基于GPS/RFID的冷链运输车辆监控系统设计与研究

论文摘要

随着我国物流领域专业分工细化和低温食品的逐渐普及与成熟,采用全程低温运输的冷链物流(cold chain)悄然兴起。对于冷链物流的质量控制,温度的实时管理是关键。在当前的冷链运输业务中大多数公司主要是通过孤立的温度检测记录仪放在车上进行独立的温度记录管理。因此冷链物流存在着温度难以实时监控,数据无法实时分析的工作现状和瓶颈,对此尚没有系统研究和解决方案。可以预见,一旦实时温控这个冷链运输管理盲点得以解决,将大幅提高监管效率,还会带来巨大的经济利益和社会效益。RFID作为当下物联网概念的热门技术在物流领域已有所应用,但仅仅是作为“身份”识别,远远没有将它的作用淋漓尽致的发挥出来。本文是将“温控”技术嵌入到RFID系统中的创新应用,结合发展相对成熟的GPS技术,以及通信、计算机网络等技术,可以将冷链运输监控系统中的“定位”和“温度监测”的目的同时达到。本文工作基于上述背景进行。首先本文在对定位技术和监控技术进行对比研究后,设计了冷链运输车辆监控系统方案,选择了车载终端和监控中心的两级结构模式,以GPS定位信息为主,里程计、电子罗盘推位为辅的定位方式,结合GPRS无线通讯传输技术,将GPS定位信息和携带有身份标识的RFID信息,在远端监控中心进行实时的显示、记录和管理。在此基础上,论文进行了基于FPGA的车载终端系统的软硬件设计,实现了GPS定位模块接口电路、GPRS无线传输模块接口电路、里程计接口电路和电子罗盘接口电路等设计,以及FPGA的外围电路设计。根据GPS/DR数据通讯协议、RFID数据帧定义,完成了外设信息的GPS定位数据、DR定位数据和RFID系统等数据的接收处理软件设计,实现了里程推位计算及GPS/DR组合定位算法,提高了系统可靠性和系统定位精度。然后,论文设计了监控中心软件,应用GIS和数据库技术,将车载终端的定位信息、温度信息实时直观地显示在电子地图上,并可对车辆历史数据进行记录、查阅和管理。最后,在对里程计和电子罗盘进行了标定后,进行了跑车试验,验证了系统各项功能,基本实现了系统最初的设计目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.2 常用定位技术
• 1.2.1 GPS定位
• 1.2.2 INS定位技术
• 1.2.3 航位推算技术
• 1.3 监控技术现状
• 1.3.1 RFID技术
• 1.3.2 无线数据传输技术
• 1.3.3 监控显示技术
• 1.4 课题的主要内容和工作安排
• 第2章 系统方案设计
• 2.1 车载终端组成和功能
• 2.1.1 GPS定位模块
• 2.1.2 DR推位模块
• 2.1.3 RFID模块
• 2.1.4 无线传输模块
• 2.2 FPGA主控计算机系统
• 2.3 监控中心
• 2.3.1 基于GIS的地图显示
• 2.3.2 监控信息管理
• 2.4 本章小结
• 第3章 系统硬件设计与实现
• 3.1 子模块电路设计
• 3.1.1 GPS接口电路
• 3.1.2 罗盘接口电路
• 3.1.3 里程计接口设计
• 3.1.4 SIM300无线模块接口设计
• 3.2 FPGA主控控制器接口设计
• 3.2.1 FPGA电源
• 3.2.2 SDRAM接口电路设计
• 3.3 系统SOPC构建
• 3.3.1 SOPC系统结构
• 3.3.2 NIOS Ⅱ处理器实现
• 3.4 本章小结
• 第4章 航位推算系统分析
• 4.1 航位推算原理
• 4.2 DR系统误差及标定
• 4.2.1 磁罗盘标定
• 4.2.2 里程计标定
• 4.3 GPS/DR组合定位
• 4.3.1 Kalman滤波
• 4.3.2 GPS/DR组合设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 软件实现与系统测试
• 5.1 车载终端软件设计
• 5.1.1 GPS接收机数据接收与处理
• 5.1.2 电子罗盘和里程计软件设计
• 5.1.3 GPS/DR组合算法软件设计
• 5.1.4 RFID数据采集
• 5.1.5 无线传输软件设计
• 5.2 监控中心软件设计
• 5.2.1 通信子系统设计
• 5.2.2 数据库子系统设计
• 5.2.3 监控中心软件设计
• 5.3 系统测试
• 5.3.1 电子罗盘标定
• 5.3.2 里程计标定
• 5.3.3 定位精度测试
• 5.3.4 监控中心软件功能测试
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