基于無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的表計(jì)信息自動(dòng)采集系統(tǒng)

亢寶印 ，吳麗靜 ，陳慧芬 ，曲曉峰 ，霍艷霞 ，李宜鵬

（1.聊城供電公司，山東 聊城 252000；2.日照山川電子信息技術(shù)有限公司，山東 日照 276800）

0 引言

20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著全球的信息技術(shù)的飛速發(fā)展，信息技術(shù)已經(jīng)滲透到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。目前電力營(yíng)銷現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的數(shù)據(jù)采集模式大多延續(xù)傳統(tǒng)的手工錄入或條碼掃描模式，隨著用戶數(shù)量及設(shè)備的大量增加及對(duì)數(shù)據(jù)即時(shí)、批量、快速采集的需求，傳統(tǒng)方式越來(lái)越不能適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、信息化管理的要求。

國(guó)家電網(wǎng)公司于2008年開始推行大計(jì)量中心建設(shè)，將逐步實(shí)現(xiàn)表計(jì)集中校驗(yàn)、統(tǒng)一配送，計(jì)量中心所管理的表計(jì)數(shù)量大副度增加，以聊城供電公司為例，截止2009年底，該公司計(jì)量中心所管理的表計(jì)數(shù)量已達(dá)40萬(wàn)只，每月庫(kù)房表計(jì)出入量超過(guò)2萬(wàn)只，2010年實(shí)行表計(jì)集中校驗(yàn)后，該公司計(jì)量中心所管理的表計(jì)數(shù)量已突破170萬(wàn)只，每月庫(kù)房表計(jì)出入量將超4萬(wàn)只，并且仍將以每年5萬(wàn)只表計(jì)的速度在遞增，面對(duì)如此大批量、流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)多、流轉(zhuǎn)頻繁的表計(jì)，對(duì)表計(jì)信息的采集提出了更高的要求。

1 整體設(shè)計(jì)

2009年底，聊城供電公司與日照山川電子信息技術(shù)有限公司合作，結(jié)合目前表計(jì)管理工作的特點(diǎn)，在深入探索RFID自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)上，確定把無(wú)線射頻這項(xiàng)新技術(shù)融入到供電公司的表計(jì)管理流程，利用無(wú)線射頻技術(shù)和信息化技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確、快速、便捷、安全，提高工作效率。

設(shè)備選型與測(cè)試：根據(jù)計(jì)量器具的管理特點(diǎn)選擇合適的電子標(biāo)簽并確定其尺寸、粘貼位置，確定采集設(shè)備的種類及數(shù)量、安裝位置。

為計(jì)量器具建立電子身份證：為每一個(gè)計(jì)量器具加貼一個(gè)電子標(biāo)簽，并與之建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，該標(biāo)簽將伴隨其全生命周期，作為其身份識(shí)別信息。

采集設(shè)備安裝調(diào)試：結(jié)合自動(dòng)化立體庫(kù)房，分別在庫(kù)房出入口、校驗(yàn)室表計(jì)出入庫(kù)、校驗(yàn)臺(tái)等區(qū)域設(shè)置無(wú)線射頻讀寫裝置，用于電子標(biāo)簽的識(shí)讀。

開發(fā)管理系統(tǒng)：集成各射頻讀寫設(shè)備，開發(fā)通訊、控制程序，結(jié)合工作流程實(shí)現(xiàn)信息的采集，開發(fā)與立庫(kù)管理系統(tǒng)、營(yíng)銷MIS的接口，共享數(shù)據(jù)。

預(yù)留后續(xù)應(yīng)用接口：最終實(shí)現(xiàn)各計(jì)量環(huán)節(jié)計(jì)量器具信息的自動(dòng)、批量、快速采集，并為營(yíng)銷支持系統(tǒng)及其它系統(tǒng)提供接口支持。

2 無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)

