基于无线传感器网络的物流跟踪管理系统研究

杨磊+田立伟

摘要 ：随着科学技术的发展，信息技术在物流业中的应用也日渐成熟。目前，为了提高货物运输的安全性、准时性以及快速性，人们对于货物运输有着更高的要求。因此，无线传感器网络在物流跟踪管理系统中的应用促进了货物运输的发展，加强了货物运输的顺利进行，降低了货物运输的成本。本文笔者分析了基于无线传感器网络的物流跟踪管理系统的硬件和软件的设计来探讨无线传感器网络对于货物的跟踪管理。

关键词： 无线传感器网络；物流跟踪管理系统；监测；研究

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）22-0203-03

无线传感器网络在物流跟踪管理系统的应用，能够快速掌握货物所处的环境状态以及运行的位置。另外，这种高效全面的物流跟踪管理系统能够满足人们对于物流运输的快速、准时的要求，使其能够更好的为人们服务。无线传感器网络不仅能够实时的检测到货物的位置，还能够实现对于货物的质量的检验。这在一定程度上降低了货物运输的成本，提高了货物运输的安全性。

1 无线传感器网络的概述

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks， WSN）是指末梢为能够感知和检查外部世界的传感器的一种分布式传感网络。无线传感器网络能够通过分布大量的传感器节点来提高信息的精确度。另外，传感器节点具有较强的自组织性，能够实现对于货物的自动配置和管理。

传感器网络主要包含了传感器节点、汇聚节点和管理节点。传感器节点的存储、处理和通信能力不强，通过小容量的电源就可以实现对于传感器节点的供电。传感器节点不仅能够收集和处理本地的信息，还能够存储和管理转发的信息。而汇聚节点却具有较强的存储、处理和通信能力，能够实现传感器网络与其他外部网络的转换。并且汇聚节点是一个具有增强功能的传感器节点，具有较高的能量来实现供给。而管理节点用于整个无线传感器网络的动态管理，可以实现对于无线传感器网络的资源的访问。

2 无线传感器网络在物流业中的应用

近年来，无线传感器网络在各个领域中都有着非常广泛的应用。例如：在农牧领域，人们通过无线传感器网络来检测农作物的生长环境。在军工领域，人们将无线传感器网络应用于敌情目标的监控。而在物流业中，人们通过对无线传感器网络的应用来实现物流流程的统一管理，加强对于物流中的仓储、运输条件、过程及转运的控制、定位以及跟踪，提高了物流运输的效率。第一，无线传感器网络能够加强对于仓库中的货物的环境的监控，保证温度和湿度适合货物的存放。第二，无线传感器网络可以通过结合RFID来实现对于货物的跟踪。如图1所示：

一方面，物流商可以通过跟踪货物来实现对于整个物流过程的调控。另一方面，无线传感器网络还能够检测到运输的条件。这样可以避免货物受到损坏或者出现变质。RFID的应用可以实现对于仓库的货物流动的管理，提高管理货物的效率。第三，无线传感器网络和GPRS以及GPS定位通过对油罐车的位置、装货和卸货的跟踪，来全面的掌握油气的库存、调度等的情况，实现了对于石油和天然气等危险物品的运输跟踪。另外，无线传感器网络通过运用高科技的手段来管理一些商业决策和货物的调度，提高了供应商的经济效益。

3 物流跟踪管理系统的硬件设计

3.1 物流跟踪管理系统的总体结构

物流跟踪系统需要考虑多方面的因素。比如：监控范围、调度业务、实时要求等。这些都对物流的跟踪有着很大的影响。因此，管理系统的硬件设备的选择对于物流跟踪有着非常重要的作用。如下图所示，在无线传感器网络的应用下，物流跟踪管理系统通过GPS导航定位系统和无线传输通信来实现对于货物的跟踪。其中，GPS导航定位系统具有较高的精度和实时性。无线传输通信与GPS导航定位系统的结合能够扩大应用的范围，并且可以不用架设基站就可以进行数据的传输。

3.2 执行器节点的设计

执行器节点包含了处理器、能量供应、传感器和无线通信等模块，主要是为了采集和传送信息，实现数据的储存和处理。这些数据不仅来自于执行器节点，还包括来自于其他的节点。能量供应作为执行器节点的能量来源，主要应用的是锂电池或者是纽扣电池；传感器主要通过温湿度传感器来采集和转换监测区域内的数据；而无线通信主要通过发送和接受采集的数据来负责节点之间的通信。

