第一章 緒論

1.1 引言
經(jīng)濟(jì)全球化帶動物流業(yè)快速發(fā)展。作為國家經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，物流業(yè)關(guān)系到人們的生活、工作以及社會行業(yè)的發(fā)展，比如餐飲、交通、金融、運(yùn)輸業(yè)等。物流業(yè)作為目前新興產(chǎn)業(yè)之一，已經(jīng)成為國內(nèi)經(jīng)濟(jì)增速最快的行業(yè)。我國物流業(yè)發(fā)展水平與西方主要發(fā)達(dá)國家相比仍然比較落后，2014 年國內(nèi)外物流總費(fèi)用我國大約占 GDP 比例的 20%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出西方國家一倍還多。雖然我國物流總額占GDP 比例逐年增長，但是過高的物流成本、低效的貨物調(diào)度、嚴(yán)重的信息滯后等因素成為制約我國物流業(yè)發(fā)展的重要瓶頸。如何能夠?qū)⑽锪鞒杀窘档偷娇煽胤秶呀?jīng)成為我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展所面臨的重要研究課題。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化，國際貿(mào)易不斷發(fā)展，物流合作不斷加深，智慧物流已經(jīng)引起我國物流業(yè)的高度重視。智慧物流依托先進(jìn)的信息化和自動化等關(guān)鍵技術(shù)，極大地降低物流成本，并且推動產(chǎn)業(yè)更新升級，是現(xiàn)代物流行之有效的發(fā)展模式。
智慧物流和物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系緊密，該理念正是依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形成的。智慧物流是指將先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（比如 GPS 技術(shù)、射頻識別技術(shù)（RFID）、無線傳感器技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等）通過無線通信平臺和專業(yè)化信息處理廣泛應(yīng)用于物流業(yè)運(yùn)輸、倉儲、配送等重要環(huán)節(jié)，實現(xiàn)智慧物流的信息化、智能化和系統(tǒng)化。

物聯(lián)網(wǎng)從興起到現(xiàn)在，經(jīng)歷了短短十幾年的蓬勃發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)是以感知物理世界為目的，通過利用射頻識別技術(shù)、傳感器技術(shù)、M2M 技術(shù)等并按照一定的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)物理世界的人與人、人與物、物與物的數(shù)據(jù)信息交換，從而實現(xiàn)系統(tǒng)自動化識別、定位、追蹤和監(jiān)視。通過依靠物聯(lián)網(wǎng)的智能化決策和控制，實現(xiàn)物流的自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、實時化。

……

1.2 研究背景和意義

全球信息化的高速發(fā)展帶來信息資源膨脹式的增長，人們已經(jīng)無力承擔(dān)如此巨大的信息量和高昂的信息成本，因此要想得得自己需要的信息，必須采取資源共享的方式。對信息敏感的物流業(yè)而言，以最短的時間獲取到最新的信息咨詢顯得尤為重要。高效、快捷和準(zhǔn)確的物流業(yè)對生產(chǎn)力要素的合理配置和流動起著決定性的作用，直接制約著社會流動資源的應(yīng)用水平。
國內(nèi)很多大型物流企業(yè)物流信息化水平落后，信息系統(tǒng)功能不夠完善，沒有配套的貨物跟蹤系統(tǒng)、倉儲管理系統(tǒng)、運(yùn)輸管理系統(tǒng)等物流服務(wù)系統(tǒng)。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展促使物流倉儲的規(guī)模逐年的擴(kuò)大，倉庫貨物的流動性大，貨物進(jìn)出變動復(fù)雜，傳統(tǒng)的倉儲管理模式無法滿足現(xiàn)代物流企業(yè)的發(fā)展需求。通過引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使我國物流系統(tǒng)具有信息化、智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化等高新技術(shù)的特點。

