ARM9的物流終端定位功能的設計和實(shí)現

　系統實(shí)現方案 

　　移動(dòng)定位技術(shù)的現狀分析目前，移動(dòng)定位技術(shù)已經(jīng)非常成熟，較廣的應用主要可以分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是GPS等利用衛星進(jìn)行后方交匯的定位技術(shù);另一類(lèi)是利用移動(dòng)通信網(wǎng)技術(shù)提供位置服務(wù)的定位技術(shù)。常用的有：基于Cell-ID的定位技術(shù);基于A(yíng)FLT(Advanced Forward Link Trilateration)的定位技術(shù);GPS定位技術(shù);GPS輔助定位技術(shù)(A-GPS)等。

　　GPS是當前在物流信息化中研究最廣泛的定位技術(shù)之一，但是，當GPS終端在建筑密集的地方或在隧道等定位信號難以接收的地理位置時(shí)，往往不易獲取有效的定位信息。而且，GPS定位功能無(wú)法滿(mǎn)足倉儲等高精度定位需求的場(chǎng)合，還需要進(jìn)行相應的補充與完善。

　　本系統實(shí)現方案

　　基于現有網(wǎng)絡(luò )建設的總體情況及物流管理過(guò)程中對定位數據的需求分析，并綜合考慮各種定位技術(shù)的發(fā)展現狀及技術(shù)成熟度、實(shí)現成本等因素，擬在物流配送網(wǎng)絡(luò )中采用GPS輔助定位系統(GPS+Cell-ID+RFID+圖形道路匹配相結合)的定位技術(shù)。其主要考慮如下：

　　1)充分利用現有硬件資源。GPS、GSM、RFID模塊為本物流信息終端課題已擬定的硬件平臺，除GPS專(zhuān)為定位功能服務(wù)外，GSM和RFID模塊同時(shí)具有通信和標簽信息采集的功能。在不擴充硬件資源的前提下，最大限度地提高定位功能的服務(wù)質(zhì)量。

　　2)Cell-ID定位。確保終端在GPS定位失去信號的情況下，保持最低限度的定位信息的提供。Cell-ID方式在城市及人口密集區域能提供相對高的精度，與GPS在城市高層建筑、林蔭道、地下隧道等遮蔽情況下性能的降低有較好的互補。由于GSM相對于CDMA具有更小的小區半徑，因此具有相對高的Cell-ID定位精度。在本方案中擬采用GSM的CELLID定位方式。

　　3)RFID定位。通過(guò)讀取用于標識地理坐標的標簽數據來(lái)獲取定位信息。其定位精度僅取決于標簽存儲定位信息的精確性，理論上可以達到任意高精度�？捎糜趥}庫、碼頭等需要高精度定位信息的場(chǎng)所，來(lái)提供定位信息和其它輔助功能。

　　4)圖形道路匹配。當前物流運輸主要是利用汽車(chē)等運輸工具在固定的路線(xiàn)上進(jìn)行，當路線(xiàn)基本確定的情況下，可通過(guò)圖形道路匹配對定位信息進(jìn)行適當糾正。但是，這一般適用于道路不太密集的區域或路線(xiàn)固定的情況，可在本方案中作為可選功能模塊提供，適用于鐵路、高速公路等道路信息明確的場(chǎng)合，尤其適用于鐵路運輸。

　　軟硬件系統設計原理

　　系統硬件開(kāi)發(fā)板CPU采用的是三星公司的內部集成ARM920T處理器核的S3C2410芯片。GPS模塊提供衛星定位信號;GSM/GPRS模塊提供通信與CELLID定位信息獲取;RFIDS模塊提供標簽信息采集和RFID定位功能。終端通過(guò)GSM/GPRS通信網(wǎng)絡(luò )與物流信息控制中心建立聯(lián)系，提交相關(guān)數據采集信息和接收物流信息控制中心指令。

　　系統軟件采用嵌入式Linux操作系統，移植QT/Embedded 3.3.4和SQLITE數據庫，采用QT嵌入式編程實(shí)現相應功能。

　　軟件系統設計

　　本文的軟件系統設計主要以S3C2410平臺為核心，將從GPS模塊、GSM/GPRS模塊、RFID模塊提取的定位信息進(jìn)行相應分析處理，完成物流信息終端導航定位功能。

　　宿主機開(kāi)發(fā)環(huán)境建立由于目標平臺資源所限，需要搭建交叉編譯環(huán)境，本系統開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用的平臺如下：

　　宿主機：RED HAT 9.0; QT/Embedded 3.3.4;SQLITE 2.8.16;cross-2.95.3.tar.bz2目標機：Linux Kernel 2.4.18;QT/Embedded 3.3.4;SQLITE 2.8.16 為了正確交叉編譯QT/Embedded，需要確保UUID、ZLIB、JPEG、GIF、PNG、SQLITE等QT中所需要的頭文件 、庫文件在交叉編譯前正確安裝，并移植相應的庫文件至目標機中。在交叉編譯QT/Embedded 3.3.4前正確設置環(huán)境變量，本系統QT/Embedded 3.3.4交叉編譯選項為：./configure -embedded arm -shared -debug -no-cups -thread -plugin-sql-sqlite -no-ipv6 -qt-mouse-Linuxtp，可根據實(shí)際情況進(jìn)行相應裁減。

