基于GPS_RFID的冷链运输车辆监控系统设计与研究.pdf

《基于GPS_RFID的冷链运输车辆监控系统设计与研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于GPS_RFID的冷链运输车辆监控系统设计与研究.pdf（71页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、分类号：U DC：密级：编号：工学硕士学位论文基于G P S R F I D 的冷链运输车辆监控系统设计与研究硕士研究生：指导教师：学位级别：学科、专业：所在单位：论文提交日期：论文答辩日期：学位授予单位：史良曾建辉副教授工学硕士导航、制导与控制自动化学院2 0 1 1 年6 月2 0 11 年6 月哈尔滨工程大学C l a s s i f i e dI n d e x：U D C：AD i s s e r t a t i o nf o rt h eD e g r e eo fM E n gD e s i g no fC o l dC h a i nV e h i c l eM o n i t

2、 o rS y s t e mB a s e do nG P S R F I DC a n d i d a t e：S u p e r v i s o r：A c a d e m i cD e g r e eA p p l i e df o r：S p e c i a l t y：D a t eo fS u b m i s s i o n：D a t eo fO r a lE x a m i n a t i o n：U n i v e r s i t y：S h iL i a n gA s s o c i a t eP r o f Z e n gJ i a n h u iM a s t e r

3、o fE n g i n e e r i n gN a v i g a t i o n,G u i d a n c ea n dC o n t r o lJ u n e，2 0 1 1一J u n e，2 0 1 1H a r b i nE n g i n e e r i n gU n i v e r s i t y吣帆7Im1删9m 2帆502洲Y鲁f广k哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用己在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的

4、作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：季之艮哈尔滨工程大学日期：7 0If 年易月汐日学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。

5、涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(口在授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后口解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：日期：b1 1 年6 月，D 日导师(签字)：嚅盘精2 口7 f 年占,g l o 日AI吾、；基于G P S R F I D 的冷链运输车辆监控系统设计与研究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(c o l dc h a i n)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

6、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。R F I D 作为当下物联网概念的热门技术在物流领域已有所应用，但仪仅是作为“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R F I D 系统中的创新应用，结合发展相对成熟的G P S 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

7、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G P S 定位信息为主，里程计、电子罗盘推位为辅的定位方式，结合G P R S 无线通讯传输技术，将G P S 定位信息和携带有身份标识的R F I D 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F P G A 的车载终端系统的软硬件设计，实现了G P S定位模块接口电路、G P R S 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F P G A 的外围电路设计。根据G P S D R 数据通讯协议、R F I D 数据帧定义，完成了外设信息的G P S 定位数据、D R 定位数据和R

8、 F I D 系统等数据的接收处理软件设计，实现了里程推位计算及G P S D R 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G I S 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。关键词：冷链运输：全球定位系统；射频识别；G P R S；A r c G I S哈尔滨-T 程大学硕士学位论文n基于G P S R F I D 的冷链运输车辆监控系统设计与研究A B S T R A C T

9、W i t ht h er e f i n e m e n to fd i v i s i o n si nt h el o g i s t i ca r e a sa sw e l la sp o p u l a r i z a t i o no ft h ef r o z e nf o o di no u rc o u n t r y，c o l dc h a i nw h i c hr e q u i r e st r a n s p o r t a t i o nw i t hl o wt e m p e r a t u r eh a sa r i s e n I ti se s s

10、e n t i a lt oc o n t r o lt h eq u a l i t yo fc o l dc h a i na n dm a n a g e m e n to ft h et e m p e r a t u r ei m m e d i a c y N o w a d a y s，m o s to ft h ec o m p a n i e sd e a l i n gw i t hc o l dc h a i nt r a n s p o r t a t i o nm a n a g et h ei n d i v i d u a lt e m p e r a t u r

11、 er e c o r d sb a s e do nt e m p e r a t u r er e c o r d e r so nt h ev e h i c l e s T h i sp h e n o m e n o nr e s u l t si nt h ef a c t st h a tt h et e m p e r a t u r e sc o u l d n tb ec o n t r o l l e di m m e d i a t e l ya n dt h er e c o r d sc a n tb ea n a l y z e d R i g h tn o wt

