基于ARM 11和RFID技术的智能物流管理

冯忠岭，童英华

（1.青海师范大学 物理系，青海 西宁 810008；2.青海师范大学 计算机学院，青海 西宁 810008）

物流在整个企业的供应链中占有非常重要的比重。通过RFID的批量识别，实现物流的出库，入库，和分拣流程。通过GPS定位系统，实时获取车辆在途信息。通过服务器和数据中心的实时数据分析和报表功能，可能掌握企业资源的动态变化。智能物流系统大幅提升整个供应链的效率。

1 系统方案

在本设计中采用固定式RFID的读卡器来采集信息，由串口发送至ARM11为核心的数据处理终端进行处理。因此该系统分为两个部分。

第一部分：RFID电子标签信息的采集，主要是选择固定式的读卡器来识别RFID标签信息并发向终端；

第二部分：数据采集，该部分以ARM11为核心处理器的数据处理终端，在终端上搭载Linux操作系统，并安装有数据库SQLite和QT/E来进行数据的采集和存储。

2 实现模块

本系统的实现依赖于以下4个功能模块：1）RFID信息的采集；2）串口数据的实时读取；3）SQLite 数据的操作；4）Qt/E用户界面的设计。

2.1 RFID电子信息的采集

2.1.1 RFID电子标签

RFID电子标签分为被动标签（Passive tags）和主动标签（Active tags）两种。主动标签自身带有电池供电，读／写距离较远，同时体积较大，与被动标签相比成本更高，也称为有源标签。被动标签由阅读器产生的磁场中获得工作所需的能量，成本很低并具有很长的使用寿命，比主动标签更小也更轻，读写距离则较近，也称为无源标签。一般来说，无源标签是取代条形码标签的主要发展方向，有源标签因为其长距离识别的优势，主要应用于大型的高速运动物体的标识识别之上。如机动车的跟踪和识别、动物或人类身份的跟踪和识别。下面主要是以无源标签为例介绍其原理和性能的。

RFID电子标签由天线和专用芯片组成，天线是在塑料片基上镀上的铜膜线圈，在塑料基片上还嵌有体积非常小的集成电路芯片，在这个集成电路芯片中有高速的射频接口，控制单元，EEPROM 3个模块组成。如图1所示。

图1 RFID电子标签工作原理图Fig.1 RFID electronic tag working principle diagram

2.1.2 电子标签识别系统

一个真正的RFID电子标签识别系统至少应包含电子标签、阅读器、数据处理和存储的设备以及系统软件。通常阅读器与电脑相连，所读取的标签信息被传送到电脑上进行下一步处理。阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入这一定频率的射频信号磁场时产生感应电流从而获得电能，产生电压供给电子标签内集成电路工作，并通过自身的RFID电子标签天线发送出自身编码等信息，由阅读器接收天线接收读取并解码后送至电脑主机进行相关处理。

2.1.3 射频读卡模块

本设计采用的读卡器是TX125系列射频读卡模块。TX125系列非接触 IC卡射频读卡模块采用 125K射频基站。当有卡靠近模块时，模块会以韦根或 UART方式输出ID卡卡号，用户仅需简单的读取即可。该读卡模块完全支持EM、TEMIC、TK及其兼容卡片的操作。

数据格式：6字节数据，高位在前，格式为5字节数据+1字节校验和（异或和）。 例如：卡号数据为0B00D5F0C7，则输出为0x0B 0x00 0xD5 0xF0 0xC7 0xE9（校验和计算：0x0B^0x00^0xD5^0xF0^0xC7=0xE9）。第一个字节0x0B一般是厂家码。中间4个字节0x00 0xD5 0xF0 0xC7是卡片的序列号。一般卡片上印刷的都是 10进制码。例如：001402807 213 61639。上面的数据可以通过转换得到。转换方式如下：将中间 4个字节卡号0x00D5F0C7转换为十进制，即得001402807；将卡号的第二字节0xD5转换为十进制，即得213，将卡号的最后两字节0xF0C7转换为十进制，即得61639。

在串口方式下，可工作在主动与被动模式。主动模式：当有卡进入该射频区域内时，主动发出以上格式的卡号数据。被动模式：CLK的下降沿触发卡号的输出，格式为以上数据格式。操作方法为：在准备读取卡号之前，打开串口中断并启动超时定时器（80 ms），将一直保持高电平的CLK置低电平，产生下降沿并一直保持低电平，等待卡号数据接收，若接收到卡号后存储待用，若在等待过程中无数据接收，且超时定时器已经溢出，则表示本次读取卡号失败；无论成功与失败最后都将CLK重新置高电平，进入待机以便下一次读取卡号。

串口通讯协议，就是读卡模块以何种格式把读取到的卡号发送出来。TX125支持韦根接口和串口两种协议。UART接口一帧的数据格式为：1个起始位、8个数据位、无奇偶校验位、1个停止位。波特率可选择9 600 bps或者 19 200 bps。在本设计中连接6 410网关设备的/dev/ttySAC1串口设备，选择设置波特率为9 600。

采用多线程的方式等待RFID刷写读卡器，主要函数：pthread_create （&th_kb，NULL，KeyBoardPthread，0）； pthread_create（&rf_rev， NULL， RFIDRevPthread， 0）。 建立两个线程，第一个是以键盘输入的方式读写RFID信息，第二个线程的功能是监控串口/dev/ttySAC1中的信息，已实现实时的捕捉刷写RFID标签信息。

