車載終端和檢測(cè)終端無線射頻通信協(xié)議-四川大學(xué)

1、四川大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于J2ME技術(shù)的手機(jī)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)游戲(銀月血影)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目 基于北斗的智能物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院 電氣信息學(xué)院專 業(yè) 自動(dòng)化學(xué)生姓名 俞巧君學(xué) 號(hào) 2012141441356 年級(jí) 2012指導(dǎo)教師 雷勇 教務(wù)處制表二一六年六月一日 四川大學(xué)本科畢業(yè)論文基于北斗的智能物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于北斗的智能物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化學(xué)生 俞巧君 指導(dǎo)老師 雷勇 摘要 隨著經(jīng)濟(jì)的全球化、互聯(lián)網(wǎng)的興起、電子商務(wù)的快速發(fā)展和“互聯(lián)網(wǎng)”物流概念的提出，物流業(yè)已經(jīng)成為一個(gè)國家綜合實(shí)力的象征，正在逐步成長(zhǎng)為各國國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一。傳統(tǒng)物流管理方式已經(jīng)無法滿足物流定點(diǎn)跟蹤、狀

2、態(tài)檢測(cè)等現(xiàn)代化物流的監(jiān)測(cè)需求，物流運(yùn)輸過程中丟包、破損情況嚴(yán)重，物流監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化物流發(fā)展需求，嚴(yán)重制約著現(xiàn)代化物流的發(fā)展。BDS是我國自主創(chuàng)新，獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，亞太地區(qū)定位精度與GPS相當(dāng)且數(shù)據(jù)安全性更好，極具推廣價(jià)值。本論文根據(jù)目前國內(nèi)物流運(yùn)輸和監(jiān)測(cè)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了基于北斗的智能物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)將GSM技術(shù)、BDS定位技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、無線射頻數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等技術(shù)集成到一個(gè)系統(tǒng)中，搭建基于北斗的智能物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。結(jié)合實(shí)際物流運(yùn)輸情況，采用模塊化硬件設(shè)計(jì)思維，將系統(tǒng)分為車載終端和檢測(cè)終端，分別對(duì)檢測(cè)終端和車載終端的硬件進(jìn)行選型并設(shè)計(jì)電路。檢測(cè)

3、終端以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心，通過傳感器檢測(cè)并記錄物品運(yùn)輸過程的加速度、溫度、濕度、傾斜度，并通過無線射頻模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰囕d終端，車載終端以STM32F103RBT6單片機(jī)為核心構(gòu)建無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，將多個(gè)檢測(cè)終端的數(shù)據(jù)與單片機(jī)解析后得到的BDS定位數(shù)據(jù)結(jié)合，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行?。最后?duì)本系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能較好地達(dá)到實(shí)時(shí)物流監(jiān)測(cè)的效果。主題詞 物流；BDS；傳感檢測(cè)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)Design of intelligent logistics monitoring system based on BDSAutomationStudent： Yu

4、Qiao-jun Adviser: Lei Yong Abstract With the globalization of economy, the rise of the Internet, the rapid development of electronic commerce and the concept of Internet + logistics, the logistics industry has become a symbol of national comprehensive strength, and it is gradually becoming one of th

5、e important pillar industries of national economy. Traditional logistics management mode has been unable to meet the needs of monitoring demand of modern logistics, such as Logistics point tracking, state detection and so on. In the process of logistics transportation, the loss or damage of package

6、is serious. The development level of the logistics monitoring technology is far from meeting the demand of modern logistics development, which seriously restricts the development of modern logistics. BDS is a satellite navigation system of independent innovation and independent intellectual property

7、 rights in China, and its positioning accuracy in the Asia Pacific region is comparable with GPS, and its data security is better than GPS. Therefore, it is very valuable to promote BDS. According to the actual situation of domestic logistics transportation and monitoring, we design the intelligent

8、logistics monitoring system based on the Beidou system to satisfy the needs of logistics monitoring. The system integrates GSM technology, BDS positioning technology, single chip computer technology, sensing technology, wireless radio frequency data transmission technology and other technologies so

9、as to build a smart logistics monitoring system based on the Beidou. According to the actual situation of logistics and transportation, the system is divided into vehicle terminal and detection terminal by using modular hardware design thinking. Whats more, we have selected and designed the hardware

10、 of the detection terminal and the vehicle terminal. Detecting terminal which regards STC12C5A60S2 microcontroller as the core, is detecting and recording the acceleration, temperature, humidity, inclination through the goods transport process by the sensors. And detecting terminal transmits data to

11、 the car terminal through the radio frequency module. Vehicle terminal, regarding stm32f103vbt6 microprocessor as the core, builds wireless data transmission network and combines detection terminal data with BDS positioning data. Then, Vehicle terminal transmits the information to the information pr

12、ocessing center through the GPRS network. At last, the system is verified by experiments. The test result proves that the system can successfully achieve the effect of real-time logistics monitoring. Key Words Logistics; BDS; sensing detection; real time monitoring 45目錄1. 緒論11.1 研究背景及意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2

13、1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀21.2.2 國外研究現(xiàn)狀31.3 本文工作42. 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)52.1 系統(tǒng)整體方案52.2 檢測(cè)終端和車載終端設(shè)計(jì)52.3 系統(tǒng)核心模塊簡(jiǎn)介62.3.1 BDS62.3.2 GSM技術(shù)73. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)83.1 檢測(cè)終端硬件設(shè)計(jì)83.1.2 無線射頻模塊選型與電路設(shè)計(jì)93.1.3 數(shù)據(jù)采集模塊1溫濕度傳感器選型與電路設(shè)計(jì)103.1.4 傾斜度、加速度傳感器選型與電路設(shè)計(jì)103.1.5 人機(jī)交互模塊選型與電路設(shè)計(jì)103.1.6 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)113.1.7 電源模塊123.1.8 檢測(cè)終端總體電路圖和PCB圖123.2 車載終端設(shè)計(jì)133.2.1 車載終端主