12、 h e r ea r e n ta n ys o l u t i o n st o w a r d st h i sp r o b l e my e t I ft h et e m p e r a t u r ec o u l db ec o n t r o l l e di m m e d i a t e l y,i tw o u l db ep o s s i b l et h a tt h em a n a g e m e n to fc o l dt r a i nt r a n s p o r t a t i o nc o u l db em o r ee f f i c i e

13、n tw h i c hm i g h tb r i n gc o n s i d e r a t ee c o n o m i ca n dS O c i a lb e n e f i t s A sap o p u l a rt e c h n o l o g yi nt h eI n t e m e to fT h i n g s，R F I D(R a d i oF r e q u e n c yI d e n t i f i c a t i o n)h a sb e e nu s e di nt h el o g i s t i ca r e a，b u ti ti so n l y

14、u s e da saw a yo fi d e n t i f i c a t i o n R F I Dc o u l db em o r et h a nt h a t T h i sa r t i c l ea i m st oe l a b o r a t et h ec r e a t i v ea p p l i c a t i o no fi n s e r t i n gt h et e c h n o l o g yo ft e m p e r a t u r ec o n t r o li n t oR F I D A l o n gw i t hG P S(G l o

15、b a lP o s i t i o nS y s t e m)w h i c hi sam o r em a t u r et e c h n o l o g ya n do t h e rt e c h n o l o g i e ss u c ha sc o m m u n i c a t i o n,c o m p u t e r，i n t e m e ta n de t c，t h i sa p p l i c a t i o nc o u l di d e n t i f yt h ep o s i t i o na sw e l la sc o n t r o lt h et

16、e m p e r a t u r ea tt h es a m et i m ei nt h ec o l dc h a i nt r a n s p o r t a t i o nm o n i t o r i n gs y s t e m T h ep a p e ri sb a s e do ns u c hab a c k g r o u n d A tf i r s t,t h es c h e m eo fc o l dc h a i nt r a n s p o r t a t i o nm o n i t o r i n gs y s t e mi sp r e s e n

17、t I ta d o p t sas t r u c t u r eo ft w ol e v e la sv e h i c l et e r m i n a la n dd i s p l a yc e n t e r T h ep o s i t i o ni sd e p e n d e dm a i n l yo nG P Sp o s i t i o n i n ga n do d o m e t e r，e l e c t r o n i cc o m p a s s C o m b i n e dw i t hG P R Sw i r e l e s st r a n s m

18、i s s i o n，a l li n f o r m a t i o nw i l lb es e n tt om o n i t o r i n gc e n t e rt ob ed i s p l a y e d，r e c o r d e da n dm a n a g e d T h e n，t h ep a p e rm a d et h ed e s i g no ft h es o f t w a r ea n dh a r d w a r eo ft h et e r m i n a ls y s t e mb a s e do nF P G A，a n dr e a l

19、 i z et h ei n t e r f a c ew i t hG P S，R F D，G P R S，o d o m e t e ra n de l e c t r o n i cc o m p a s s，e t c，f i n i s h e df u n c t i o n so fr e c e i v ea n dd e a dr e c k o na n dd a t at r a n s m i s s i o n A tl a s t，t h em o n i t o r i n gc e n t e rs o f t w a r ei sd e s i g n e d

20、w i t ht h eu s eo fG I Sa n dd a t a b a s et e c h n o l o g y T h ed e s i g n e ds y s t e mC a ns h o wt h ep o s i t i o no fv e h i c l eo nt h ee l e c t r o n i cm a pi nr e a lt i m e，a n dC a nr e c o r d，a c c e s sa 1 1o fh i s t o r i c a ld a t a K e yw o r d s：c o l dc h a i nt r a n

21、 s p o r t a t i o n；G P S；R F I D；G P R S；A r c G I S哈尔滨工程大学硕士学位论文II l l矿I 基于G P S R _ F I D 的冷链运输车辆监控系统设计与研究；i；I I I 一一I I；i i；i；i；i i目录第1 章绪论11 1 课题来源及研究目的和意义11 2 常用定位技术21 2 1G P S 定位21 2 2I N S 定位技术21 2 3 航位推算技术21 3 监控技术现状31 3 1R F I D 技术31 3 2 无线数据传输技术51 3 3 监控显示技术61 4 课题的主要内容和工作安排一7第2 章系统方案设计一

