明的北斗信息处理子程序流程图。
图5是本发明的RFID数据处理子程序流程图。
图6是本发明的温度处理子程序流程图。
图7是本发明的4G通讯子程序流程图。
图8是本发明的小程序设计界面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细描述。
如图1、图2所示，一种基于北斗的车载物流定位系统，包括车载终端和人机交互后端；
所述车载终端包括北斗天线、北斗模块、RFID模块、ARM控制器、LCD显示器、4G模块、温度传感器、温度数据处理模块及温度报警器；所述ARM控制器分别连接北斗模块、RFID模块、ARM控制器、LCD显示器、4G模块、温度传感器、温控设备及温度报警器；
所述人机交互后端包括服务器、数据库、微信小程序和网页。
进一步地，所述北斗天线接口为SMA接口；
进一步地，所述北斗模块采用BD-126模块，用于获取北斗定位授时信息；
进一步地，所述ARM控制器采用STM32F103ZET6芯片，对北斗模块采集到的时间、经纬度信息进行分析处理，协调北斗模块、RFID阅读器、4G模块工作；
进一步地，所述LCD显示器使用12864LCD，用于显示时间及经纬度信息；
进一步地，所述RFID模块使用902-928MHz高性能无源远距离阅读器；
进一步地，所述4G模块使用USR-LTE-7S4并选择4G网络透传模式，完成车载终端与网络服务器的无线信息传输；
进一步地，所述温度传感器使用数字温度传感器探头DS18B20和导热性强的密封胶灌封；
进一步地，所述温度报警器包括蜂鸣器报警电路，蜂鸣器报警电路通过I/O输出电平决定当输出低电平时LED灯亮，蜂鸣器报警电路导通。
所述北斗天线与北斗模块为车载终端提供准确位置；所述RFID模块为车载终端获取货物信息；所述温度传感器、温控设备及温度报警实现了对货物的温度监测、记录、调节及报警；所述4G模块实现车载终端与服务器之间无线信息传输；所述微信小程序为用户提供便捷物流信息查询服务；
如图3所示，所述车载终端各部分模块初始化后，设计并划分数据存储变量，RFID模块和北斗模块分别占用两路串口，以串口中断方式向ARM控制器发送数据；所述北斗模块含有微处理控制器，每经过一定时间间隔向ARM控制器指定串口发送报文数据；ARM控制器判断RFID阅读器模块指定串口是否触发中断，中断触发后进入RFID模块；温度传感器结合定时器进行数据读取，定时器中断触发后进入温度数据处理模块；北斗模块数据采集完成后结合4G模块对数据的要求进行数据发送准备，之后进入4G模块。
如图4所示，所述北斗模块获取经纬度和时间信息，报文解析出来的时间是UTC时间，对其进行时区转换得到北京时间再进行保存和显示，当报文解析成功时反馈一个标志位表明解析是否成功，解析成功后显示并保存经纬度和时间信息，若解析失败则等待解析结果并进行计数，当计数超过20次还未解析成功则转至初始显示界面重新开始等待。
如图5所示，所述RFID模块在初始化串口后等待中断触发，进入中断后接受报文数据并解析，最后将获取的标签数据保存到指定数据单元。
所述RFID模块运行标签防碰撞算法，利用智能自动识别技术提高标签识别效率，在RFID阅读器主动模式下ARM控制器不需要发送任何指令，当电子标签进入RFID阅读器射频范围，RFID阅读器会自动识别标签信息并自动过滤重复数据，主动发送有效信息。
所述RFID模块(103)为902-928MHz高性能无源远距离阅读器，提出基于分组的动态帧时隙ALOHA防碰撞改进算法，对阅读器前两次识别的标签数目线性相关系数取平均值，得到下次识别的标签数目线性相关系数K为：
i表示识别次数，且i≥3。本次成功识别时隙数为Cs(i)，碰撞时隙数为Cp(i)，对应线性相关系数为k1；上一次成功识别时隙数为Cs(i-1)，碰撞时隙数为Cp(i-1)，对应线性相关系数为k2，以此类推；
提出依据帧长选择进行标签分组的改进方案，随着n增大，当帧长接近于0，对标签数向大于等于帧长取整，即一旦标签数超过当前帧长便选择下一个帧长，L为阅读器帧长，n为待识别标签数。