14、控模塊143.2.2 北斗定位模塊143.2.3 人機(jī)交互模塊163.2.4 GSM模塊164. 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)184.1 檢測(cè)終端軟件設(shè)計(jì)184.2 車載終端軟件224.3 車載終端和檢測(cè)終端無線射頻通信協(xié)議234.4 GPRS數(shù)據(jù)傳輸軟件設(shè)計(jì)255. 應(yīng)用測(cè)試275.1 BDS定位測(cè)試275.2 無線射頻模塊數(shù)據(jù)傳輸試驗(yàn)286. 總結(jié)與展望316.1 創(chuàng)新點(diǎn)和技術(shù)關(guān)鍵316.2 不足與改進(jìn)316.3 未來展望32作者在讀期間科研成果介紹33參考文獻(xiàn)34聲 明36致 謝37附錄38附錄1 檢測(cè)終端PCB圖及3D圖38附錄2 檢測(cè)終端和車載終端實(shí)物圖39附錄3 車載終端部分重要程序40附錄4 檢

15、測(cè)終端部分重要程序421. 緒論1.1 研究背景及意義隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起、經(jīng)濟(jì)的全球化、電子商務(wù)的不斷發(fā)展，物流業(yè)已經(jīng)成為一個(gè)國家綜合實(shí)力的象征，正在逐步成長(zhǎng)為各國國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一。無論是國防科技、社會(huì)生產(chǎn)還是人們的日常生活，對(duì)物流的需求都有了更高的要求，物流運(yùn)輸情況的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)記錄直接關(guān)系到物流服務(wù)質(zhì)量的高低和物流配送路線的優(yōu)化。在商品經(jīng)濟(jì)尤其是電子商務(wù)日益發(fā)達(dá)的今天，現(xiàn)有的物流監(jiān)測(cè)設(shè)備無法滿足人們對(duì)貨物在運(yùn)輸過程中是否受過碰撞、高溫、潮濕、傾斜、壓力等多項(xiàng)信息的監(jiān)測(cè)要求，更無法實(shí)時(shí)獲取商品的位置信息1。傳統(tǒng)的物流管理方式已經(jīng)無法滿足物流定點(diǎn)跟蹤、信息監(jiān)控等現(xiàn)代化物流的需要2-3

16、,物流監(jiān)測(cè)水平遠(yuǎn)不及物流的發(fā)展速度,已嚴(yán)重制約全球貿(mào)易、電子商務(wù)等極其依賴物流的行業(yè)的發(fā)展4-6。物流運(yùn)輸過程中丟包、破損情況嚴(yán)重，物流監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化物流發(fā)展需求，嚴(yán)重制約著現(xiàn)代化物流的發(fā)展。 國家統(tǒng)計(jì)局等權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國每年物流總費(fèi)用占GDP比率較高，達(dá)到了18%左右，同比歐美等先進(jìn)國家平均高出近10個(gè)百分點(diǎn)。2015年3月，在“大眾創(chuàng)新，萬眾創(chuàng)業(yè)”的氛圍下，李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中提出，制定“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，將互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)結(jié)合，引導(dǎo)傳統(tǒng)行業(yè)向信息化方向發(fā)展，其中提出了“互聯(lián)網(wǎng)”物流概念。將傳統(tǒng)物流與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)，提升物流的信息化水平，完善

17、物流的監(jiān)測(cè)機(jī)制，研發(fā)先進(jìn)的物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為物流運(yùn)輸作保障，可以有效提升物流運(yùn)輸?shù)牧鲿承?，降低物流成本，促進(jìn)物流效益提升。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱BDS）為我國自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。從1985年提出建設(shè)BDS理論；到2000年首度建成BDS試驗(yàn)系統(tǒng)；BDS研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過27年的不懈努力、艱苦奮斗，不斷攻克技術(shù)難關(guān)，終于在2012年實(shí)現(xiàn)了BDS亞太地區(qū)組網(wǎng)，初步實(shí)現(xiàn)定位功能，標(biāo)志著BDS開始進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段，“中國人的導(dǎo)航用北斗”從夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)，與此同時(shí)，BDS開始輻射亞太地區(qū)其他國家。2012年至今，BDS的衛(wèi)星發(fā)射和組網(wǎng)不斷完善，正朝著全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展，“世界人的導(dǎo)航用北斗”的夢(mèng)想

18、也在逐步實(shí)現(xiàn)。BDS具備定位、授時(shí)功能的同時(shí)，獨(dú)創(chuàng)了短報(bào)文功能，相比于GPS等其他衛(wèi)星定位系統(tǒng)，具備雙向通信功能的BDS優(yōu)勢(shì)巨大，在公共通訊網(wǎng)絡(luò)癱瘓時(shí)，短報(bào)文可發(fā)揮巨大的作用。本系統(tǒng)中的車載終端選用BDS主要基于：（1）短報(bào)文功能：GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)需要依靠地面基站，本系統(tǒng)車載終端依靠無線網(wǎng)絡(luò)傳輸物流信息，而部分地區(qū)基站覆蓋不全，無法進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。而BDS的雙向報(bào)文通信功能7，可以彌補(bǔ)無線網(wǎng)絡(luò)通信的不足。（2）信息安全性高：系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集物流狀態(tài)信息、車輛位置信息，甚至可用于航空航天、軍工零配件、武器的安全運(yùn)輸過程監(jiān)控，這些信息量巨大且敏感。因此，物流過程中引入與北斗定位相結(jié)合的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具

19、有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和深遠(yuǎn)的社會(huì)意義。定位數(shù)據(jù)和物流狀態(tài)信息的結(jié)合，為物流追溯提供了數(shù)據(jù)支持，一旦發(fā)生物流事故，可通過GIS技術(shù)還原物流過程，查找物流事故原因，明確物流事故責(zé)任；也可以根據(jù)事故原因作出相應(yīng)的調(diào)整，升級(jí)物流，提升效益。與此同時(shí)，不僅支持北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的推廣和發(fā)展，還可以讓中國人民了解北斗，推動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的民用化進(jìn)程，提升物流配送的信息化水平，同時(shí)也間接提高了物流配送管理水平和效率，減少物流的破損和丟包率，使物流優(yōu)化升級(jí)，加速我國物流監(jiān)測(cè)水平發(fā)展進(jìn)度。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀物流誕生于20世紀(jì)，從目前已有的文獻(xiàn)查閱早在1918年的英國猶尼利弗，哈姆勛爵創(chuàng)辦了世界上第一家物流公司“

