無線射頻身份識別技術(shù)在巡線信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉正梅　張博陽　呂實城

摘要:線路巡檢工作是企業(yè)提高生產(chǎn)運行可靠率、保障系統(tǒng)安全運行的重要手段。本文研究的巡檢系統(tǒng),利用RFID技術(shù)、嵌入式技術(shù)、計算機和無線通信技術(shù)等來實現(xiàn)對巡檢人員進行管理,保證工人及時、可靠巡線,對提高巡檢效率以及設(shè)備的安全運行具有現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞:射頻識別;標(biāo)簽;無線通信;嵌入式

1 引言

電力、通信、交通和石油等領(lǐng)域的線路巡檢工作是這些生產(chǎn)部門安全生產(chǎn)必不可少的重要工作之一。輸電、輸氣、輸油等管線置于野外,常遭到自然或人為因素的破壞,需定期巡檢,然而傳統(tǒng)手工巡檢方式存在巡檢記錄不規(guī)范、缺乏現(xiàn)代化管理手段等諸多問題,使巡線工作的效率低下、浪費許多人力物力,同時由于缺乏有效的監(jiān)督工具,線路巡檢的到位率以及巡檢質(zhì)量的高低得不到保證,管理人員無法監(jiān)控巡線人員的是否到位,使得巡線質(zhì)量得不到保證,對安全生產(chǎn)極為不利。為了能及時消除隱患,保障設(shè)備安全、可靠的運行,急需一種有助于安全生產(chǎn)的新型巡線儀。

2 系統(tǒng)整體框架

本系統(tǒng)是RFID技術(shù)、GPRS網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和嵌入式技術(shù)相結(jié)合,需要有手持式巡檢儀的硬件平臺,通訊技術(shù)相關(guān)的協(xié)議和計算機軟件程序等的支持,也就是通過巡檢儀的設(shè)計要實現(xiàn)以下內(nèi)容:即由崗位巡檢人員將工作現(xiàn)場的位置信息(已保存在現(xiàn)場的RFID標(biāo)簽中),通過巡檢儀上的讀卡器讀入巡檢儀中,并且可由LCD顯示。同時將巡檢地點的故障信息及巡檢人員所在位置信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳到監(jiān)控中心PC機終端,這樣就可以確定巡檢人員是否到崗,由于GPRS網(wǎng)絡(luò)的實時性,還可以及時了解設(shè)備運行狀況,減少人為因素的影響,避免了人工巡視、手工紙介質(zhì)記錄以及人工計算機錄入產(chǎn)生錯誤的可能性,使錯誤出現(xiàn)的幾率降為最低,數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確可靠。同時,也減輕了管理人員的工作強度,大大提高了工作效率,使崗位巡檢工作變得更加方便、快捷、準(zhǔn)確、有效。而且,便攜式巡檢儀和計算機組成的管理系統(tǒng),還可以通過系統(tǒng)管理軟件的處理,將便攜式巡檢儀中的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)管理計算機可以處理的數(shù)據(jù)形式,并由系統(tǒng)管理計算機進行統(tǒng)一的管理。

該系統(tǒng)主要功能:

(1)掌握野外作業(yè)的巡檢人員的到崗情況;

(2)將需要巡檢的設(shè)備運行狀況實時傳回監(jiān)控中心,并在監(jiān)控中心計算機中備案。

3 無線射頻身份識別技術(shù)

RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù),它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID相比傳統(tǒng)的識別系統(tǒng)具有信息量大,通過無線通信方式可重復(fù)讀寫數(shù)據(jù),保密性極好,環(huán)境適應(yīng)能力強,使用壽命更長。

RFID系統(tǒng)由兩個部分組成:1標(biāo)簽(即射頻卡);2閱讀器。系統(tǒng)的基本工作流程是:閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號,當(dāng)射頻卡進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流,射頻卡獲得能量被激活;射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去;系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號,經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器,閱讀器對接收的信號進行解調(diào)和解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關(guān)處理。