現(xiàn)代物流業(yè)對倉儲信息化管理提出了非常高的要求。然而傳統(tǒng)倉儲管理主要是以貨物的生產(chǎn)進(jìn)度和銷商規(guī)模作為參考依據(jù)進(jìn)行庫存結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)。操作人員依靠傳統(tǒng)的紙質(zhì)單據(jù)進(jìn)行貨物管理，貨物記錄主要由單據(jù)的傳遞或人員喊話完成，導(dǎo)致數(shù)據(jù)難以實時同步更新，并且難以保證貨物信息的準(zhǔn)確率，造成貨物信息嚴(yán)重滯后，進(jìn)而導(dǎo)致不能及時掌握貨物庫存。為了滿足貨物的庫存，不得不增加庫存量維持正常的生產(chǎn)和銷售，進(jìn)一步造成租用倉儲費(fèi)用的增加、庫存貨物變質(zhì)、老化等問題。貨物租用倉庫和其他基礎(chǔ)設(shè)施的費(fèi)用約占貨物生產(chǎn)總成本的20%-75%，因此降低貨物倉儲運(yùn)作成本是提高經(jīng)濟(jì)效益的有效方法。

……

第二章 倉儲管理系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計
物聯(lián)網(wǎng)的核心價值是能夠?qū)崿F(xiàn)物與物、人與物、人與人之間的連接，并且提高社會生產(chǎn)效率、優(yōu)化資源和降低成本。智能倉儲管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計遵循國際電信聯(lián)盟提出的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通用分層模型，即三層架構(gòu)，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。其中感知層主要負(fù)責(zé)反饋物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的服務(wù)、功能要求；網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)傳輸和處理感知層獲取的信息，是物聯(lián)網(wǎng)的核心；應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，為各種具體應(yīng)用提供公共服務(wù)支撐的環(huán)境，與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)物與物之間、人與物之間識別與感知。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。

感知層相當(dāng)于物理接觸層，是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，主要實現(xiàn)物理世界和信息世界的銜接。由于物理世界物體之間不具有互通的能力，所以借助基本的感應(yīng)器件如 RFID識別芯片、各種傳感器（生物、物理、化學(xué)等）、智能芯片、GPS、二維碼標(biāo)簽和識讀器等節(jié)點采集物理世界的信息。該層關(guān)鍵技術(shù)有：RFID 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)、無線傳感器技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)等。

網(wǎng)絡(luò)層是連接感知層和應(yīng)用層的橋梁，主要實現(xiàn)兩層之間信息互通，根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行相應(yīng)的信息處理。目前該層的核心技術(shù)、市場應(yīng)用、商業(yè)運(yùn)營模式都相當(dāng)成熟，能夠單獨提供成熟的通信服務(wù)，并且融合了多種通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如移動通信、光纖通信、衛(wèi)星通信、Wi-Fi、PSTN、ZigBee 等。

……

2.2 系統(tǒng)平臺架構(gòu)設(shè)計
智能倉儲管理系統(tǒng)最基本的功能是準(zhǔn)確查詢、定位和跟蹤貨物信息，將貨物信息傳送到中心服務(wù)器保存到數(shù)據(jù)庫中。本系統(tǒng)通過溫濕度傳感器、光照傳感器等傳感設(shè)備對倉儲環(huán)境信息進(jìn)行實時不間斷采集，借助 ZigBee 無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?Exynos4412 平臺上，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，及時對倉儲環(huán)境的變化作出相應(yīng)的調(diào)整；通過 RFID 技術(shù)掃描貨物得到貨物的詳細(xì)信息并及時向中心服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)。倉儲管理員可以通過 PC 客戶端實時查看倉庫環(huán)境信息和庫存信息。真正做到根據(jù)實際工作環(huán)境的要求，實現(xiàn)一個低功耗、低成本并且人機(jī)界面交互友好的嵌入式操作系統(tǒng)平臺。
根據(jù)智能倉儲管理系統(tǒng)每個部分所要完成的功能進(jìn)行硬件層次結(jié)構(gòu)的設(shè)計。本系統(tǒng)從硬件上分為三個層次，分別是物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點、一級網(wǎng)關(guān)和二級網(wǎng)關(guān)。其中物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點主要完成倉庫環(huán)境信息的采集，是由各種傳感器設(shè)備組成[29]；網(wǎng)關(guān)主要完成倉庫數(shù)據(jù)信息的上傳下達(dá)。
分層式結(jié)構(gòu)作為最重要的一種結(jié)構(gòu)，最常見于軟件體系結(jié)構(gòu)中。該結(jié)構(gòu)劃分為三層，分別是表示層(UI)、領(lǐng)域?qū)?BLL)和數(shù)據(jù)訪問層(DAL)。