20、即時(shí)送貨股份有限公司”。公司的業(yè)務(wù)是在全國范圍內(nèi)實(shí)時(shí)配送商品，搭建生產(chǎn)商、批發(fā)商、零售商和用戶之間的物資輸送紐帶，拉開了物流公司的序幕。經(jīng)過一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，傳統(tǒng)物流逐漸演變成現(xiàn)代物流，集全球化、信息化于一體，是當(dāng)今世界范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，具有非凡的活力和廣闊的發(fā)展前景。在商品經(jīng)濟(jì)日益發(fā)達(dá)的今天，消費(fèi)者對(duì)物流業(yè)的要求也在逐步提高，對(duì)消費(fèi)者而言，安全已不再局限于選取商品、獲得商品兩個(gè)環(huán)節(jié)。商品，尤其是食品、藥品、電子產(chǎn)品和貴重商品，從生產(chǎn)、加工到運(yùn)輸?shù)娜讨械陌踩珕栴}受到的關(guān)注越來越多，眾多物流企業(yè)和高校研究團(tuán)隊(duì)意識(shí)到運(yùn)用高效的物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來對(duì)物流運(yùn)輸進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)管理，有利于提高物流運(yùn)輸?shù)男?/p>

21、且保證物流運(yùn)輸?shù)馁|(zhì)量，國內(nèi)外對(duì)于物流過程的信息化建設(shè)的相近研究備受關(guān)注。1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)已有少數(shù)對(duì)物流監(jiān)測(cè)相近的相關(guān)性研究，由于國內(nèi)物流起步相對(duì)國外較晚，所以關(guān)于物流監(jiān)測(cè)的研究起步比較晚，但發(fā)展迅速，對(duì)物流的監(jiān)測(cè)主要以對(duì)車輛的行駛狀態(tài)的監(jiān)測(cè)情況為主，目前大多數(shù)物流車輛上都有安裝GPS 定位裝置，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸過程中的定位信息采集，例如京東的配送查看配送路線，而這些都是單純針對(duì)車輛行駛情況的監(jiān)測(cè)。馬梅、周惠忠、劉騰等人將傳感器檢測(cè)和GPS結(jié)合，于2014年提出了基于STM32的物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對(duì)重要物資物流監(jiān)測(cè)，目的在于監(jiān)測(cè)重要物資在物流過程中的狀態(tài)，防止物資丟失或損毀，該系統(tǒng)實(shí)

22、時(shí)采集物流信息，將物流狀態(tài)信息通過短信形式發(fā)送到指定客戶，使客戶可以隨時(shí)了解物流狀態(tài)8。天津工業(yè)大學(xué)根據(jù)物流運(yùn)輸信息監(jiān)測(cè)的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了基于多技術(shù)集成的遠(yuǎn)程無線物流運(yùn)輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)了貨物所處環(huán)境溫度、濕度、振動(dòng)信息的實(shí)時(shí)采集，系統(tǒng)集成了RFID、ZigBee、GSM等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)貨物的運(yùn)輸狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)以及對(duì)貨物裝卸狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于，隨時(shí)查詢信息資源，實(shí)現(xiàn)信息查詢快速準(zhǔn)確，定位與物流狀態(tài)信息結(jié)合，形象直觀9。燕山大學(xué)融合GPS 技術(shù)、GPRS 技術(shù)、MEMS技術(shù)，呂亞倩在2015年5月的碩士論文中提出基于GPS 的危險(xiǎn)物資物流實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)合多傳感器數(shù)據(jù)

23、融合技術(shù)，構(gòu)建了一種基于最小二乘支持向量機(jī)的泄漏識(shí)別模型，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)物資物流實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，保障危險(xiǎn)物資運(yùn)輸安全10。發(fā)明專利運(yùn)輸包裝箱智能監(jiān)測(cè)微系統(tǒng)于2013年提出將車輛GPS定位裝備、行駛狀態(tài)記錄儀、電子門封等多種儀器設(shè)備的功能在一個(gè)微系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，安裝于包裝箱內(nèi)部，對(duì)包裝箱體的溫度濕度、沖擊振動(dòng)、姿態(tài)傾角和非法開啟等多種狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)、記錄、異常報(bào)警和數(shù)據(jù)傳輸，然而，該專利并未提出具體的實(shí)現(xiàn)方式，尤其是數(shù)據(jù)傳輸，且成本較高11。實(shí)用新型專利生物制品運(yùn)輸冷鏈記錄裝置于2013年提出，適用于藥品運(yùn)輸領(lǐng)域。該記錄裝置包含溫度傳感器與電子標(biāo)簽，能夠感應(yīng)和記錄生物制品本身在運(yùn)輸過程中的溫度變化，數(shù)據(jù)顯示直觀

24、。然后，該專利設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，只含溫度傳感器，顯示方式單一，適用面不廣12。發(fā)明專利一種用于冷鏈物流的溫濕度全程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法于2015年提出，全程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括溫濕度檢測(cè)記錄器和終端；監(jiān)測(cè)方法是溫濕度檢測(cè)記錄器實(shí)時(shí)采集檢測(cè)溫濕度,并將存儲(chǔ)的日期、時(shí)間以及由日期和時(shí)間所對(duì)應(yīng)的溫度和濕度發(fā)送至終端，但是沒有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)13。1.2.2 國外研究現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的全球化，物流運(yùn)輸監(jiān)測(cè)的技術(shù)在不斷的成熟和發(fā)展。相比我國國內(nèi)的物流監(jiān)測(cè)水平，國外某些發(fā)達(dá)國家和地區(qū)物流監(jiān)測(cè)行業(yè)起步更早、技術(shù)也更加成熟?！耙涣魅W(wǎng)”（即訂單信息流、全球供應(yīng)鏈網(wǎng)，全球永和資源網(wǎng)以及計(jì)算機(jī)

25、信息網(wǎng)）的發(fā)展模式早已為很多公司采用和完善，在這樣的發(fā)展模式下，全面降低庫存、縮短物流距離、降低成本成為了可能。與此同時(shí)，物流監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)不局限于讓客戶實(shí)時(shí)查詢物流包裹途經(jīng)某地或何時(shí)到達(dá)，對(duì)提高物流質(zhì)量和監(jiān)測(cè)精度及效率提出了更高的要求。德國不萊梅大學(xué)微傳感器研究所在近幾年提出了一項(xiàng)基于RSSI的室內(nèi)多點(diǎn)定位技術(shù)，該技術(shù)考慮到物流監(jiān)測(cè)過程中，信號(hào)在狹小空間內(nèi)傳輸，存在衰減和反射的問題，在不增加硬件設(shè)備和更復(fù)雜定位過程的基礎(chǔ)上，采用空間動(dòng)態(tài)RSSI濾波技術(shù)準(zhǔn)確確定傳感節(jié)點(diǎn)的位置，使小空間精確確定物流位置成為了可能14。精確定位在物流行業(yè)中至關(guān)重要，除此之外，傳感器節(jié)點(diǎn)間的傳輸效率也嚴(yán)重影響了