無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它的基本原理是利用射頻信號(hào)和空間耦合或雷達(dá)發(fā)射的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的自動(dòng)識(shí)別，無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)與目前廣泛使用的識(shí)別技術(shù)例如條形碼、磁卡、IC卡等相比具有很多突出優(yōu)勢(shì)。

1）非接觸操作，長(zhǎng)距離識(shí)別，可達(dá)到幾米甚至幾十米，完成識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，而且非常方便。

2）無(wú)機(jī)械磨損，無(wú)機(jī)械故障，壽命長(zhǎng)，并可工作于各種油漬、灰塵污染等惡劣環(huán)境。

3）可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)電子標(biāo)簽。

4）具有全球唯一的序列號(hào)，不能更改，使其具有獨(dú)特的防偽性能，數(shù)據(jù)安全方面除了電子標(biāo)簽的密碼保護(hù)以外，數(shù)據(jù)部分可用一些加密程序?qū)崿F(xiàn)更加安全化的管理。

5）可根據(jù)張貼物品的不同或工作流程的不同實(shí)時(shí)改變存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)，更加便于物品的識(shí)別與跟蹤。

6）讀寫器與標(biāo)簽之間存在相互識(shí)別的過(guò)程，達(dá)到安全通信和存儲(chǔ)。

3 系統(tǒng)的組成

3.1 電子標(biāo)簽

電子標(biāo)簽選型。電子標(biāo)簽是實(shí)現(xiàn)表計(jì)信息自動(dòng)采集的基礎(chǔ)，是表計(jì)的電子身份證，根據(jù)對(duì)信息的采集距離及識(shí)別精度的要求，選擇UHF的標(biāo)簽，遵循 EPC Class1 Gen2協(xié)議，頻率 860～960MHz。該款標(biāo)簽識(shí)讀距離遠(yuǎn)，識(shí)讀精度高，經(jīng)測(cè)試滿足系統(tǒng)需要?？紤]到電子標(biāo)簽的應(yīng)用是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，在一段時(shí)間里還會(huì)與條形碼并存，按向前兼容的原則，選用的電子標(biāo)簽帶面紙，表面可以打印上條形碼等相關(guān)信息，便于在還沒(méi)有RFID識(shí)別設(shè)備的管理環(huán)節(jié)應(yīng)用。

電子標(biāo)簽粘貼位置。參照Q/GDW 356-2009《國(guó)家電網(wǎng)公司單相智能電能表型式規(guī)范》和Q/GDW 355-2009《國(guó)家電網(wǎng)公司單相智能電能表型式規(guī)范》中對(duì)于表計(jì)尺寸、材質(zhì)、標(biāo)簽粘貼位置的要求，標(biāo)簽尺寸為：73.2 mm×17 mm，粘貼于表計(jì)的銘牌相應(yīng)位置。電子標(biāo)簽可由供電公司根據(jù)定購(gòu)表的數(shù)量及資產(chǎn)號(hào)分配情況，打印生成成品標(biāo)簽提供給表廠，由表廠按照要求粘貼到相應(yīng)位置，也可在采購(gòu)時(shí)把電子標(biāo)簽的技術(shù)參數(shù)及粘貼位置等說(shuō)明，由廠家直接采購(gòu)并粘貼。

電子標(biāo)簽數(shù)量。每塊電能表粘貼一張電子標(biāo)簽，該標(biāo)簽存儲(chǔ)空間中寫入該表的資產(chǎn)編號(hào)，作為該表的一個(gè)電子身份證，伴隨表計(jì)從出廠到報(bào)廢的整個(gè)生命周期，表計(jì)報(bào)廢后該表標(biāo)簽也作報(bào)廢處理。為每個(gè)周轉(zhuǎn)箱粘貼一枚電子標(biāo)簽，在其存儲(chǔ)空間中寫入相同的表箱號(hào)數(shù)據(jù)，與表箱上的條形碼箱號(hào)一致。

3.2 電子標(biāo)簽打印機(jī)