22、92 1 车载终端组成和功能1 02 1 1G P S 定位模块l O2 1 2D R 推位模块1 12 1 3R F I D 模块132 1 4 无线传输模块1 62 2F P G A 主控计算机系统182 3 监控中心192 3 1 基于G I S 的地图显示1 92 3 2 监控信息管理：2 02 4 本章小结2 0第3 章系统硬件设计与实现2 13 1 子模块电路设计2 l3 1 1G P S 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 4S I M 3 0 0 无线模块接口设计3 2F P G A 主控控制器接口设计3 2 1F P G A 电源3 2 2S D

23、 R A M 接口电路设计4 3 2G P S D R 组合设计3 34 4 本章小结3 4第5 章软件实现与系统测试3 55 1 车载终端软件设计3 55 1 1G P S 接收机数据接收与处理。3 55 1 2 电子罗盘和里程计软件设计3 75，1 3G P S D R 组合算法软件设计3 85，1 4R F I D 数据采集。3 95 1 5 无线传输软件设计4 15 2 监控中心软件设计4 35 2 1 通信子系统设计4 45 2 2 数据库子系统设计4 45 2 3 监控中心软件设计4 65 3 系统测试4 95 3 1 电子罗盘标定。5 05 3 2 里程计标定。5 15 3 3

24、定位精度测试5 15 3 4 监控中心软件功能测试5 25 4 本章小结5 3结论5 4参考文献5 5攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果5 7致 射5 8第1 章绪论第1 章绪论1 1 课题来源及研究目的和意义目前，学术界对冷链物流(c o l dc h a i n)的定义是：将易腐、生鲜食品在生产、储藏、运输、销售直到消费前的各个环节中始终处于规定的低温环境下，以保证食品质量安全、减少损耗、防止污染的特殊供应链系统，是具有高科技含量的一项低温系统工程。冷链物流由冷冻加工、冷冻储藏、冷藏运输及配送、冷冻销售四个方面构成。其中冷藏运输：包括食品的中、长途运输及短途配送等。它主要涉及铁路冷

25、藏车、冷藏汽车、冷藏船、冷藏集装箱等低温运输工具。在冷藏运输过程中，温度波动是引起食品品质下降的主要原因之一，所以运输工具应具有良好的性能，远途运输尤其重要。随着人们生活水平的日益提高，食品运输安全问题也越来越受到高度重视，但是目前国内对冷链物流在途运输的控制研究还很薄弱。一些专家针对生鲜食品冷链物流管理中的主要症结，结合R F I D(无线射频识别，R a d i oF r e q u e n c yI d e n f i c a t i o n)的技术优势探讨了其在冷链物流管理各环节的应用，分析了R F I D 在生鲜食品冷链物流的应用D 1。国外企业也并没有在冷链物流中实现全流程的温度控

26、制，只是在发生质量问题后才根据温度记录追查事故原因。几年前出现过一起关于葡萄酒的质量的争执。当葡萄酒经过长时间运输到达后，出现了酒昧过酸的问题，责任究竟是出在运输途中还是供应商，双方各执一词。对此，供应商在葡萄酒包装里加入了带温度传感器的记录芯片，葡萄酒到达后读取了芯片内所记载的全程温度信息，发现货船在一段时间内葡萄酒包装内的温度超过了3 0 p 1。由此证明了葡萄酒味过酸不是酒的质量问题而是运输问题。如果在运输过程中实现温度的实时监控，在发现温度刚到达警戒水平时就开始抢救货物，就能够最大程度减少损失，而且还可以方便事后追查。面对越来越大的冷藏运输市场，我们的目标是信息处理及时、配送流程优化，

27、以及存取选拣自动化、物流管理智能化。本文提出的一种冷链物流中冷藏运输监控系统的解决方案p。1，具体是利用R F I D(射频识别)系统的非接触传输特点实现车辆环境信息监测，以及G P S(G l o b a lP o s i t i o n i n gS y s t e m)系统用户设备的定位功能实现对车辆位置的监控，结合G I S 开发软件的地图管理功能管理车辆信息，通过G P R S 网络的无线通信技术来实现车载终端和显控终端的数据通信。解决了现在数据采集方式落后的问题，实现了实时掌握冷藏运输中车辆的在途环境信息功能，为实现货物从生产至销售的全程检测提供了有利支持。系统具有可追溯，可溯源，