26、物流監(jiān)測(cè)的效率和成本。德國達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)多媒體通信實(shí)驗(yàn)室提出了一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)相關(guān)性測(cè)定和過濾數(shù)據(jù)的算法。在過濾掉不相關(guān)的數(shù)據(jù)、減少不必要的傳輸?shù)耐瑫r(shí)，提供更高效的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步節(jié)約成本，提高物流傳感器節(jié)點(diǎn)間的傳輸效率15。 全球零售巨頭沃爾瑪是物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的典型代表，沃爾瑪耗資7億多美元建設(shè)世界上最大、最完善的物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用了世界一流的信息技術(shù)，物流監(jiān)測(cè)為其帶來巨大的效益，不僅是零售巨頭，其實(shí)本質(zhì)上更是物流巨頭。天天低價(jià)不僅源于郊區(qū)選點(diǎn)和規(guī)?；虿少?，它的成功源于沃爾瑪擁有一套完整的冷鏈物流系統(tǒng)和背后的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，引入物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來監(jiān)測(cè)物流過程，并將物流監(jiān)測(cè)過程中得到的數(shù)據(jù)

27、進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，從而為全球每個(gè)門店的提供精準(zhǔn)營(yíng)銷和商品進(jìn)貨量分析等，極大的節(jié)約了其門店的成本，實(shí)現(xiàn)了利潤(rùn)最大化。2014年底，沃爾瑪通過其之前的冷鏈物流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得出倉庫選址，設(shè)計(jì)物流配送路線和供應(yīng)鏈系統(tǒng)，在中國建成11個(gè)生鮮配送中心（簡(jiǎn)稱FDC）,全程輔以溫度監(jiān)測(cè)，最快可以確保24小時(shí)內(nèi)就可以吃到外國的生鮮食品16-17。 1.3 本文工作本論文主要研究了基于北斗的智能物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，傳感數(shù)據(jù)采集與北斗定位結(jié)合，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)物流位置和狀態(tài)。系統(tǒng)的檢測(cè)終端以單片機(jī)為核心，通過傳感器檢測(cè)并記錄物品運(yùn)輸過程的實(shí)時(shí)加速度、溫度、濕度、傾斜度等狀態(tài)信息，可通過射頻模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給帶有北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的車載

28、終端，車載終端通過GSM網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到信息處理中心，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)。系統(tǒng)以較低成本達(dá)到智能監(jiān)測(cè)的效果，所得數(shù)據(jù)在如今“大數(shù)據(jù)時(shí)代”有巨大商業(yè)、科研價(jià)值。全文章節(jié)安排如下: 第一章緒論：闡述了物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究背景及意義，對(duì)國內(nèi)外物流監(jiān)測(cè)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行歸納和總結(jié)，確定本論文的研究方向、研究目的及研究的主要內(nèi)容。第二章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)：分析了系統(tǒng)的功能需求，確定了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，將系統(tǒng)分為車載終端和檢測(cè)終端，簡(jiǎn)要介紹系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：根據(jù)第二章的系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案，本章將設(shè)計(jì)車載終端和檢測(cè)終端的硬件電路，主要包括溫濕度傳感器，加速度、傾斜度傳感器，無線射頻模塊，人機(jī)交互模塊，GSM模

29、塊，北斗定位模塊等外圍模塊和MCU連接電路設(shè)計(jì)。第四章物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)：結(jié)合硬件完成檢測(cè)終端、車載終端程序設(shè)計(jì)和兩者的通信協(xié)議,主要包括北斗定位數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì),溫濕度傳感數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì),加速度、傾斜度數(shù)據(jù)解算程序，GSM數(shù)據(jù)發(fā)送程序設(shè)計(jì)，最后把所有的代碼集成形成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)。第五章實(shí)物制作與實(shí)驗(yàn)測(cè)試：根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作要求設(shè)計(jì)車載終端、檢測(cè)終端，并對(duì)設(shè)計(jì)的軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。第6章 總結(jié)與展望：對(duì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，并針對(duì)本物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提出了改進(jìn)意見，以及接下來的系統(tǒng)升級(jí)要求。2. 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)整體方案通過第一章對(duì)物流監(jiān)測(cè)背景及意義、當(dāng)前的國內(nèi)外物流監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀的分析可以得

30、出以下結(jié)論：當(dāng)前國內(nèi)外的物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展迅速，但是每個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只針對(duì)特定的物流領(lǐng)域，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在功能單一化問題。因此，物流監(jiān)測(cè)領(lǐng)域急需一款可以提供多個(gè)物流狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)、適應(yīng)多領(lǐng)域的物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物流過程的全程監(jiān)測(cè)。因此，本文設(shè)計(jì)了一種基于北斗的智能物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將溫度、濕度、加速度、傾斜度等參數(shù)引入到物流過程的監(jiān)測(cè)中，使物流監(jiān)測(cè)過程數(shù)據(jù)化，檢測(cè)參數(shù)可根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)需求設(shè)定；此外，系統(tǒng)還引入北斗定位，可對(duì)物流進(jìn)行定位追蹤。本系統(tǒng)將傳感檢測(cè)技術(shù)、無線射頻技術(shù)、北斗定位技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，將物流狀態(tài)信息與地理位置信息結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物流實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。由于系統(tǒng)較復(fù)雜，所以基于北斗的智能物流監(jiān)

31、測(cè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將每個(gè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)成獨(dú)立部件?？紤]到物流運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況，將系統(tǒng)劃分為2個(gè)子系統(tǒng)車載終端和檢測(cè)終端，其中每輛物流車配備一個(gè)車載終端，可根據(jù)物流包裹實(shí)際數(shù)量和監(jiān)測(cè)需求配置對(duì)應(yīng)數(shù)目的檢測(cè)終端，系統(tǒng)整體原理圖如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)工作原理圖2.2 檢測(cè)終端和車載終端設(shè)計(jì)基于北斗的智能物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由位于駕駛室內(nèi)的車載終端和多個(gè)位于物流包裹內(nèi)的檢測(cè)終端兩部分組成，兩者的通信模式采用一對(duì)多模式。檢測(cè)終端的設(shè)計(jì)包括處理器模塊、多個(gè)傳感器以及電源模塊等，主要由單片機(jī)、傳感器、人機(jī)交互模塊、無線射頻模塊和供電系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)物流狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)采集、液晶顯示以及數(shù)據(jù)傳送功能，采用應(yīng)答式