本章主要敘述了物聯(lián)網(wǎng)智能倉儲管理系統(tǒng)的總體設(shè)計流程，首先分析了物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)，給出了常用的分層結(jié)構(gòu)，并且介紹了每一層的功能，然后參照物聯(lián)網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)思路提出了智能倉儲管理系統(tǒng)架構(gòu)的總體設(shè)計思路，并結(jié)合本項目的實際需求進(jìn)行了系統(tǒng)平臺的架構(gòu)設(shè)計，最后詳細(xì)的設(shè)計了系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)構(gòu)框架。

……

第三章 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析及硬件平臺選型...................................13
3.1 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)....................................................13
3.1.1 嵌入式系統(tǒng)........................................................13
3.1.2 Linux 操作系統(tǒng)......................................................14
3.1.3 RFID 射頻識別.....................................................15
3.1.3.1 RFID 概述.......................................................15
3.1.3.2 RFID 特點....................................................15
3.2 ZigBee 組網(wǎng)技術(shù)....................................................15
3.2.1 ZigBee 組網(wǎng)特性..............................................16
3.2.2 ZICM2410 模塊.....................................................16
3.2.3 ZigBee 組網(wǎng)實現(xiàn)...............................................17
3.3 硬件平臺選型....................................................18
3.3.1A9 平臺硬件選型...................................................18
3.3.2 M0 平臺硬件選型.................................................20
3.4 本章小結(jié)...........................................................21
第四章 Cortex-A9 硬件平臺 Linux 系統(tǒng)移植................................23
4.1 搭建 Linux 交叉編譯開發(fā)環(huán)境........................................23
4.2 U-boot 系統(tǒng)移植.................................................. 24
4.2.1 U-boot 概述.................................................. 24
4.2.2 U-boot 移植................................................... 25
4.3 Linux 內(nèi)核移植.................................................26
4.4 根文件系統(tǒng)制作....................................................27
4.4.1 根文件系統(tǒng)概述.................................................27
4.4.2 Yaffs2 文件系統(tǒng)制作..............................................27
4.5 本章小結(jié)...........................................................28
第五章 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)總體設(shè)計..........................................29
5.1 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件設(shè)計.............................................29
5.1.1 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)功能需求分析......................................29
5.1.2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件框架設(shè)計......................................29
5.2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)............................................30
5.2.1 Linux 多線程技術(shù)..............................................30
5.2.2 進(jìn)程間通信機(jī)制................................................31
5.3 數(shù)據(jù)接收模塊實現(xiàn).................................................33
5.3.1 功能描述.....................................................33
5.3.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計.................................................34
5.3.3 流程描述....................................................34
5.3.4 ZICM2410 USB 轉(zhuǎn)串口初始化................................35
5.3.5 數(shù)據(jù)校驗和算法..............................................35
5.4 數(shù)據(jù)處理模塊實現(xiàn)............................................36
5.4.1 功能描述...................................................36
5.4.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計...............................................36
5.4.3 流程描述....................................................37
5.4.4 數(shù)據(jù)分析處理.............................................37
5.5設(shè)備控制模塊實現(xiàn)..........................................38
5.5.1 功能描述................................................38
5.5.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計.............................................38
5.5.3 流程描述......................................................39
5.5.4 命令發(fā)送.....................................................40
5.6 嵌入式數(shù)據(jù)庫模塊實現(xiàn).........................................41
5.6.1 數(shù)據(jù)庫概述.................................................41
5.6.2 SQLite C 語言函數(shù)接口......................................41
5.6.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計...............................................42
5.6.4 SQLite 模塊流程............................................43