28、可评估，可查询的特点。G P S 是美国国防部在1 9 7 3 年建立的一种导航卫星定时测距全球定位系统，其已经广泛应用于民用导航、测速、时间比对、地壳监测等众多领域喁1。由于其可以提供移动目标的经纬度、速度、方向等信息，所以在车辆导航上有不可或缺的地位。R F I D(射哈尔滨丁程大学硕十学位论文频识别)技术由于其具有多目标识别和非接触识别等特点睁1，在冷链物流领域显示出巨大的发展潜力和空间。如果说G P S 是对于车辆“定位”的话，那么R F I D 则是对于在途运输配送过程中货物信息(货物I D、温度、湿度、压力等)进行“定位”。G P S 和R F I D的结合对于冷链物流车辆监控系统

29、来说，将在很大程度上提高冷链运输中车辆和货物的管理水平。G I S(地理信息系统)在物流领域的应用可以从两个层次理解唧，一个层次是在电子地图上对车辆进行实时定位、跟踪，另一个层次是在此基础上嵌入更多系统所需要的信息(如货物信息)组成更完善的显控终端。G P R S 无线通信可以实现车载终端和显控终端的信息传送服务，到目前为止在车载监控应用中地位仍不可取代。本文涉及的主要技术领域是定位技术、数据远程传输技术和监控显示技术。1 2 常用定位技术1 2 1G P S 定位G P S 定位系统分为：车载G P S 定位系统、个人G P S 定位系统和货运G P S 定位系统。车载G P S 也称为车载

30、终端，G P S 定位系统是用于对移动的入、宠物、车及设备进行远程实时监控的一门技术。G P S 定位系统具有精度高、全天候、高效率、多功能、操作简便、使用广泛等特点，因而在海、陆、空移动物体的导航、导弹制导、大地测量和工程测量的精密定位、时间传递和运动物体的速度测量方面都获得了大量的应用u。随着汽车行业的高速发展，一车辆导航定位将成为全球卫星定位系统应用的最大潜在市场之一；G P S 接收机在受到干扰、遮挡以及气候等影响的情况下，G P S 信号容易收不到信号，或者信号一直处于假固定或者不能固定状态，这个时候误差往往比较大。1 2 2I N S 定位技术I N S 是一种自主的、不受外界干扰

31、的导航系统3 1。惯性导航技术的范围从原来的海陆空运载工具、制导武器，拓展到大地测量、海洋探测，甚至在机器人中也有相关应用。惯性技术发展各个阶段本无明显界限，但是可以用惯性导航系统的核心器件陀螺仪，将惯性技术分为几个时代。现在惯性技术正处于第四代的发展阶段，其特点是高精度、高可靠性、低成本以及小型化等等。随着光学、M E M S 等技术被引入，现在通常把能够完成陀螺功能的装置称为陀螺。I N S 定位的显著优点是其自主性，其定位精度主要由惯性器件即陀螺和加速度计的精度决定，高精度的定位需求对应高精度的惯性器件要求，因此单个定位系统的成本很高，不适合在低成本的场合中应用。1 2 3 航位推算技术

32、D R(D e a dR e c k o n i n g，航位推算)是一种常用的自主式车辆定位技术，它利用角度2第1 章绪论传感器和位移传感器直接或间接测出航向和位移矢量，从而推算出车辆的位置。通常采用磁罗盘或中低精度陀螺角速度传感器测量方位，用里程计测量位移u3 1。推位精度取决于方位测量精度和里程测量精度。推位的过程是一个累加的过程，在此过程中方向和里程误差会随时间而累加，从而导致D R 系统的定位误差会逐渐发散。虽然航位推算在短时间内比较精确，却不能长时间使用。但相对I N S 系统而言，同等精度条件下D R 系统对测量元件的要求更低。本文的定位方式采用以G P S 定位为主，D R 推

33、位为辅的模式。当G P S 信号正常时，采用G P S 定位信息；当G P S 信号异常时，则切换到D R 推位模式，由磁罗盘和里程计推算得到车辆当前位置。1 3 监控技术现状监控技术包括监控对象的身份识别技术、监控数据传输技术、监控数据表现和管理技术。1 3 1R F I D 技术乏R F I D 是英文R a d i oF r e q u e n c yI d e n t i f i c a t i o n 的缩写，中文称为无线射频身份识别、感应式电子芯片或是近接卡、感应卡、非接触卡等，它是一种非接触式的自动识别技术。作为“物联网”概念的核心技术之一的R F I D 技术，已广泛应用于各个

