基于GPS的嵌入式定位器在物联网中的应用

liyf · 发表于 2014-10-1 06:13:10

基于ＧＰＳ的嵌入式定位器在物联网中的应用
刘红平
（长沙师范高等专科学校电子信息工程系，长沙　４１０１００）
摘要：为了提高物流企业车辆的使用率和信息化管理水平，设计了物流跟踪与信息管理系统，系统由基于ＧＰＳ的嵌入式车辆定位
器、信息管理平台服务器和浏览器客户端组成；嵌入式车辆定位器采用处理器Ｓ３Ｃ２４４０设计，运行在ＷｉｎＣＥ　５．０系统上，与信息管理平
台构成Ｃ／Ｓ架构，通过ＧＰＲＳ模块接入到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ实时上传车辆位置和运载状态等信息；浏览器客户端与信息管理平台采用Ｂ／Ｓ架构设
计，物流企业、货主和司机都可以通过浏览器登录到Ｗｅｂ上进行权限内的查询和操作，货主根据需要在系统上查询符合自己的车辆并提
交运单请求，大大提高了物流企业的信息化管理水平，对于推进物联网的发展起到了积极作用。
关键词：物流跟踪；车辆定位；嵌入式ＷｉｎＣＥ；信息管理
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｌｏｃａｔｏｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＧＰＳ　ｉｎ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　Ｔｈｉｎｇｓ
Ｌｉｕ　Ｈｏｎｇｐｉｎｇ
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｃｈｉｎａ　Ｃｈａｎｇｓｈａ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１０１００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ，ｔｈｅ　ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｌｏｃａｔｏｒ，ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｅｒｖｅｒ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ａｎｄ　ｂｒｏｗｓｅｒ　ｃｌｉｅｎｔ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ
ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｌｏｃａｔｏｒ　ｕｓｅｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ　Ｓ３Ｃ２４４０ａｎｄ　ｒｕｎ　ｏｎ　ａ　ＷｉｎＣＥ５．０ＯＳ，ｗｈｉｃｈ　ｍａｄｅ　ｕｐ　ａ　Ｃ／Ｓ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ
　ｓｅｒｖｅｒ，ａｎｄ　ｕｐｌｏａｄｅｄ　ｔｈｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃａｒｒｙｉｎｇ　ｓｔａｔｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｗｉｔｈ　ＧＰＲＳ　Ｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅ　ｂｒｏｗｓｅｒ　ｃｌｉｅｎｔ　ａｎｄ
ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｓｅｒｖｅｒ　ｆｏｒｍｅｄ　ａ　Ｂ／Ｓ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ　ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ，ｃｏｎｓｉｇｎｏｒｓ　ａｎｄ　ｄｒｉｖｅｒｓ　ｃａｎ　ｌｏｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｗｅｂ　ｔｏ　ｑｕｅｒｙ　ａｎｄ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｅ
　ｗｉｔｈｉｎ　ｔｈｅｉｒ　ｌｉｍｉｔｓ　ｏｆ　ａｕｔｈｏｒｉｔｙ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｓｉｇｎｏｒｓ　ｑｕｅｒｉｅｄ　ｔｈｅｉｒ　ｏｗｎ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｎｅｅｄ　ａｎｄ　ｓｕｂｍｉｔｔｅｄ　ｗａｙｂｉｌｌ　ｒｅｑｕｅｓｔ　ｏｎ　ｔｈｅ
ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｔｈｅ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ　ｃｏｍｐａｎｉｅｓ　ａｎｄ　ｈａｄ　ｐｌａｙｅｄ　ａ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ　ｔｈｅ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｉｎｇｓ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ　ｔｒａｃｋｉｎｇ；ｖｅｈｉｃｌｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ；ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ＷｉｎＣＥ；ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
０　引言
经济的蓬勃带动了全球的物流行业的快速发展，现有的物
流企业迫切需要更加高效、智能和便捷的手段来跟踪和调度物
流车辆的正常合理运营。目前物流企业在货物运输方面面临着
３个问题：①物流企业对运输车辆不能实时跟踪确切的位置信
息，使车辆的统筹安排和调度缺乏依据；②货主不能了解自己
货物的运输状态；③空车率加大了物流成本，缺少信息共享和
发布平台［１］。为了提高物流企业的信息化管理手段和管理水
平，采用ＧＰＳ全球卫星定位、ＧＰＲＳ移动通信、嵌入式、网
络通信和数据处理等技术开发了物流跟踪与信息管理系统，系
统将运输作业流程管理与物流运输动态信息完美结合，为用户
提供业务管理、运输管理、跟踪管理、实时监控管理和网上查
货等功能，实现了物流管理从单一的静态管理转向全面的实
时、动态管理，从而将物流运输行业中的物流企业、货主和司
机等各环节的信息有效充分的结合起来，降低了空车率，最大
限度的调配车辆。
１　系统总体架构与业务管理流程
在物流体系中包括４个对象：物流企业、货主、货车司机
和信息管理平台。为了实现信息化和网络化的运输、调度、货
车实时定位跟踪和运营统计等业务流程管理工作，构建了一个
信息共享平台系统，系统实时精准掌握运单作业状态、货物在
途状况和车辆运输状态，提高运输的透明度和对运输过程的控
制能力。
１．１　系统总体架构
系统主要由车辆定位器、信息管理平台服务器、数据库
ＳＱＬ２００３、浏览器客户端和传输网络组成。系统整体结构如图
１所示。
图１　系统整体结构
信息管理平台服务器是在整个系统的神经中枢，集中实现
货物跟踪、车辆调度和信息发布等服务，并对整个系统的软硬
件进行协调、管理。基于ＧＰＳ的车辆定位器与信息管理平台
采用Ｃ／Ｓ架构设计，通过ＧＰＲＳ模块接入到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ实时上传
车辆位置和运载状态等信息；浏览器客户端与信息管理平台采
用Ｂ／Ｓ架构设计，物流企业、货主和司机都可以通过浏览器
登录到系统上进行权限内的查询和操作。系统通过ＧＰＳ车辆
定位器获取当前货车速度、方向、经度、纬度、车辆状态等信
息并发送到信息管理平台上，通过这些信息结合地图应用，实
时精准掌握车辆和货物的动态信息，包括位置信息、作业信
第１期刘红平：基于ＧＰＳ
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的嵌入式定位器在物联网中的应用·　２６１·
息、配载信息、货况信息、路线信息、货物信息、到货时间等
信息，科学分配运力资源，合理安排调度作业，车辆综合统计