32、指令發(fā)送數(shù)據(jù)至車載終端。車載終端獲取各個(gè)檢測(cè)終端采集到的物流數(shù)據(jù)，將收到的物流狀態(tài)信息和BDS提供的位置信息相結(jié)合，通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳送給信息處理中心，以便信息處理中心能及時(shí)掌握物流車輛信息。實(shí)現(xiàn)物流過程的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。2.3 系統(tǒng)核心模塊簡(jiǎn)介2.3.1 BDS北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱BDS)是我國自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，經(jīng)過30余年的努力，BDS已經(jīng)逐步從理論走向了實(shí)際應(yīng)用，逐步走近人們的身邊，BDS已觸手可及。長(zhǎng)期以來，在孫家棟院士的帶領(lǐng)下，我國一直懷揣著“中國人的導(dǎo)航用北斗”這一夢(mèng)想，建設(shè)完全由中國創(chuàng)造的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段、用戶端三部分組成，空間

33、端由35顆組網(wǎng)的北斗衛(wèi)星構(gòu)成，地面段由主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站等構(gòu)成，用戶段主要涉及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的有源定位和無源定位接收器18。從1985年提出建設(shè)BDS，到2000年首度建成BDS試驗(yàn)系統(tǒng)，再到2012年實(shí)現(xiàn)了北斗衛(wèi)星群的亞太地區(qū)組網(wǎng)，發(fā)布空間接口文件1.0正式版，正式向大眾提供無源定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，2016年成功研發(fā)“北斗IP核”，同時(shí)將此技術(shù)植入兒童、老人的智能手表中，在南京、上海部分地區(qū)投入實(shí)際應(yīng)用。通過30余年的建設(shè)與發(fā)展，目前已將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)用到遠(yuǎn)程定位與通信、災(zāi)害急救、測(cè)繪、交通導(dǎo)航與測(cè)速等諸多領(lǐng)域，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，越來越多的基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的產(chǎn)品出

34、現(xiàn)在生活生產(chǎn)中，預(yù)計(jì)到2020年可達(dá)到4000億元的衛(wèi)星導(dǎo)航市場(chǎng)份額19。我國向來以世界大國姿態(tài)展示給世界人民，積極推動(dòng)北斗系統(tǒng)走出中國、走向世界，促進(jìn)北斗系統(tǒng)服務(wù)全球、造福人類。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是繼美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐洲“伽利略”系統(tǒng)后的世界第四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)。按開放性、自主性、兼容性、漸進(jìn)性等原則建設(shè)，具體表現(xiàn)為中國擁有獨(dú)立的自主產(chǎn)權(quán)，技術(shù)完全中國化；同時(shí)向世界各國免費(fèi)開放；BDS和其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容發(fā)展；BDS建設(shè)參照我國目前的科技發(fā)展水平，一步一個(gè)腳印，穩(wěn)步前進(jìn)。開放性:BDS將對(duì)各國免費(fèi)開放，開放定位數(shù)據(jù)格式同時(shí)歡迎各國使用。積極參全球的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)發(fā)展合作,從

35、而推動(dòng)BDS技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。自主性:我國獨(dú)立研發(fā)BDS系統(tǒng)，并運(yùn)用BDS系統(tǒng)，所有研發(fā)流程全部由我國獨(dú)立研發(fā)，自主組建完成。 兼容性:由于衛(wèi)星無線頻段在一定的范圍內(nèi)，如果BDS使用衛(wèi)星無線電導(dǎo)航頻段與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)出現(xiàn)頻譜重疊，我國愿意參照國際電聯(lián)的有關(guān)規(guī)則，協(xié)調(diào)頻段,從而與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容并存，共同為世界人民服務(wù)。漸進(jìn)性:BDS建設(shè)過程中，從實(shí)際出發(fā)，以我國的經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展為基礎(chǔ)，循序漸進(jìn)的建設(shè)BDS，平穩(wěn)發(fā)展BDS，從系統(tǒng)驗(yàn)證到區(qū)域?qū)Ш?、再到全球?qū)Ш剑珺DS建設(shè)一直穩(wěn)中求進(jìn)，從“中國人的導(dǎo)航用北斗”夢(mèng)想轉(zhuǎn)變到“世界人民的導(dǎo)航用北斗”夢(mèng)想，不斷前進(jìn)20。與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)一樣，BD

36、S致力于向用戶提供的準(zhǔn)確定位、精確導(dǎo)航和準(zhǔn)點(diǎn)授時(shí)服務(wù)。為滿足不同用戶需求，BDS將服務(wù)分為開放式服務(wù)和授權(quán)式服務(wù)。其中開放式服務(wù)是向全球用戶提供的免費(fèi)服務(wù)，提供免費(fèi)定位、授時(shí)、測(cè)速等服務(wù)，授權(quán)式服務(wù)是收費(fèi)式服務(wù)滿足對(duì)定位、授時(shí)、測(cè)試、通信等有高精度要求的用戶。與當(dāng)前用戶量占有率世界第一、定位精度世界第一的GPS相比，我國自主研發(fā)的BDS也有自己的特色，特點(diǎn)主要為以下三點(diǎn)：1）北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供測(cè)速功能，可實(shí)時(shí)測(cè)速，亞太地區(qū)測(cè)速精度高。2）授權(quán)式BDS用戶終端具有雙向報(bào)文通信功能，用戶可以一次傳送40-60個(gè)漢字的短報(bào)文信息,可以彌補(bǔ)GSM基站覆蓋率不高的地區(qū)的通信問題，目前此功能為授權(quán)式服務(wù)

37、。3）我國自主創(chuàng)新、獨(dú)立研發(fā)、組網(wǎng)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，數(shù)據(jù)安全，可以防止數(shù)據(jù)被他國竊取。2.3.2 GSM技術(shù)GSM是Global System For Mobile Communications的縮寫，由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織ETSI制訂的一數(shù)字移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，GSM是全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(Global System for Mobile communications) 的簡(jiǎn)稱，隨著數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)在的推出，并在全球引起了的廣泛應(yīng)用。隨著數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠惹行枨?，GSM系統(tǒng)的分組交換無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)GPRS(General Packet Radio Server)逐漸占據(jù)市場(chǎng)，引起了數(shù)據(jù)傳輸