標(biāo)簽打印機(jī)必須與所選的標(biāo)簽相匹配才能正常使用，因?yàn)殡娮訕?biāo)簽是無(wú)線讀寫數(shù)據(jù)，在需要準(zhǔn)確的一對(duì)一讀寫過(guò)程中很容易產(chǎn)生串?dāng)_，本次選用的標(biāo)簽為窄間距封裝形式，即兩個(gè)標(biāo)簽之間上沿到上沿的間隔只有20 mm，選用B-SX5T標(biāo)簽打印機(jī)，支持最低為20 mm的窄間距打印能力，此款打印機(jī)為工業(yè)機(jī)打印機(jī)，性能穩(wěn)定，打印速度快，打印精度高306DPI，打印寬度127.5mm。具有獨(dú)特的打印頭抬起功能，檢測(cè)出IC芯片上的無(wú)印字區(qū)域（20 mm以上），并將熱敏打印頭從印字面抬起，防止熱敏打印頭對(duì)IC芯片產(chǎn)生的壓力或熱量造成芯片損傷。

可向電子標(biāo)簽芯片中寫入信息，在標(biāo)簽表面打印相應(yīng)的條形碼等信息。在標(biāo)簽表面信息打印之前，數(shù)據(jù)會(huì)被寫入RFID智能標(biāo)簽的芯片中，數(shù)據(jù)寫入后，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行讀取確認(rèn)數(shù)據(jù)是否正確寫入，然后再在標(biāo)簽表面打印條形碼或文字，因RFID智能標(biāo)簽不良而導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法寫入時(shí)，會(huì)在標(biāo)簽表面自動(dòng)打印NG圖案，以防止不良標(biāo)簽的誤用。

3.3 固定式識(shí)讀器

選型?？紤]到系統(tǒng)穩(wěn)定性及讀取距離的要求，選用了一款成熟的RFID固定式讀書器，V750系列UHF讀寫器，一臺(tái)讀寫器可配四個(gè)天線，讀寫器可直接通過(guò)網(wǎng)線與電能主機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫，該款讀寫器在相關(guān)的項(xiàng)目已經(jīng)應(yīng)用過(guò)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行證明其性能可靠穩(wěn)定，讀取距離遠(yuǎn)，可滿足本項(xiàng)目的需要。

設(shè)置。聊城供電公司的自動(dòng)化庫(kù)房共設(shè)了8個(gè)出入口，除一樓的表庫(kù)總出口和一個(gè)新表入拆包區(qū)口外，其余一到三樓庫(kù)房南側(cè)各設(shè)一個(gè)出口及一個(gè)入口，這6個(gè)出入口都為雙通道雙進(jìn)雙出式。電能表以周轉(zhuǎn)箱為單位在自動(dòng)化庫(kù)房中進(jìn)出并定位，每一箱表一個(gè)存儲(chǔ)位置，因此需要準(zhǔn)確采集每一周轉(zhuǎn)箱中所裝表計(jì)的信息。

根據(jù)自動(dòng)化庫(kù)房的運(yùn)轉(zhuǎn)方式，當(dāng)電能表裝周轉(zhuǎn)箱入庫(kù)時(shí)，將該箱的箱號(hào)與所裝表計(jì)的資產(chǎn)號(hào)通過(guò)RFID標(biāo)簽及識(shí)讀器獲取，實(shí)現(xiàn)箱號(hào)與所裝表計(jì)及傳輸通道的綁定，并傳給自動(dòng)化庫(kù)房管理系統(tǒng)。該周轉(zhuǎn)箱進(jìn)入自動(dòng)化庫(kù)房后由庫(kù)房管理系統(tǒng)自動(dòng)分配存儲(chǔ)單元并在系統(tǒng)中記錄，實(shí)現(xiàn)表計(jì)的定位存放。當(dāng)需要表計(jì)時(shí)根據(jù)表計(jì)配送單由自動(dòng)化庫(kù)房管理系統(tǒng)選取合適的表計(jì)并完成出庫(kù)。