与分析［２－３］。注册的用户可上网浏览查询权限内的货物与车辆
的实时动态信息，主动随时了解到货物的运行状态信息及货物
运达目的地的整个过程，通过配货和调度等手段物流企业可以
充分了解车辆信息提高企业的经济效益和管理水平。
１．２　业务管理流程
物流企业、货主和货车司机通过信息管理平台进行注册、
信息查询和业务办理等工作，对象关系结构如图２所示。
图２　对象关系结构
物流企业首先将主要的运营路线和空载的车辆等信息发布
到平台上，货主登录服务器查询和提交运输任务申请，物流企
业收到申请后，先联系货车司机，再与货主确认货单的有效
性，再将此次运输任务的相关信息录入系统，生产有效的运
单，此货车被设置运输状态。货车司机从系统查询和获取运输
的货物、取货地点、送货地点、到达时间要求和货主联系方式
等信息。在运输的过程中，货车上的定位器会实时将车辆位置
和运输状态信息回传到信息管理平台服务器上，便于物流企业
和货主对货物实时跟踪，运输任务完毕后，物流企业通知货
主，货主核实后在系统上确认完成此次运输。司机通过车辆定
位器向服务器发送车辆处于空载状态，并录入系统，以待返程
中有货主查询，大大降低了空车率，达到了合理调配车辆的目
的，提高了企业的经济效益和管理水平。
２　嵌入式车辆定位器
车辆定位器安装在物流车辆上与信息中心服务器进行数据
交互，使物流企业实时掌握货物的位置和货车的运输状态信
息，便于物流企业及时调度和管理。
２．１　硬件结构
车辆定位器硬件主要由嵌入式处理器Ｓ３Ｃ２４４０、ＧＰＲＳ模
块、ＧＰＳ模块、ＳＩＭ卡、ＬＣＤ显示屏和电源管理单元组成，
硬件结构如图３所示。
图３　车辆定位器硬件结构
处理器通过串口与ＧＰＳ模块的串口相连，获取车辆的地
理位置信息，包括获取经纬度、速度、行驶角度、海拔高度
等，并将其显示在ＬＣＤ显示屏上，司机通过触摸屏可以改变
车辆的运输状态，并且通过ＧＰＲＳ模块与远端服务器建立
ＴＣＰ／ＩＰ网络连接进行数据交互；定位器的供电使用车辆的蓄
电池直接供电，保证了系统的持续工作。根据服务器对车辆的
设置，当车辆行驶速度超过规定值时，会自动发出报警信号并
做记录，提醒司机降速驾驶，有效地保证了人员、车辆和货物
的安全［４－５］。
２．２　软件流程
Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｖｉｓｕａｌ　ＣＥ　４．０是基于ＷｉｎＣＥ　５．０平台下嵌入
式操作系统定制的集成开发环境，它提供了所有进行设计、创
建、编译、测试和远程调试应用程序等功能。应用软件就是建
立在ＷｉｎＣＥ　５．０嵌入式操作系统之上开发的，用来实现对运
行车辆的实时定位和数据回传等工作，并提供了一个友好的人
机界面，车辆定位器的软件工作流程图如图４所示。
图４　车辆定位器软件工作流程
车辆定位器上电后，首先进行系统初始化，包括对处理
器、ＧＰＳ模块、ＧＰＲＳ模块和ＬＣＤ控制器的工作方式和参数
进行初始化，然后主动建立网络连接，网络连接包括三部分：
①ＧＰＳ搜索卫星信号，待于至少４颗卫星连接后，方可输出
定位信息，卫星越多精度越高；②通过向ＧＰＲＳ模块发送ＡＴ
控制指令接入ＧＰＲＳ网络；③建立与信息管理平台的ＴＣＰ／ＩＰ
网络连接，并保持在线状态。网络建立后，车辆定位器将车辆
ＩＤ上传到服务器进行任务认领和确认，并从服务器上下载物
流企业服务对此次运输任务的运单号、目的地、货物体积、重
量、到货时间和车速上限速度等参数。然后软件进入循环检
测，如果没有接收到从服务器发送来的指令或者数据信息，则
继续获取ＧＰＳ模块数据，对数据进行转换处理后，将与需要
上传的其他状态信息打包上传到服务器，根据系统设置延时
ｎｓ后，再回到循换函数的入口；如果收到从服务器发送来的
指令或者数据信息时，调用相关子函数进行处理，处理结束
后，再返回主函数［６］。
３　信息管理平台
信息管理平台是整个系统的枢纽，一方面通过与各注册的
车辆定位器进行通信，获取车辆位置、行驶状态和配货状态，
再将数据存入数据库中；另一方面需要将信息管理平台的数据
实时发布给用户，以便进行查询信息。
３．１　信息管理平台结构及工作原理
ＡＳＰ是在Ｂ／Ｓ模式下动态数据发布的一种很理想的工具，
没有最小的特殊限制，可以为ＡＳＰ的输出任意增加客户脚本，
并且支持ＡｃｔｉｖｅＸ控件和动态ＨＴＭＬ，以实现用户的编程要
求。信息管理平台整体结构如图５所示。