34、领域p 1。下面介绍一下它的发展历史和在交通领域的发展现状。1 9 4 1 1 9 5 0 年。雷达的改进和应用催生了R F I D 技术，1 9 4 8 年奠定了R F I D 技术的理论基础。1 9 5 1 4 t 9 6 0 年。早期R F I D 技术探索，实验室实验。1 9 6 1 1 9 7 0 年。R F I D 技术理论发展，开始应用尝试。1 9 7 1 一-1 9 8 0 年。产品研发大发展，各种R F I D 技术测试得到加速，出现了一些最早的R F I D 应用。1 9 8 1 1 9 9 0 年。商业应用阶段，各种规模应用开始出现。1 9 9 1 2 0 0 0 年。开

35、始R F I D 技术标准化研究，R F I D 产品得到广泛采用，R F I D 产品逐渐成为人们生活中的一部分。2 0 0 1 至今。标准化问题日趋为人们所重视，R F I D 产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。R F I D 系统己广泛应用于车辆自动识别(A v l)系统、不停车电子收费(E T C)系统、设备(物流)自动识别(A E I)系统、门禁识别(G A I)系统和商品防伪识别(E I C P)系统等。哈尔滨丁程大学硕士学位论文御戏电彳t。一础l二、蚤兮幢押翁，恁74第1 章绪论高速公路、桥梁建设的投资

36、高，为了回收资金和保证路桥畅通，采用E T C 系统，实现不停车收费。路桥收费站安装E T C 系统，车辆挡风玻璃上安装R F I D 卡。当载有R F I D 卡的车辆通过收费站时，E T C 系统读到R F I D 卡中的I D 号和车牌号，叠加上通过时间和车道号，存入E T C 系统的内存，并通过数据传输单元和通信网络，将数据信息传到收费统计中心。可以采取类似G S M 手机缴费扣费的办法，根据车辆的车型和通过次数自动扣费。E T C 系统的配置与固定A V I 系统相似，只不过E T C 系统比A V I 系统的外部设备多一项费额显示牌。3 门禁识别(G A I)系统重要军事或机要部门

37、、停车场、住宅小区，可以采用G A I 系统实现对进出大门的车辆进行识别和控制2 1。G A I 系统的配置与固定式A V I 系统类似，只是采用低功耗悦耳的音乐提示器替代普通的报警器，避免干扰周围工作和居住环境。如果进出大门的车道宽度能够容纳2 辆车并行行驶，为了降低系统成本，可以用一个读写器接2 个天线，一个天线面向进口，一个天线面向出口，利用双向识别技术，完成对进出车辆的识别和数据信息交换。为了增加进出住宅小区、停车场车辆的防盗功能，可以给每辆车配备2 张R F I D 卡，一张固定在车辆挡风玻璃上(称为车卡)，另一张由司机携带(称为司机卡)，通过G A I系统时，司机可以将它放在车上适

38、当位置(挡风玻璃上或仪表盘上)，也可手持对准天线。4 自动设备识别(A E I)系统A E I 系统主要是指对集装箱的识别。发达国家的货运，包括海洋运输和铁路、公路运输，主要采用集装箱运输，既安全又便于物流管理。在集装箱上安装R F I D 卡，在卡中写入集装箱号及箱内货物编号、数量、发货地及到货站。集装箱随船(汽车或火车甚至飞机)启运或到达港站时，A E I 系统对其进行识别和数据信息交换。A E I 系统的设备配置与A V I 系统基站相似，只是应根据实际应用减少一些配置，如电动栏杆或红绿灯或报警器等。1 3 2 无线数据传输技术远程监控数据的传输一般利用无线数据传输技术。无线数据传输可以

39、解决有线网络难以覆盖的数据传输问题，具有较强的移动性特别适用于车辆监控系统以及物流系统等领域“。现在的无线通信技术包括G S M(G l o b a lS y s t e mf o rM o b i l eC o m m u n i c a t i o n)网通信方式、C D M A(C o d eD i v i s i o nM u l t i p l eA c c e s s)网通信方式、固定频率通信方式和集群移动通信方式等。车辆监控系统中大多采用集群通信系统和G S M 移动通信系统。其中，G P R S(G e n e r a lP a c k e tR a d i oS e r v