如图6所示，所述数字温度传感器与ARM控制器通信采用单总线协议，所有数据在一条线上传输，为了确保数据完整性，在温度值读取时程序严格遵守时序要求。
为了更准确判断车厢温度，在车厢不同位置共设置四个数字温度传感器，温度传感器在获取每个温度值后逐一对每个温度值是否在设定的温度阈值范围内进行判读，只要有一个温度值不符合阈值范围要求都会立刻触发报警电路，同时将超限值显示在驾驶员可见的LCD显示器上并保存为4G通讯数据；当所有温度值都在阈值范围内时，将其平均值作为最终车厢实时温度值进行显示并保存为4G通讯数据。
如图7所示，所述4G模块工作在网络传透模式，ARM控制器串口通过4G模块发送数据到网络服务器，同时接收来自服务器发送至串口设备的数据。
所述4G模块上电后，4G模块即工作在网络传透模式下，规定ARM控制器每隔一分钟向服务器发送一次位置、时间、温度和标签数据，当一分钟定时中断触发后，ARM控制器通过串口向4G模块发送服务器连接请求，服务器收到连接请求消息后回复连接成功标志，ARM控制器成功收到连接成功标志后即向服务器发送位置、时间、温度和标签数据，4G模块收到串口数据后完成数据打包任务。
所述服务器基于Django框架的阿里云服务器，需要服务器处理的业务，其特征包括；
小程序用户验证，在应用中需要对用户身份进行验证，服务器留有身份认证接口；
接收车载终端4G模块通过网络运营商发来的位置、温度及车辆信息；
对接收来的位置信息进行坐标转换，对北斗模块发出的度分秒坐标位置信息转换成电子地图使用的经纬度坐标；
对完成坐标转换后的位置信息和接收到的温度和车辆信息在数据库中补充更新；
接收小程序查询请求后，通过与数据库交互返回查询运单号对应位置、温度信息。
进一步地，所述数据库使用MySQL数据库，其特征在于：
录入初始信息，在货物确定订单号即电子标签EPC号时，将运单号，收件人姓名、电话、地址，发件人姓名、电话、地址及货物需要温度等级导入数据库；
补充车辆信息，添加车辆信息，运输司机信息，车载终端位置、温度信息；
提取车辆路径信息和日志信息；
同时为了区分每辆车每项任务的不同次，每次任务中给定车辆ID，以车辆ID为数据表主键，建立每个运输车辆日志信息表和其路径信息表，便于车辆管理人员查询相关信息。
如图8所示，所述微信小程序遵循腾讯提供的小程序开发框架，其特征在于基于描述语言WXML和WXSS视图层，基于Java Script的逻辑层及两层之间数据传输和事件系统，绑定数据与视图层，当数据发生改变视图层发生相应变化；
小程序特征在于：用户微信直接登录，方便用户管理；
通过运单号查询该单货物目前所在实时位置；
显示查询货物在地图上的实时位置；
显示查询货物所在实时温度；
小程序包括主页和个人中心两个页面，主页最上端为运单号输入窗口和当前温度显示，最下端为地图位置显示页面；个人中心页面为目前的预留页面，包括物流详情、消息中心、产品意见。
需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换。
凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于北斗的车载物流定位系统，其特征在于，包括车载终端和人机交互后端；
所述车载终端包括北斗天线、北斗模块、RFID模块、ARM控制器、LCD显示器、4G模块、温度传感器、温度数据处理模块及温度报警器；所述ARM控制器分别连接北斗模块、RFID模块、LCD显示器、4G模块、温度传感器、温控设备及温度报警器；
所述人机交互后端包括服务器、数据库、微信小程序；
所述北斗模块用于获取北斗定位授时信息；
所述ARM控制器对北斗模块采集到的时间、经纬度信息进行分析处理，协调北斗模块、RFID阅读器、4G模块工作；
所述LCD显示器用于显示时间及经纬度信息；
所述RFID模块使用902-928MHz高性能无源远距离阅读器；