3.3 总控制器节点的设计

总控制器节点能够采集、处理、存储和显示控制GPS数据信息以及控制GPRS 。GPRS模块能够实现对于终端的监控。而显示模块能够显示到货物的位置、桩体以及货物的调度信息。各个模块都通过电源系统来获得电源。总控制器节点中最关键的部分为处理器模块。处理器模块不仅能够实现对于数据的处理和储存。当电压较低时，处理器模块也能够正常工作。由于物流跟踪的内容比较复杂，并且具有较多的不确定因素。因此，存储器可以实现对于一些数据的存储。这样可以一些不确定因素使使采集的数据失效。另外，总控制器节点对于存储器的空间没有太高的要求。GPRS主要应用于数据传输和网络通信的采集。而电源是总控制器节点中的比较重要的部分。在物流跟踪管理系统中，总控制器节点的硬件主要分为4.2V和3.3V两种电压等级。而串口通信电路能够保证无线通信与总控制器节点和执行器节点之间的通信。

4 物流跟踪管理系统的软件设计

4.1 货物终端软件系统的总结结构

一般情况下，系统都是由硬件和软件两部分组成的。其中，软件部分是系统中最重要的部分。如果没有软件系统，那么硬件设备就没有了应用的价值。物流跟踪管理系统的软件部分主要包括了系统初始化程序、串口中断程序、GPRS程序以及货物动态跟踪管理系统等四个部分。其中，系统初始化程序主要用来记录管理系统的运行状态以及工作参数，串口中断程序用来采集和处理GPS数据，而GPRS程序主要通过短信息发送程序来发送和定位货物的信息。

4.2 系统初始化程序

系统初始化程序主要负责初始化MSP43oF449单片机、系统变量、LCD显示等状态。其中，MSP43oF449单片机初始化主要用来设置工作模式、振荡器波特率等。系统变量初始化对于系统初始化程序使用的变量进行定义。LCD显示初始化配置LCD模块的相关信息。GPRS程序的初始化设置可以控制GPRS模块的命令字符。

4.3 串口中断程序的设计

串口中断程序主要用于采集、提取GPS数据，实现对于数据标志位置的刷新。GPS通过跟踪卫星的位置来确定货物的位置。其中，接收机锁定文星信号之后，卫星就可以将导航电文传输该接收机。这样人们就可以通过导航电文来计算出位置。在接受和处理GPS数据时，串口中断程序通过刷新标志位来实现对于数据包的接受，这样有利于发送短信息到GSM。GPS接受处理程序通过扫描缓冲器来识别信息标号的类型，为其设置相应的标志位。

4.4 GPRS程序设计

GPRS程序主要通过AT命令来实现对于GPRS模块的控制。因此，程序可以通过不同的AT命令来实现对于GPRS模块的不同动作的控制。在发送短信息时，GPRS程序需要通过检测刷新标志位来识别要发送的数据包。如果刷新标志位出现被置位的情况，那么这是计数器会进行计数一直到十，又会被清零。同时，GPRS程序会发送AT控制命令。

4.5 货物动态跟踪管理系统设计

在物流跟踪管理系统中，货物动态跟踪管理系统实现了对于整个系统的监测和控制，成为了物流跟踪管理系统中最重要的部分。货物动态跟踪管理系统通过GIS电子地图将货物终端的位置发送到监控中心的地图上来现实货物当前的具体位置。监控中心可以通过货物的运行情况来判断货物的运行状态。这样可以确定货物是否发出了报警信息，提高货物运行的安全度，并且降低了物流的成本。监控中心的软件主要包含了数据通信、GIS电子地图以及人机界面和功能三个部分。客户可以通过监控中心软件来获取货物的信息以及货物车辆的位置。另外，该系统还能够实现对于货物其他信息的管理和维护。

5 结语

随着信息技术的应用，我国物流业也有着较快的发展。而物流跟踪管理系统中无线传感器网络的应用提高了物流业的监控系统的智能化。物流跟踪管理系统不仅能够实现对于货物状态信息的监控，还能够加强货物与互联网的连接，提高无线传感器网络在物流业中的作用。无线传感器网络在物流跟踪管理系统中的应用将会提高货物运输的竞争力以及技术和水平，使货物在运输的过程中更加的安全，提高了供应商和客户之间的利益。另外，物流跟踪管理系统的使用使物流业更加的智能化和自动化，降低了物流业的成本，促进了我国物流业的发展。

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