基于ZigBee技術的物流監控設計

摘要：為了對物流行業快遞實施有效監控，采用ZigBee技術與GPS、GPRS、RFID相結合的方法，給出了車載終端的整體硬件結構框架的設計方法，并對SPI接口和Z-stack協議等關鍵技術作了分析，從而實現了運輸途中對快遞的實時定位、跟蹤和監控。
關鍵詞：ZigBee；GPS；GPRS；RFID；SPI；Z-stack協議

0 引言
目前，我國快遞行業高速發展，但是，面對重大節日出現的快遞壓倉以及遺失的現象層出不窮。在這種情況下，快遞的安全、遺失問題以及人們對自己網購物品的信息關注度就變得越來越突出。相對應的，科學技術事業也在不斷地向前發展。近年來，在無線個域網WPAN技術領域，各種標準的技術在競相發展，而這些不同技術的產品之間既有競爭又有互補。ZigBee正是在這種無線技術蓬勃發展的環境中應運而生的。在其他無線通信技術不斷追求高速率、遠距離的今天，ZigBee卻向著低速率、近距離的方向邁進，其目的就是為了大幅度降低無線終端的成本及功耗。
ZigBee／IEEE 802．15．4標準為無線傳感器網絡提供了互聯互通的平臺。所以，應用ZigBee技術既可以通過對車輛的監控來有效加強對快遞的跟蹤及監控，又能大大降低功率消耗和開發成本。

1 ZigBee硬件方案
ZigBee顯著的特J點就是低速率、低功耗、低成本、自配置和靈活的網絡拓撲結構。ZigBee系統一般由傳感器模塊、數據處理模塊、數據傳輸模塊和電源管理模塊四部分組成。其中，傳感器模塊負責采集監視區域的信息并完成數據轉換，采集的信息包括溫度、濕度、光強度、位置信息等；數據處理模塊負責控制整個節點的處理操作、路由協議、同步定位、功耗管理以及任務管理等；數據傳輸模塊負責與其他節點進行無線通信，交換控制消息和收取采集數據；電源管理模塊可以采用蓄電池，以方便節點的布置。
本文設計的方案采用串行通信模塊，把RFID讀取快遞的標簽信息、GPS模塊收集到的經緯度信息以及其他節點發來的信息，通過GPRS以聯網方式發送出去，或者接收服務器端發來的控制命令監控快遞。通過ZigBee的協議棧架構，用SPI接口把GPS、GPRS、RFID等通信模塊與數據處理單元MCU連接起來，設計出的方案具有物流的定位、防盜防遺失、報警等功能，既可以很好地跟蹤監控快遞，緩解人們心理上對自己財產的擔憂，又可以大幅度地降低系統功耗，從而使得無線傳感器網絡平臺的產業化成為可能。

2 車載終端硬件設計與實現
車載終端采用RFID技術實現對車廂內物品的智能監控。通過GPRS聯網和GPS定位，服務器端可對物品進行定位查詢與報警。圖1所示為本終端的整體硬件結構框圖。

2．1 MCU的選用
CC2530是Chipcon公司推出的用來實現嵌入式ZigBee應用的片上系統。它支持2．4 GHz IEEE802．15．4／ZigBee協議。CC2530片上系統的功能模塊集成有CC2530RF收發器，并增強了工業標準的8051MCU，256 KB的FLASH，64 KB的SRAM等高性能模塊，同時內置了ZigBee協議棧。加上超低能耗，使得它可以用很低的費用構成ZigBee節點，具有很強的市場競爭力。
2．2 電源模塊
本系統電源采用LM2576S系列的穩壓器，LM2576S系列的穩壓器是單片集成電路，能提供降壓開關穩壓器的各種功能，可以驅動3 A的負載，并具有優異的線性和負載調整能力。圖2所示為系統電源接口電路。

該電源的輸入為12 V蓄電池，并能夠將輸出電壓調節為3．3 V和5 V。其中，3．3 V給CC2530供電，而5 V則提供給GPS，GPRS模塊使用。