38、的革命浪潮。GPRS是介于第二代GSM網(wǎng)絡(luò)和第三代GSM網(wǎng)絡(luò)之間的一種通信技術(shù)，一般稱為2.5G，GSM網(wǎng)絡(luò)的思維方式是僅提供電路交換。GPRS是一類基于包(Packet)的無線通訊服務(wù)，采用分組交換技術(shù)，可以讓多個(gè)用戶同時(shí)共享某些固定的信道資源，采用分組傳送技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)流量進(jìn)行處理，網(wǎng)絡(luò)接入時(shí)間極短，按傳送的數(shù)據(jù)量為依據(jù)進(jìn)行費(fèi)率計(jì)算，相比于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)交換電路，它有著絕對(duì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)數(shù)據(jù)傳輸更快、網(wǎng)絡(luò)接入時(shí)間短、軟硬件資源利用效率更高。GPRS的主要目標(biāo)是提供給移動(dòng)用戶一種與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)持續(xù)連接的方式。目前主要通過對(duì)現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的改造來實(shí)現(xiàn)GPR，傳輸速率相較GSM網(wǎng)絡(luò)有了很大幅度的提升，從而可以

39、實(shí)現(xiàn)以較快的速率在GSM網(wǎng)絡(luò)上傳送字符串?dāng)?shù)據(jù)、語音數(shù)據(jù)以及視頻圖像數(shù)據(jù)21。本章小結(jié)：本章根據(jù)目前國內(nèi)外物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析系統(tǒng)的功能需求并確定物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案，采用模塊化設(shè)計(jì)思維，將系統(tǒng)分成車載終端和檢測(cè)終端，重點(diǎn)介紹了BDS技術(shù)和GSM技術(shù)。3. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基于第二章的整體方案設(shè)計(jì)，系統(tǒng)分為檢測(cè)終端和車載終端。硬件選型的正確與否直接關(guān)系軟件能否實(shí)現(xiàn)，決定整個(gè)系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)，本章將著重分析檢測(cè)終端和車載終端的硬件電路設(shè)計(jì)，包括主控芯片、傳感器、無線射頻模塊的分析和主控芯片與各個(gè)硬件模塊的連接電路。3.1 檢測(cè)終端硬件設(shè)計(jì)檢測(cè)終端是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最初的數(shù)據(jù)來源，直接附著在物流包

40、裹內(nèi)部或外部，所需數(shù)量大，因此檢測(cè)終端的各個(gè)硬件模塊的選型應(yīng)該滿足低成本、適當(dāng)精度和較小體積等要求。檢測(cè)終端硬件系統(tǒng)分為微處理器、溫濕度傳感器、三軸加速度陀螺儀傳感器、人機(jī)交互模塊、無線射頻模塊、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和供電系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)物流包裹的狀態(tài)信息檢測(cè)與數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。檢測(cè)終端硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。圖3-1檢測(cè)終端系統(tǒng)框圖微處理器是檢測(cè)終端的核心，是檢測(cè)終端的大腦，負(fù)責(zé)處理各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)讀取與傳輸，人機(jī)交互模塊實(shí)時(shí)顯示物流狀態(tài)信息，包括溫濕度、加速度、傾斜度等；溫濕度傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)物流包裹內(nèi)或外的溫濕度，微處理器編程解碼得到相應(yīng)的溫濕度數(shù)值；三軸加速度陀螺儀傳感檢測(cè)物流過程中的加

41、速度以及傾斜度，通過卡爾曼濾波編程解算出加速度以及傾斜度的具體數(shù)值；無線射頻模塊負(fù)責(zé)檢測(cè)終端和車載終端之間的數(shù)據(jù)通信。3.1.1 微處理器簡(jiǎn)介綜合考慮單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力和市場(chǎng)價(jià)格，本系統(tǒng)選用宏晶科技研發(fā)的STC12C5A60S2單片機(jī)。STC12C5A60S2是最新一代8051單片機(jī)，芯片構(gòu)架有了巨大的改變，具有運(yùn)行速度快、功耗超低、抗干擾能力極強(qiáng)等特點(diǎn)，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)變成FLASH工藝，可以瞬間擦出和改寫程序，極大的提高了程序下載、運(yùn)行速度，運(yùn)行速度有了質(zhì)的提升可達(dá)8-12倍22。該MCU的設(shè)計(jì)者考慮到保護(hù)程序員的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在設(shè)計(jì)單片機(jī)時(shí)引入了支持程序加密功能，可以防止程序被反編譯、抄襲

42、。綜上考慮，選用STC12C5A60S2單片機(jī)作為檢測(cè)終端的微處理器，特點(diǎn)如下：1）工作頻率范圍可達(dá)035M，由于指令處理速度快，相比于傳統(tǒng)8051內(nèi)心單片機(jī)的0402M。2）雙串口模式，擴(kuò)展方便：STC12C5A60S2設(shè)計(jì)了雙串口，增加了P12和P13為串口RXD和TXD，方便系統(tǒng)擴(kuò)展。3）工作電壓范圍大：STC12C5A60S2單片機(jī)的電壓適應(yīng)范圍可達(dá)3.3V到5.5V。4）程序下載方便：直接支持串口程序下載，只需USB轉(zhuǎn)TTL串口連接器即可完成HEX文件下載，無需專用編程器和仿真器，數(shù)秒即可完成程序載入。3.1.2 無線射頻模塊選型與電路設(shè)計(jì)考慮到體積、功耗、數(shù)據(jù)傳輸距離，本系統(tǒng)的無線

43、射頻模塊選用NRF24L01+，NRF24L01+是一款世界通用ISM 頻段的單片無線收發(fā)器，數(shù)據(jù)傳輸頻段是2.42.5GHz。工作電壓范圍1.9 - 3.6V工作，功耗極低，待機(jī)模式下電流僅為22uA，掉電模式下電流僅為900nA，可通過SPI接口設(shè)置頻道和通信協(xié)議。特點(diǎn)如下：1）極低的電流消耗：工作在發(fā)射模式下，發(fā)射功率為0dBm時(shí)，電流可小到為11.3mA；工作在接收模式下電流可降到13.5mA；此外，還可以設(shè)置待機(jī)模式從而進(jìn)一步降低功耗，節(jié)省電能。2）數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)：發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，nRF24L01+的0dBm的輸出功率可通過PA電路放大到+22dBm左右，從而大大增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x。在