40、i c e)通信方式是G S M 网络向第三代移动通信过渡的通信技术，它具有传输速率高、接入时间短以及永远在线等特点。为了实现地理信息系统的核心任务(位置、条件、变化趋势、模式和模型)，大多数商用G I S 软件开发包提供了相似的功能，包括数据的获取初步处理存储与检索查询与分析以及图形的显示与交互。图1 2 说明了各功能之间的关系，以及各功能操作数据的表现。整个处理过程中，数据存储检索以及展示交互贯穿了系统数据处理的前后，有了这两个功能的支持，从现实中观测的数据以及从现存文件、地图中获取的数据才可以经过数据预处理和结构化转换后，被系统查询和分析，从而实现交互显示结果。6第1 章绪论图1 2 G

41、 I S 功能(椭圆)及表现(矩形)G I S 在车辆监控系统中扮演者越来越重要的角色。配送车辆在配送过程中，通过基于G I S 的分析和辅助决策，同时结合城市交通路线、实时交通路线等，使得监控中心通过电子地图实时准确的现实各个车辆的位置，从而实现配送车辆的实时监控管理。G I S在车辆监控系统显示终端的主要作用是：(1)提供图形化人机界面，以不同标记显示路况信息，以提醒驾驶员(2)在矢量电子地图上，可以进行任意放大、缩小、漫游、旋转、分层等(3)在电子地图上实时显示车辆的位置，回放车辆的运行轨迹(4)在电子地图上，用户可以进行车辆行驶区域的限制1 4 课题的主要内容和工作安排本文利用射频识别

42、(R F I D)技术对车辆中货物进行标识，将货物温度和当前车辆位置信息通过G P R S 网络传输到监控中心，由监控中心对冷链运输信息进行全程记录和管理。本文主要完成如下工作：1 对系统涉及到的技术进行了深入的学习，根据冷链运输的要求，设计了系统的7哈尔滨工程大学硕士学位论文总体方案，结合各子模块的具体作用，完成了监控系统的硬件选型。2 设计了监控终端的硬件部分，对系统各子模块及主控器进行了电路设计分析，完成了G P S D R 系统的信号接收处理、R F I D 模块的数据读取、无线传输模块的接口。3 针对G P S 信号异常时导致定位精度降低的问题，设计了“电子罗盘+里程计”航位推算工作

43、模式，分析和设计了G P S D R 组合定位算法。4 进行了车载终端软件和监控中心系统软件的设计。实现了车载终端数据采集、远程数据传输，监控中心数据接收、显示和管理。第2 章系统方案设计第2 章系统方案设计冷链运输车辆监控系统将车辆位置、运输货物的温度等信息，通过无线传输，发送到监控中心，在监控中心显示、记录和管理这些信息。整个监控系统分为两大部分：车载终端和监控中心。车载终端完成监控数据的获取、处理、传输发送，监控中心实现监控数据接收和综合显示。车载终端利用的信息是来自G P S D R 系统的导航定位信息和R F I D 系统的车辆环境信息，传输发送采用G P R S 无线通信，最终数据

44、处理后利用G I S技术综合显示。系统总体框图如图2 1。图2 1 监控系统总体框图车载终端由车载F P G A 主控计算机、定位模块G P S D R、温度身份标签R F I D 和无线传输模块组成。监控中心为P C 机，运行电子地图及监控数据管理软件。车载终端和监控中心在物理层面上是分离的，通过无线传输模块进行通信。车载终端控制器采用F P G A，主要功能是从G P S D R 导航系统提取数据信息，经过控制器处理，计算出车辆当前经纬度、速度和行驶方向等定位数据；R F I D 传感器标签加载到目标物品(箱)之上，标签的传感器感应到货物的温度等信息后，将信息与标签的D 信息打包后通过无线