4 便攜式巡檢儀的硬件設(shè)計

便攜式巡檢儀在硬件資源的選取、電路設(shè)計等方面充分考慮到嵌入式系統(tǒng)低成本、低功耗、實現(xiàn)簡單、可擴展性好等特點。硬件平臺結(jié)構(gòu)如圖3所示,系統(tǒng)硬件應(yīng)包括ARM9微處理器、存儲器、LCD、按鍵、GPRS模塊、讀卡器模塊等。硬件平臺的具體實現(xiàn), 還需要系統(tǒng)電源管理、串行接口電路、系統(tǒng)復(fù)位電路等許多功能單元。軟件升級遠比硬件方便,在硬件設(shè)計時盡可能留有余地,以便將來修改和擴充。

在微處理器的選擇方面,對本系統(tǒng)設(shè)計的需求進行分析,系統(tǒng)需要一款低成本、低功耗、高性能的小尺寸的微處理器,并且可以外接LCD觸摸屏,使操作更加簡單方便,設(shè)計中需要用到兩個串口分別與RFID模塊和GPRS模塊通信。所以本文采用了旨在為手持設(shè)備和嵌入式產(chǎn)品設(shè)計的三星S3C2410A微處理器。

在無線通信技術(shù)的選擇方面,我們選擇了成熟的GPRS無線通信技術(shù),使用GPRS網(wǎng)絡(luò),用戶不用自己單獨架設(shè)通訊線路,它具有“永遠在線”,收費低(按流量計費),信號覆蓋面廣等特點。本系統(tǒng)采用了能夠滿足設(shè)計要求、高性價比且內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議的Sim300作為GPRS模塊的芯片。

在GPRS的組網(wǎng)方式方面,本系統(tǒng)采用了監(jiān)控中心使用Internet公網(wǎng)固定IP,巡檢儀直接向中心發(fā)起連接的方式。這種方式運行可靠穩(wěn)定,資金要求不高。

5便攜式巡檢儀的軟件設(shè)計

從操作系統(tǒng)的可獲得性,系統(tǒng)移植的難易性,應(yīng)用程序及驅(qū)動開發(fā)的可靠性、難易性等方面考慮,本系統(tǒng)選擇了Windows CE.Net5.0操作系統(tǒng)。

在操作系統(tǒng)的編譯上,微軟公司提供操作系統(tǒng)平臺編譯軟件Platform Builder。利用PB編譯工具定制了適合硬件系統(tǒng)的Windows CE.NET系統(tǒng)平臺。具體步驟為:根據(jù)目標(biāo)硬件設(shè)備開發(fā)Bootloader、設(shè)備驅(qū)動程序,裁剪和添加組件,對某些配置文件進行修改,然后封裝所需要的各功能模塊,編譯生成OS鏡像文件,通過以太網(wǎng)將鏡像文件下載到目標(biāo)設(shè)備,完成了平臺的定制。

在應(yīng)用程序的開發(fā)方面,微軟公司提供了Embedded Visual C++,在Windos CE.Net 5.0及以后的版本更有Visual Studio 2005.NET的支持,本設(shè)計采用VS2005支持的VC++語言編寫WinCE下運行的巡檢儀控制程序。本程序的主要部分是對WinCE下串行通信的編程,實現(xiàn)對RFID模塊和GPRS模塊的控制。

6 結(jié)論

本論文采用的巡線方法提高了線路巡檢的工作效率,有效避免漏巡、漏檢等問題的發(fā)生,能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障隱患,降低了線路的故障率,對提高設(shè)備運行的可靠性以及線路設(shè)備管理水平具有重要的應(yīng)用價值。

參考文獻

[1]李錦濤,射頻識別(RFID)技術(shù)及其應(yīng)用.中科院信息技術(shù)快報11期.2004.

[2]游戰(zhàn)清等,無線射頻識別技術(shù)RFID規(guī)劃與實施.2005.

[3]李文元主編,無線通信技術(shù)概論.國防工業(yè)出版社.2006.

[4]申曉留,雷瓊,周長玉.變電站、發(fā)電廠設(shè)備巡檢管理系統(tǒng)的發(fā)展.現(xiàn)代電力.第20卷第1期.2003.

[4]楊叔子.設(shè)備診斷技術(shù)的現(xiàn)狀與未來.全國設(shè)備診斷技術(shù)會議文集.1995.