44、接收模式下，通過LNA電路實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的加強(qiáng)，放大接收信號(hào)的強(qiáng)度。通過在數(shù)據(jù)發(fā)送和接收端設(shè)計(jì)電路，增大數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x，在空曠、無干擾環(huán)境下，數(shù)據(jù)傳輸距離可達(dá)2000米。圖3-2是STC12C5A60S2與NRF24L01+的電路連接圖。圖3-2 STC12C5A60S2與NRF24L01+的電路連接圖3.1.3 數(shù)據(jù)采集模塊1溫濕度傳感器選型與電路設(shè)計(jì)溫濕度傳感器選用DHT11，該傳感器是一款溫濕度復(fù)合傳感器,內(nèi)部自帶校準(zhǔn)芯片，數(shù)字信號(hào)輸出，工作電壓35.5V，由電阻式感濕元件和NTC測(cè)溫元件構(gòu)成，溫度測(cè)量范圍是050，測(cè)量精度為2，相對(duì)濕度測(cè)量范圍是2090RH，精度為5%RH。由于DHT1

45、1只有一個(gè)數(shù)據(jù)輸出口，采用單總線數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)發(fā)送快，單次溫濕度數(shù)據(jù)讀取時(shí)間為4ms，所以通過編程控制STC12C5A60S2發(fā)送一次開始信號(hào)激活DHT11，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待STC12C5A60S2開始信號(hào)結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出40位數(shù)據(jù)，其中前16位是濕度數(shù)據(jù)的二進(jìn)制數(shù)，整數(shù)、小數(shù)各8位；17到32位是溫度數(shù)據(jù)的二進(jìn)制數(shù)，整數(shù)、小數(shù)各8位，最后8位是校驗(yàn)和。STC12C5A60S2接收數(shù)據(jù)并檢驗(yàn)正確之后返回給DHT11一個(gè)結(jié)束信號(hào)。為使傳感器數(shù)據(jù)讀取更加精確，在DATA口用5K上拉電阻，從而減小外部干擾。圖3-3 是STC12C5A60S2與DHT11

46、的電路連接圖。圖3-3 DHT11電路連接圖3.1.4 傾斜度、加速度傳感器選型與電路設(shè)計(jì)本文選取的加速度和傾角傳感器是MPU-6050，全球首例整合性6軸運(yùn)動(dòng)處理組件，相比于單獨(dú)檢測(cè)加速度和傾斜度的傳感器，MPU-6050組合陀螺儀與加速器，消除了單獨(dú)安裝陀螺儀和加速計(jì)時(shí)引入的軸差，同時(shí)減少了傳感器的安裝控件。MPU-6050支持IIC和SPI總線通訊方式，工作電壓3-5V。角速度測(cè)量范圍為250，500，1000和2000/sec，加速度的測(cè)量范圍2g，4g，8g和16g。輸出值為16位數(shù)值的補(bǔ)碼。由于軸加速度傳感器GY-521 MPU-6050輸出的信號(hào)存在相互干擾，因此采用卡爾曼濾波，

47、增加數(shù)據(jù)的可靠性和精確度，圖3-4是STC12C5A60S2與MPU-6050的電路連接圖。圖3-4 MPU-6050電路連接圖3.1.5 人機(jī)交互模塊選型與電路設(shè)計(jì)由于 LCD 液晶顯示屏的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)體積小、重量輕、工作電壓和能耗很低，特別適合檢測(cè)終端的要求。液晶顯示的原理是利用液晶的電光效應(yīng)以及偏光效應(yīng)，系統(tǒng)上電后液晶便根據(jù)上下兩塊玻璃的配向膜角度有序地排列起來，當(dāng)光線抵達(dá)下層板時(shí)便可順利通過，不連通電源時(shí)液晶通過雜亂的排列來阻止光波的穿過。這樣想讓其顯示的圖形就可以通過導(dǎo)通與不導(dǎo)通的結(jié)合來呈現(xiàn)。檢測(cè)終端使用1602液晶，工作電壓3.3V5V，對(duì)比度可調(diào)，是工業(yè)字符型液晶，顯示分為上下兩行

48、，每行16個(gè)字符。在本設(shè)計(jì)中，應(yīng)用1602顯示方便且工作穩(wěn)定,LCD電路連接簡(jiǎn)單，顯示指令簡(jiǎn)單，方便設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的人機(jī)影像交互界面。圖3-5是STC12C5A60S2與 LCD的電路連接圖。圖3-5 STC12C5A60S2與LCD的電路連接圖3.1.6 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)檢測(cè)終端的復(fù)位電路采用上電復(fù)位方式。復(fù)位電路接單片機(jī)的I/O口第九腳即RST腳。當(dāng)按鍵被按下，使RST端口保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作，圖3-6是單片機(jī)的復(fù)位電路。 圖3-6 復(fù)位電路的電路圖 時(shí)鐘電路是系統(tǒng)的心臟，它的主要作用是向STC12C5A60S2提供基準(zhǔn)頻率晶振電路產(chǎn)生震蕩電流,發(fā)出時(shí)鐘信

49、號(hào)，時(shí)鐘電路圖如圖3-7所示。圖3-7 時(shí)鐘電路圖3.1.7 電源模塊供電電路的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，檢測(cè)終端采用可重復(fù)充放電的鋰電池供電，由于鋰電池的電壓檔中不存在5V和3.3V，因此需要設(shè)計(jì)線性穩(wěn)壓電源來滿足系統(tǒng)多電壓供電要求，從而適應(yīng)鋰電池供電。以7805為核心構(gòu)建5V線性穩(wěn)壓電源模塊給整個(gè)系統(tǒng)供電，以AMS117為核心構(gòu)建3.3V線性穩(wěn)壓電源給24L01+供電，電路圖如圖3-7，3-8所示。 圖3-7 7805穩(wěn)壓電路圖 圖3-8 AMS117穩(wěn)壓電路圖3.1.8 檢測(cè)終端總體電路圖和PCB圖經(jīng)過3.1節(jié)的檢測(cè)終端的硬件系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)電路整體電路設(shè)計(jì)完成，檢測(cè)終端總體電路圖、3D效果圖