5.7 本章小結(jié)......................................................44

……

第六章 智能倉儲系統(tǒng)測試

6.1 測試數(shù)據(jù)接收過程
其中 warehouse_info.num 代表倉庫編號，warehouse_info.hum 代表倉庫內(nèi)的濕度值，warehouse_info.tem 代表倉庫內(nèi)的溫度值，warehouse_info.lex 代表倉庫內(nèi)的光照強(qiáng)度。如圖所示，沒有采用校驗時，數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)值為 0 的情況，即所謂的丟包情況。通過多次測試比對數(shù)據(jù)，總結(jié)得出的結(jié)論是當(dāng)沒有采用數(shù)據(jù)校驗和算法時，數(shù)據(jù)采集終端 M0 采集的倉庫內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)信息經(jīng)過 ZigBee 模塊傳輸會出現(xiàn)比較明顯的丟包以及數(shù)據(jù)錯誤等現(xiàn)象；當(dāng)采用優(yōu)化數(shù)據(jù)校驗和算法后，明顯的數(shù)據(jù)包丟失和數(shù)據(jù)傳輸錯誤的問題基本上解決，從而有效的提高倉庫環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。
倉庫內(nèi)安裝的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點采集的最新環(huán)境信息有：環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、環(huán)境光照強(qiáng)度、M0 電池電量、模擬電壓、三軸重力加速度以及貨物相關(guān)的信息等都可以通過 PC 客戶端上的HTML 網(wǎng)頁實時顯示出來，方便倉庫管理員實時查詢和控制。

本章主要工作是對系統(tǒng)進(jìn)行一系列的測試，重點測試 A9 和 M0 間數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，同時也對貨物出入庫信息以及系統(tǒng)整體進(jìn)行了測試。經(jīng)過多次測試，取得了預(yù)期的效果。在完成所有的測試之后，物聯(lián)網(wǎng)智能倉儲管理系統(tǒng)基本完成。

……

結(jié)論

（1）首先研究了目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，為物聯(lián)網(wǎng)智能倉儲管理系統(tǒng)的設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。
（2）通過分析國內(nèi)外倉儲管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀，并結(jié)合國內(nèi)物流業(yè)對智能倉儲管理系統(tǒng)的功能要求，搜集了大量相關(guān)資料，最后設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能倉儲管理系統(tǒng)。
（3）結(jié)合項目的實際需求，選擇 Exynos4412 開發(fā)板、LPC11C14 數(shù)據(jù)采集終端以及 ZICM2410 通信模塊作為物聯(lián)網(wǎng)智能倉儲管理系統(tǒng)的硬件開發(fā)平臺，重點分析了 Exynos4412 平臺上的各個功能模塊工作原理。
（4）通過分析國內(nèi)比較流行的嵌入式操作系統(tǒng)，，選擇了 Linux 系統(tǒng)作為項目的軟件開發(fā)平臺，深入研究了 Linux 系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，并將 Linux 系統(tǒng)經(jīng)過裁剪移植到 Exynos4412 硬件平臺上。
（5）結(jié)合智能倉儲數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計了物聯(lián)網(wǎng)智能倉儲數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的整體軟件架構(gòu)，重點對倉庫數(shù)據(jù)接收、處理、存儲以及設(shè)備控制等方面進(jìn)行功能模塊的詳細(xì)設(shè)計和實現(xiàn)。

（6）通過研究目前流行的無線通訊技術(shù)，選擇利用 ZigBee 技術(shù)作為項目的通信方式，實現(xiàn)倉庫的自組網(wǎng)。深入理解 ZigBee 協(xié)議棧，完成數(shù)據(jù)采集和處理模塊之間的數(shù)據(jù)交互。（7）搭建測試系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)校驗和算法對數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端 M0之間數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)的丟包、錯誤碼等問題進(jìn)行測試，并且對系統(tǒng)整體和控制設(shè)備進(jìn)行測試。

參考文獻(xiàn)（略）

本文編號：55918