2.2 串口数据的实时读取

在linux操作系统中，对外设的访问往往都是使用open（）函数，以打开文件的方式读取数据。在本设计中对串口数据的读取也正是通过open（）函数打开/dev/ttySAC1这一串口驱动文件，获取由读卡器发送给ARM11主核心板的数据，实现函数为 open（/dev/ttySAC1， O_RDWR|O_NOCTTY），标志位为O_RDWR|O_NOCTTY，意义是系统以可读写的方式打开文件，如果欲打开的文件为终端设备时，则不会将该终端当成进程控制终端。

在打开串口文件之前，我们要对串口进行相应的设置，具体步骤有以下几步：串口属性的设置，保存原先串口配置，激活选项，设置波特率，设置字符大小，设置校验，设置停止位，设置最少字符与等待时间，清楚串口缓冲，激活配置。设置由以下结构体实现：

struct termios{

tcflag_t c_iflag； /*input flags*/

tcflag_t c_oflag； /*output flags*/

tcflag_t c_cflag； /*control flags*/

Tcflag_t c_lflag； /*local flags*/

cc_t c_cc[NCCS]； /*control characters*/

}；

成功打开驱动文件后，需要做的就是使用read（）函数来读出读卡器发送的信号，以判别

货品的类型，将其信息准确的存入到数据库。Read（）函数的函数原型为 read（int fd，void*buf，size_t count）， read（）实现的功能是从参数fd所指的文件传送count个字节到buf指针所指的内存中。读出的数据将存入buf中，作为识别RFID标签的依据。

2.3 SQLite对数据的管理

在嵌入式设备上使用的数据库有很多，比如MySQL。本设计选择的是更为简便的数据库SQLite。本设计中建立的是一个物流商品信息的数据库系统，包含的信息有：商品的名字（char型），商品的 ID 号（char型）以及商品的价格（int型）。这些信息都将被存放在table merchandise中。

当代表商品的RFID标签第一次刷写读卡器的时候，系统将根据它的标签标号，唯一确定它的商品名、商品ID号以及价格，并把这些消息一次性写入到表merchandise中。已经存入库中的商品RFID标签再次刷写读卡器的时候，将作为该商品的出库操作，系统将自动的删除该商品在数据库中的信息。

在数据的管理部分，充分利用SQLite提供的便捷有效的API函数 ：sqlite3_open（）， sqlite3_exec（）和 sqlite3_close（）等，打开和操作数据库文件。

在商品的整个入库、出库的操作中，数据的录入和删除将是由系统自动完成，免去了人为的操作，大大提高了仓库管理的效率，减少了人力资源。

2.4 Qt/E用户界面的设计

QT/E即Qt Embedded是挪威Trolletch公司的图形化界面开发工具。Qt的嵌入式版本，拥有较高的运行效率，而且整体采用面向对象编程，拥有良好的体系架构和编程模式。在系统设计时，为了使管理人员更好地管理仓库物品的信息，在开发板上配备了一个4.2寸的触摸屏，来提供良好的UI界面，以便观察数据库内的存货信息。

在本设计中，选择QT来开发UI界面。在主界面中，加入了一个Table View控件，用来绑定SQLite数据库文件rfid_sqlite.db。在开发过程中，添加头文件“QSqlDatabase”，这是Qt用来连接数据库所必备的头文件，该头文件下包含了很多的函数来操作数据库，将数据信息呈现给用户。语句QSqlDatabase db=QSqlDatabase::addDatabase（“QSQLITE”），指明了Qt所需要连接的数据库类型为SQLite，接着再通过db.setDatabaseName（“rfid_sqlite.db”）来打开链接系统所需要的数据库，默认路径为当前文件夹，显示结果如图2所示。

图2 智能物流管理的QT图形用户界面Fig.2 Intelligent logistics management QT graphical user interface

3 实现功能

本设计的目的是通过RFID的批量识别，实现物流的出库、入库和分拣流程。通过服务器和数据中心的实时数据分析和报表功能，掌握企业资源的动态变化。本系统中选择使用固定式的低频率的读卡器，来实现商品信息的录入与删除，模拟了四种不同的商品：A，B，C，D，对应相应的商品 ID。商品入库的时候，依此把RFID标签放在读卡器上进行刷写，终端部分通过对串口/dev/ttySAC1的实时监测，当数据刷写的时候，在RFID标签ID鉴别的函数体内，以ID号为判别依据，调用数据库操作文件sqlite.c中定义好的函数体sqliteDB_opt_add（char*name，char*id，int price）录入商品信息；在商品出库时，再次刷写需要出入库的RFID标签，系统将自动识别该商品的刷写次数，来鉴别其操作方式是出库还是入库。当判断出是第二次刷写时，将调用函数体sqliteDB_opt_delete_by_id（char*id），从数据库中删除该商品的信息，以达到数据出库的操作。标签的首次刷写视为商品的入库，第二次刷写视为出库操作，这一信息的录入与删除，用户可以从UI界面的Table View控件内实时观察到。

4 结 论

本设计以ARM 11微处理器为核心，结合了Linux操作系统和TX125系列射频读卡模块实现了智能物流的货品管理系统。重点实现了在嵌入式设备系统中进行数据库的开发以及UI用户界面等的开发和移植。经实验证明，该系统实现了物品出库和入库的管理功能，方便实用。充分凸显了RFID技术在当下有着较强的实用性，更体现了嵌入式系统给日常生活带来了的极大便利，为物流行业带了很大的收效。本设计还有很多需要继续完善的地方，如要给每个物品加上GPS定位，以实现客户和物流公司对物品流向的监测。

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