ＡＳＰ通过ＡＤＯ使得Ｗｅｂ服务器和数据库服务器之间建
　　计算机测量与控制　第２１
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·　２６２· 卷
图５　信息管理平台整体结构
立一个数据通道，当用户在客户端通过ＡｃｔｉｖｅＸ控件发出对
ＡＳＰ程序的ＨＴＴＰ请求后，Ｗｅｂ服务器开始相应并调用ＡＳＰ
引擎，由ＩＩＳ解释、执行ＡＳＰ程序中的脚本，若脚本中有访问
数据库的请求，立即通过ＯＤＢＣ与相应的ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ后台数
据库相连，由ＡＤＯ完成操作，最后ＡＳＰ根据访问数据库的结
果生成ＨＴＭＩ［７］。
嵌入式定位器发送过来的信息在数据库中都有记录，数据
库管理模块提供的工具可以对这些数据按任何时间段、车辆、
车主、司机、货主以及货物信息的查询、维护和打印报表功
能，出于安全考虑，规定只有系统中存在的注册用户才能对系
统中的车辆进行跟踪，只有当用户拥有对特定车辆的访问权限
时才能对该车辆进行操作，同时只有用户拥有某一操作权限的
时候才能进行这一操作。数据库管理模块提供了添加、删除用
户以及设置用户访问权限和操作权限的工具。系统将运输作业
流程管理与物流运输动态信息完美结合，实现了物流运输从单
一的静态管理转向全面的实时动态管理。
３．２　测试实验
为了对北京→沈阳进行配货，在某货运公司的平台上对该
运段进行查询，打开网页后首先通过用户名和密码进行登陆，
对注册且在线的货车查询结果如表１其所示。
从表１中可知，系统中符合在路段中的货车共有６辆，空
载的有２辆，只有ＩＤ为ＨＢ１３３９可接受配货，并且通过位置
信息可知，该在市区内处于静止等待状态。即可通过联系货运
公司，预订车辆进行配货，待下单后，货车ＨＢ１３３９的可否配
货状态立即变为“Ｎ”。
表１　查询结果
定位器位置信息运输状态
ＩＤ经度纬度速度方向在线空载可否配货
ＨＢ１３０１　４０°１１′４１．１４″Ｎ　１２０°５６．２７″Ｅ　８６．３４　５１．７７ＹＮ　Ｎ
ＨＢ１３１５　４１°１８′１１．８０″Ｎ　１２２°４′３９．９７″Ｅ　５６．５５　６２．８３ＹＮ　Ｎ
ＨＢ１３２２　３９°５５′２．３０″Ｎ　１１９°４′３．８０″Ｅ　８２．０１　２６７．６５ＹＹ　Ｎ
ＨＢ１３３５　３９°４４′３５．４４″Ｎ　１１７°４１′１２．９８″Ｅ　７８．９４　６８．８０ＹＮ　Ｎ
ＨＢ１３３９　３９°５４′４２．０４″Ｎ　１１６°３３′１６．６６″Ｅ　０－Ｙ　Ｙ　Ｙ
ＨＢ１３５０　３９°５５′１１．５０″Ｎ　１１８°５５′２０．４３″Ｅ　８１．５９　９９．９３ＹＮ　Ｎ
４　结论
基于ＧＰＳ的物流车辆定位与信息发布管理系统是根据目
前物流行业信息化管理需求开发的，达到了物流车辆及货物实
时定位跟踪功能，提供了信息共享平台，从而将运输行业中的
物流企业、货主及司机等各环节的信息充分有效地结合起来，
货主根据需要在任何地点都可以登录Ｗｅｂ在系统上查询符合
自己的车辆并提交运单请求，物流企业对运单处理后联系司机
进行运输和管理跟踪，降低空车率，达到了合理调配车辆的目
的，为现代物流管理提供了强大而有效的工具，对于推进物联
网的发展起到了积极作用。
参考文献：
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地理信息系统［Ｊ］．计算机工程与应用，２００７，４３（７）：２３０
－２３２．
（上接第２５６页）
４　结论
为解决某型雷达系统所需的负线性中频可调衰减器的问
题，本文提出以长尾型差分电路为基本模型的中频可调衰减
器，经过仿真和实际电路测试，无论其负线性控制规律还是开
关控制性能，以及带宽特性均符合要求。目前该中频可调衰减
器已在某型雷达工作中成功应用。
参考文献：
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［５］邱关源．电路第四版［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９９．
［６］程勇．实例讲解Ｍｕｌｔｉｓｉｍ　１０电路仿真［Ｍ］．北京：人民邮电出
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