所述4G模块选择4G网络透传模式，完成车载终端与网络服务器的无线信息传输；
所述温度传感器使用数字温度传感器探头DS18B20和导热性强的密封胶灌封；
所述温度报警器包括蜂鸣器报警电路，蜂鸣器报警电路通过I/O输出电平决定当输出低电平时LED灯亮，蜂鸣器报警电路导通；
所述车载终端各部分模块初始化后，设计并划分数据存储变量，RFID模块和北斗模块分别占用两路串口，以串口中断方式向ARM控制器发送数据；ARM控制器判断RFID模块指定串口是否触发中断，中断触发后进入RFID模块；所述北斗模块含有微处理控制器，每经过一定时间间隔向ARM控制器指定串口发送报文数据；温度传感器结合ARM控制器里面的定时器进行数据读取，定时器中断触发后进入温度数据处理模块；ARM控制器串口通过4G模块发送数据到服务器，同时接收来自服务器发送至串口的数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗的车载物流定位系统，其特征在于，所述RFID模块在初始化串口后等待中断触发，进入中断后接受报文数据并解析，最后将获取的标签数据保存到指定数据单元；所述RFID模块运行动态帧时隙ALOHA防碰撞算法，依据帧长选择进行标签识别，在RFID阅读器主动模式下ARM控制器不需要发送任何指令，当电子标签进入RFID阅读器射频范围，RFID阅读器会自动识别标签信息并自动过滤重复数据，主动发送有效信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于北斗的车载物流定位系统，其特征在于，所述动态帧时隙ALOHA防碰撞算法是：对RFID阅读器前两次识别的标签数目线性相关系数取平均值，得到下次识别的标签数目线性相关系数K为：
i表示识别次数，且i≥3；本次成功识别时隙数为Cs(i)，碰撞时隙数为Cp(i)，对应线性相关系数为k1；上一次成功识别时隙数为Cs(i-1)，碰撞时隙数为Cp(i-1)，对应线性相关系数为k2，以此类推。
4.根据权利要求2所述的一种基于北斗的车载物流定位系统，其特征在于，依据帧长选择进行标签识别的方法是：随着n增大，当帧长接近于0，对标签数向大于等于帧长取整，即一旦标签数超过当前帧长便选择下一个帧长，L为阅读器帧长，n为待识别标签数。
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗的车载物流定位系统，其特征在于，所述北斗模块获取经纬度和时间信息，报文解析出来的时间是UTC时间，对其进行时区转换得到北京时间再进行保存和显示，当报文解析成功时反馈一个标志位表明解析是否成功，解析成功后显示并保存经纬度和时间信息，若解析失败则等待解析结果并进行计数，当计数超过20次还未解析成功则转至初始显示界面重新开始等待。
6.根据权利要求1所述的一种基于北斗的车载物流定位系统，其特征在于，所述4G模块上电后，4G模块即工作在网络传透模式下，规定ARM控制器每隔一分钟向服务器发送一次位置、时间、温度和标签数据，当一分钟定时中断触发后，ARM控制器通过串口向4G模块发送服务器连接请求，服务器收到连接请求消息后回复连接成功标志，ARM控制器成功收到连接成功标志后即向服务器发送位置、时间、温度和标签数据，4G模块收到串口数据后完成数据打包任务。
7.根据权利要求1所述的一种基于北斗的车载物流定位系统，其特征在于，在车厢不同位置共设置四个数字温度传感器，温度传感器在获取每个温度值后逐一对每个温度值是否在设定的温度阈值范围内进行判读，只要有一个温度值不符合阈值范围要求都会立刻触发报警电路，同时将超限值显示在驾驶员可见的LCD显示器上并保存为4G通讯数据；当所有温度值都在阈值范围内时，将其平均值作为最终车厢实时温度值进行显示并保存为4G通讯数据。
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