　　軟件關(guān)鍵技術(shù)分析

　　1)GPS定位信息提取

　　目前常用的GPS-OEM模塊均支持NMEA-0183的數據格式。NMEA-0183是以語(yǔ)句來(lái)發(fā)送數據的，每條語(yǔ)句都相對獨立并有完整意義。語(yǔ)句包含若干由ASCII文本字符組成的字段， 每條語(yǔ)句都以“$”開(kāi)頭，以回車(chē)換行結束，數據包含在字段中，字段之間由逗號分 隔。每條語(yǔ)句的第一個(gè)字段表明語(yǔ)句的意義，在標準語(yǔ)句中，“$”后的兩位字符為“talkerID”，表示發(fā)送數據的設備，如GP表示GPS;接著(zhù)的三位字符為“sentenceID”，表示了該語(yǔ)句的類(lèi)型，如GGA，RMC等。語(yǔ)句中每個(gè)字段的含義隨語(yǔ)句類(lèi)型而定，語(yǔ)句的最后一個(gè)字段是檢驗和(checksum)，由“*”和兩位十六進(jìn)制數字及回車(chē)換行符組成，檢驗和是“$”和“*”之間所有字符的邏輯異或運算結果，用于檢驗和確認數據的傳輸是否正確。

　　對于終端導航而言，“$GPRMC”幀格式可以滿(mǎn)足大部分需求，其幀長(cháng)相對較短，便于信息處理。因此，在本系統中，選取“$GPRMC”幀進(jìn)行定位信息提取。系統通過(guò)RS232串口從GPS-OEM模塊中接收定位數據，從接收數據中的“$GPRMC”幀提取時(shí)間、經(jīng)緯度、速度、方位角等定位導航信息。其程序模塊主體結構如下：

　　……

　　//判斷是否為$GPRMC幀頭，并進(jìn)行標記

　　if(Data[i]=='$' && Data[i+3]=='R')……

　　//判斷是否為幀尾,幀尾以換行字符表示，數值為10 '\n'

　　if(Data[i]==10 && SectionID==13)

　　{ ……id_check=m*16+n; //得到檢驗數據的INT型

　　if(chk_result!=id_check) //比較異或運算結果與檢驗數據是否一致

　　…… i f( Data[i]=='*' && SectionID==12 ) //異或運算結果 

//對$至*之間的字符進(jìn)行異或運算,得到結果chk_result

　　for( ; Data[n]!='*"; n++) chk_result^=Data[n];//判斷逗號，區分識別數據,并判別*號，區分校驗數據

　　if(Data[i]==','||(Data[i]=='*' && SectionID==12) )SectionID++;

　　else

　　{ switch(SectionID){ case 1: //提取時(shí)間m_sTime[a++]=Data[i];break;case 2: //接收判別有效性數據A為有效，V為無(wú)效……case 3: //提取緯度……//提取經(jīng)度、速度、方位角、校驗數據等其它信息。

　　2)Linux串口通信編程

　　嵌入式Linux操作系統使用接口標準POSIX的termios接口來(lái)控制串口的行為。在Linux系統中，串口等設備被當作文件進(jìn)行處理，其程序模塊主體實(shí)現如下：

　　int fd="open"("/dev/ttyS1",O_RDWRIO_NOCTTY);//打開(kāi)串口

　　……new_options.c_cflag &=~PARENB;//無(wú)奇偶校驗

　　new_options.c_cflag &=~CSIZE;//不隱藏數據位

　　new_options.c_cflag &=~CSTOP8;//無(wú)停止位

　　new_options.c_cflag |=CS8;//8位數據位

　　cfsetispeed(&new_options,B4800);//設置波特率

　　4800bit/scfsetospeed(&new_options,B4800);

　　tcflush(fd,TCIOFLUSH);

　　tcsetattr(fd,TCSANOW,&new_options);//設置新的設備方式完成串口設置后，就可以使用read( )、write( )函數對串口進(jìn)行操作。需注意的是，串口默認是阻塞型的，當沒(méi)有數據到達時(shí)，將會(huì )阻塞掛起，這時(shí)可以通過(guò)多線(xiàn)程編程、串口超時(shí)設定或使用select輪詢(xún)等方式進(jìn)行調整控制。本系統主要采用多線(xiàn)程編程實(shí)現對串口阻塞的調控，使用的是QT的Qthread類(lèi)，也可以直接使用Linux自身的多線(xiàn)程函數進(jìn)行操作。

　　3)QT/Embedded編程

　　Qt/Embedded是著(zhù)名的Qt庫開(kāi)發(fā)商TrollTech正在進(jìn)行的基于framebuffer的面向嵌入式系統的Qt版本。因其面向對象、跨平臺和界面設計方便美觀(guān)而得到廣泛應用。

　　本設計采用QT/Embedded 3.3.4版本，它支持SQLITE數據庫驅動(dòng)，便于數據庫操作與編程。設計主要使用了QTE的畫(huà)布模塊、SQL模塊和網(wǎng)絡(luò )模塊。畫(huà)布模塊中，QCanvas庫是一個(gè)高度優(yōu)化的二維繪圖庫，與其它畫(huà)布模塊結合使用，能很方便地實(shí)現導航地圖的顯示、縮放、漫游以及鷹眼等功能。而SQL模塊和網(wǎng)絡(luò )模塊能很方便地實(shí)現數據庫編程和網(wǎng)絡(luò )通信功能，極大地縮短了程序的開(kāi)發(fā)周期，提高了開(kāi)發(fā)效率。

　　初步實(shí)現定位誤差主要取決于GPS-OEM模塊的定位精度，實(shí)驗顯示本系統能初步滿(mǎn)足物流信息終端對定位功能的需求。

　　結束語(yǔ)

　　實(shí)驗證明：系統定位數據精確、界面友好、系統可擴展性強，較好地完成了物流信息化終端定位功能。本系統可用于物流終端定位導航，也可適用于其它需要定位導航服務(wù)的場(chǎng)合，具有較普遍的適用價(jià)值和參考價(jià)值。

ARM9的物流終端定位功能的設計和實(shí)現