基于RFID物流定位系统手持查询终端的设计

摘要：现代物流运输业的迅速发展，已经暴露出了传统人工登记和手工交接方式所存在的诸多不足。为了降低物件在运输途中丢失的风险，及时准确地将物件送达目的地，传统的物件登记管理、中转交接和实时跟踪方式急需改善。文中介绍了一种基于ARM及RFID的物流定位系统手持查询终端的设计方法，该方法功能较全，工作可靠，且易于实现。
关键词：物流定位；手持终端；ARM；RFID

0 引言
道路运输物流业是我国现代经济发展中的一个新型产业，已逐渐成为我国现代经济发展中的重要组成部分。本文介绍了一种利用ARM来实现物流定位系统的手持查询终端，该查询终端使用简便、实用、功能齐全，可用于防止贵重物品在物流运输中发生丢包的意外，并且可以通过GPS及GPRS向物流管理中心提供查询物品当前位置信息的服务。

1 系统工作原理
本系统工作原理图如图1所示。在物品装车前，使用者先把本系统的RFID标签放置在每一个物品的包装中，然后在物品装车时，通过RFID把物品信息录入到手持查询终端中。这样，当车在行驶时，手持查询终端每隔一定时间就会自动向物品RFID发出询问信息。如果有任何一个物品上的RFID没有应答，终端就会发出丢包提示信息，并把丢包信息及位置信息通过GPRS传输给物流管理中心；而如果每一个都有应答，那么，终端将直接把位置信息发给物流管理中心。

本手持查询终端硬件设计中的主控模块采用S3C2440为微处理器的开发板，它拥有较大的SDRAM内存和FLASH存储器，并且拥有一块可以高清晰显示的3．5 in LCD屏，其外围接口也比较丰富。

3 系统中各模块的设计
3．1 主控模块的设计
本系统的主模块采用ARM芯片来提供DSP、Java应用系统解决方案，从而极大地缩短了产品设计时间。本系统设计图如图3所示，其设计的板上资源如下：

(1)CPU处理器
Samsung S3C2440A，主频400 MHz，最高533 MHz。
(2)SDRAM内存
在板64MB SDRAM；
SDRAM时钟频率高达100 MHz。
(3)FLASH存储器
在板256MB NandFlash；
在板2 MB Nor Flash，掉电非易失，已经安装BIOS。
(4)外围接口
3个串行口；
1个USBHost和1个USB SlaveB型接口。
(5)系统时钟源
12MHz无源晶振。
3．2 RFID模块的设计
(1)物品端RFID设计
物品RFID可采用MSP430F2011和2．4 GHz无线模块nRF24L01构成RFID模块。具有显著的低功耗特点，仅仅使用313 V纽扣电池就能工作很长时间。该模块提供有SpyBi下载口，还有2个发光二极管和2个用户IO口。其中的MSP430单片机没有使用外部晶振，而使用内部DCO，因而可以有效地简化系统，同时又能满足物流标签的要求。其设计框图如图4所示。

(2)手持查询终端的RFID设计
本设计的RFID中心节点是连接在ARM芯片上的，而开发板正好提供有一个含有6个GPIO引脚、电源线和地线的CON8。CON8是开发板按键电路和SPI接口复用的一个外部插座，但是，CON8是单排2 mm间距的排针接口，需要自己设计制作一个转接板，以将其与nRF24L01相连。开发板与nRF24L01的硬件连接电路如图5所示。
(3)射频模块的硬件电路
由于2．4 GHz无线收发模块nRF2401采用的是SoC设计，因而只需少量外围元件便可组成射频收发电路。而采用GMSK调制，其速率可达到1 Mb／s；该模块具有125个频道，可满足跳频和多频道需求；同时内置硬件CRC检错电路和协议，可减少软件开销；系统的发射功率和工作频率等所有工作参数可全部通过软件设置；1．9～3．6 V低电压工作，功耗很低；而RF收发器却能以非常高的速率发送数据；采用芯片上内嵌的DuoCeiver双信道接收模式可同时接收2个nRF2401的数据。本设计就采用了nRF2401芯片来进行设计。图6所示为nRF24L01的外围电路图。
需要说明的是，图6所示的部分硬件电路只构成了nRF24L01的前端部分，主要包括电源、晶振、天线、滤波电路和数字控制端口等。

3．3 GPS定位模块的设计
对于GPS模块的选型，本系统对精度和启动速度的要求并不苛刻。高性能和高精度的模块必然高价格，对于控制开发的成本不利。经过对各个厂家的GPS模块的综合比较，认为飞凌公司生产的GPS模块比较合适。这款GPS模块适合搭配ARM开发板使用，而且模块自带备份电池，对于保存位置信息和加快GPS寻星速度有帮助。本系统设计时将开发板COM3分配给GPS模块，由于该GPS模块提供的是RS232电平的串口，而这款Micro2440的COM3是3．3 V TTL电平的，所以，本系统还需要一个TTL转RS232的电平转换电路，这里采用的电平转换电路设计如图7所示。