45、射频一起发送给R F I D 读写器，R F I D 读写器再将实时数据直接传输给控制器。控制器把接收的定位信息以及环境信息通过G P R S 模块进行无线数据收发，通过无线通信传输给监控中心。监控中心自动记录这些信息以便事后查询分析，监控中心管理平台结合G I S 电子地图，实时地显示当前监控指挥的车辆的地理位置及货物温度等信息，进行信息查询，有效监管。监控中心实时根据被监控车辆远程传输的监控数据，判断车辆或货物状态是否正常，并采取相应的操作，并也可将管理指令或信息发送给车载终端。下面分别介绍监控系统各部分组成和功能。9哈尔滨工程大学硕士学位论文2 1 车载终端组成和功能2 1 1G P S

46、 定位模块本文所设计监控系统的定位功能主要依靠G P S 定位信息。目前民用G P S 接收机输出定位信息的定位精度一般能达到2 0 米以内。对本监控系统而言，这样的定位精度已经可以满足要求。本文选用G P S l 5 接收机模块，其主要任务是接收G P S 卫星发射的信号，获得必要的导航和定位信息及观测量，并经数据处理完成导航和定位工作。接收机原理框图如图2 2。其中，全向圆极化天线接收卫星发射的频率为1 5 7 5 4 2 M H z 和1 2 2 7 6 0 M H z 的信号，经前置放大器放大后进行变换。前置放大器采用宽带低噪声载频放大器改善信噪比。变频器则把射频信号变成中频信号，经放

47、大、滤波，送给伪码延时锁定环路，对信号进行解扩、解调，得到基带信号。从载波锁定环路提取与多普勒频移相应的伪距变化率。从伪码延时锁定环路提取伪距。本地振荡器和频率综合器产生需要的各种振荡信号。导航定位计算部分是利用卫星星历、时间和伪距信息测出经纬度n2 1。l 天线前置bJ 住县府。御舆【。J 微处理琴导bd 鬻I 放大器I、7 I I、”l 航计算帮Ll、么土j 用户信息L=一电源振荡器传输r G P S l 5 外形图如图2 3。图2 2G P S l 5 接收机结构示意图图2 3G P S l 5 接收机模块外形图G P S l 5 具有如下特点：(1)同时可以跟踪多达1 2 颗G P S

48、 卫星(即1 2 通道G P S 接收机)(2)硬件和软件上都易于使用，适合做系统集成(3)功耗小，数据更新快，能够满足陆地导航灵敏度需求(4)可以通过R S 2 3 2 或C M O S 电平的串行口来实现1 0第2 章系统方案设计接收机通道指标如表2 1 所示。表2 1G P S l 5 接收机通道指标重新捕获：小于2 秒定位时间热启动：约1 5 秒(所有数据已知)冷启动：约4 5 秒(初始位置、时间和历书已知，星历未知)精度定位精度：小于1 5 米(9 5)速度精度：O 0 5 米秒R M S(稳定状态)差分精度：小于5 米(9 5)串口接输出：包括G P G G A，G P G S A

49、，G P G S V，G P R M C(N M E A 标准语句)；P G R M E，P G R M M，口协议P G R M T(G A R M I N 定义的语句)。输入：初始位置、时间等设置信息。2 1 2D R 推位模块D R 推位模块选用电子罗盘和里程计组合推位。当车辆行驶在隧道、桥梁下等遮挡G P S 天线信号的地方时，G P S 数据容易产生异常，导致定位精度下降。此时利用磁罗盘提供的方位，里程计提供的里程信息，进行短时的推位，可以弥补G P S 接收机在这种情况下定位精度降低或不定位的不足。2 1 2 1 电子罗盘本文选用霍尼韦尔公司的三维电子罗盘H M R 3 0 0 0

50、，如图2 4 所示，它由三轴磁阻传感器和一个充有液体的两轴倾斜传感器组成b 2 1。H M R 3 0 0 0 内部全部使用表面贴装元件，不含有任何的移动元件，所以非常可靠和坚固。这个低功耗、小体积的装置带有非铁磁性金属外壳，便于安装固定在任何一个平台上。该电子罗盘的性能指标如下：航向信息：精度(水平时)：0 5 0。(R M S)精度(倾斜时)：1 5 0。(R M S)分辨率：0 1。重复性：0 3。倾斜信息：精度：O 3 0。(R M S)分辨率：0 1。重复性：O 2 0。范围：4 0。磁场信息：哈尔滨工程大学硕士学位论文分辨率：l m G a u s s范围：1 0G a u s s