50、設(shè)計(jì)如圖3-9、3-10所示。圖3-9 系統(tǒng)整體電路圖圖3-10 系統(tǒng)PCB 3D視圖3.2 車載終端設(shè)計(jì)車載終端的硬件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，完成物流監(jiān)測(cè)的核心，車載終端車安裝在物流車輛駕駛室內(nèi)，結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示，主要由微處理器、BDS模塊、GSM模塊、人機(jī)交互模塊、電源模塊、時(shí)鐘電路及復(fù)位電路構(gòu)成。其中微處理器是車載終端的核心部分，微處理器控制整車載終端的運(yùn)行，BDS模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)獲取運(yùn)輸車輛的定位信息，GSM模塊負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行通信，TFTLCD 負(fù)責(zé)顯示實(shí)時(shí)的檢測(cè)參數(shù)值，其他模塊為處理器工作需要的基本外圍電路和系統(tǒng)調(diào)試模塊。車載終端結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-11所示。圖3-11 車載

51、終端結(jié)構(gòu)示意圖應(yīng)為圖3-113.2.1 車載終端主控模塊車載終端的主控模塊是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸與交互的核心。選用STM32F103RBT6芯片完成對(duì)各個(gè)檢測(cè)終端的數(shù)據(jù)讀取、BDS定位和授時(shí)數(shù)據(jù)讀取、GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂?，?shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)物流在線監(jiān)測(cè)。STM32F103RBT6芯片基于ARMCortex-M3內(nèi)核的32位微控制器，128K flash,20K SRAM，支持最高72MHz的運(yùn)行頻率，開源且擁有函數(shù)庫，功能強(qiáng)大，與硬件兼容性好，可移植性強(qiáng)，I/O口豐富，便于車載終端軟硬件升級(jí)和維護(hù)，減少了軟硬件維護(hù)的成本。 總體而言，STM32F103RBT6具有以下特點(diǎn)：1) 處理性能強(qiáng)大

52、，硬件內(nèi)核為基于32位的Cortex-M3架構(gòu)的處理單元；2) 支持最高72MHz的運(yùn)行頻率，指令運(yùn)行速度最高可達(dá)1.25DMips/MHz；3) 支持單周期乘法和硬件除法運(yùn)算；4) 內(nèi)存容量較大，F(xiàn)lash最高配可達(dá)128K，SRAM最高配可達(dá)64K；5）低功耗，采用標(biāo)準(zhǔn)的3.3V供電電壓。3.2.2 北斗定位模塊基于BDS的短報(bào)文功能和定位數(shù)據(jù)安全性考慮，本物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)宜采用帶有短報(bào)文功能的北斗模塊。BDS模塊接受北斗定位、授時(shí)數(shù)據(jù)，便于信息處理中心對(duì)車輛進(jìn)行跟蹤、導(dǎo)航，記錄車輛的路徑信息，方便運(yùn)輸過程的追蹤和回溯。由于北斗短報(bào)文模塊尚未普及，基于北斗的智能物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)際采用UM220-

53、III BD+GPS雙系統(tǒng)、雙模導(dǎo)航和授時(shí)模塊，該模型工作電壓為5V，采用和芯星通低功耗GNSS SoC芯片HumbirdTM，該芯片是我國國內(nèi)公司完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)設(shè)計(jì)的，是完全國產(chǎn)化的BDS/GPS模塊，也是目前市場(chǎng)上體積最小的BDS/GPS模塊。模塊在信號(hào)較好時(shí)可以搜索到9顆北斗定位衛(wèi)星，串口波特率采用9600bit/s，一秒發(fā)送一次串口數(shù)據(jù)，可以全天候的實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)采集。由于它集成度高、功耗低（小于120mw），非常合適應(yīng)用于尺寸、功耗要求高的場(chǎng)合。由于北斗定位模塊提供的是 TTL 電平，所以TXD和RXD可以直接連接STM32F103RBT6單片機(jī) UART 的 TXD ,RXD引腳，

54、通過串口通信讀取UM220-III模塊定位數(shù)據(jù)。圖3-12、圖3-13分別是UM220-III的結(jié)構(gòu)概述圖、實(shí)物圖。 圖3-12 UM220-III 的結(jié)構(gòu)概述圖 圖3-13 UM220-III實(shí)物圖UM220-III的定位數(shù)據(jù)協(xié)議是在NMEA3.0基礎(chǔ)上擴(kuò)展的北斗相關(guān)語句，NMEA是美國國家海洋電子協(xié)會(huì)的簡(jiǎn)稱，現(xiàn)在是衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備統(tǒng)一的RTCM標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，NMEA3.0協(xié)議定義的語句非常多，但是常用的為$BDGGA、$BDGSA、$BDGSV、$BDRMC、$BDVTG、$BDGLL等。本系統(tǒng)中主要提取的是$BDGGA語句。$BDGGA語句數(shù)據(jù)格式含義如下表3-1所示：表3-1 $BDGGA語句

55、數(shù)據(jù)格式含義消息格式$-GGA,time,Lat,N,Lon,E,FS,NoSV,HDOP,msl,M,Altref,M,DiffAge,Diff Station*cs例子$BDGGA,063952.000,4002.229934,N,11618.096855,E,1,4,2.788,37.25 4,M,0,M,*71參數(shù)名數(shù)據(jù)類型參數(shù)解釋-STRBD 北斗系統(tǒng)單獨(dú)定位timeSTRUTC時(shí)間，格式為 hhmmss.ssshh - 小時(shí) mm - 分鐘 ss.sss - 秒LatSTR緯度，格式為ddmm.mmmmmmdd - 度 mm.mmmmmm - 分NSTR北緯或南緯指示 ：N - 北

56、緯S - 南緯ESTR東經(jīng)或西經(jīng)指示 E - 東經(jīng) W - 西經(jīng)FSUINT定位狀態(tài)標(biāo)識(shí)：0 - 無效 1 - 單點(diǎn)定位NoSVUINT參與定位的衛(wèi)星數(shù)量HDOPDOUBLE水平精度因子， 0.0 - 99.999, 不定位時(shí)值為 127.000mslDOUBLE橢球高M(jìn)STR橢球高單位，固定填 MAltrefDOUBLE海平面分離度MSTR海平面分離度單位，固定填 M續(xù)表3-1 $BDGGA語句數(shù)據(jù)格式含義DiffAgeDOUBLE差分校正時(shí)延，單位為秒；非差分定位時(shí)為空DiffStationDOUBLE參考站 ID；非差分定位時(shí)為空csSTR校驗(yàn)和,從$到*之間的所有字符進(jìn)行異或得到的 16 進(jìn)制數(shù)由于遵從統(tǒng)一協(xié)議，BDS所有與定位有關(guān)的數(shù)據(jù)串都以“$”開頭和“*”結(jié)束，STM32F103RBT6首