綜合考慮只需在庫(kù)房的入口處設(shè)置RFID固定式讀寫器即可，1～3樓共3個(gè)雙通道入庫(kù)口，為了實(shí)現(xiàn)單箱表計(jì)裝箱信息的準(zhǔn)確采集，每一個(gè)通道設(shè)置一個(gè)讀寫器，另外在一樓的新表入拆包區(qū)口處設(shè)置一臺(tái)固定式讀寫器，整個(gè)庫(kù)房共設(shè)置7臺(tái)固定式讀寫器，每個(gè)固定式讀寫器都設(shè)置有轉(zhuǎn)換開關(guān)，方便在啟用與禁用之間自由切換。

安裝。每個(gè)固定式讀寫器由1個(gè)終端配4個(gè)天線組成，天線的安裝方式、高度、角度對(duì)采集效果有直接影響。結(jié)合自動(dòng)化庫(kù)房的特點(diǎn)及多次測(cè)試，選用不銹鋼制作天線安裝支架，為門型結(jié)構(gòu)，其高度與現(xiàn)有出入庫(kù)口的高度一致，4個(gè)天線上下左右環(huán)繞式放置，采集范圍聚焦于輸送帶上的周轉(zhuǎn)箱，同時(shí)為了防止相臨兩通道讀寫器的相互干擾，采用了電磁屏蔽、光電感應(yīng)分時(shí)讀取、軟件過(guò)濾等多項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)周轉(zhuǎn)箱及所裝表計(jì)的一次百分百準(zhǔn)確識(shí)讀。

3.4 移動(dòng)式識(shí)讀器

選用7527C系統(tǒng)手持式讀寫器，該款讀寫器彩屏手寫帶操盤，操作方便，同時(shí)集成了一維條碼掃描和RFID識(shí)別，可較好的滿足現(xiàn)階段表計(jì)管理環(huán)節(jié)中條碼與RFID并存的狀況，同時(shí)RFID的讀寫功率可調(diào)，這樣就較好的滿足了在RFID讀寫過(guò)程中對(duì)距離的遠(yuǎn)近調(diào)節(jié)要求。工業(yè)等級(jí)高，IP65防護(hù)等級(jí)，可抵抗1.2 m到水泥地面的摔落沖擊，工作溫度范圍寬，可在-20℃～+50℃范圍內(nèi)正常工作。

針對(duì)該款手持式讀寫器，開發(fā)了相應(yīng)的內(nèi)置程序，用以實(shí)現(xiàn)表計(jì)裝箱、表計(jì)校驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)核查、封印管理等環(huán)節(jié)的RFID信息讀寫要求。聊城供電公司的電能表無(wú)線射頻出入庫(kù)管理系統(tǒng)中，主要實(shí)現(xiàn)表計(jì)裝箱的抽查、復(fù)查功能，以及標(biāo)簽的讀取、寫入等檢驗(yàn)功能。

3.5 管理系統(tǒng)

選用流行的JAVA開發(fā)平臺(tái)，根據(jù)web的三層結(jié)構(gòu)我們?cè)诒憩F(xiàn)層使用Struts框架，業(yè)務(wù)層使用Spring框架，而在持久層使用Hibernate處理與數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的業(yè)務(wù)。

按照目前最流行的SOA開發(fā)理念，遵從敏捷軟件開發(fā)的思路，大量使用接口，降低軟件的耦合度，以利于將來(lái)軟件的升級(jí)和功能擴(kuò)展。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)用設(shè)備的連接、通訊，發(fā)布指令并獲取信息，系統(tǒng)在采集數(shù)據(jù)后經(jīng)過(guò)硬件過(guò)濾、條件篩選、數(shù)據(jù)比對(duì)等環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，確認(rèn)無(wú)誤后將信息打包后按約定格式發(fā)送至自動(dòng)化庫(kù)房、營(yíng)銷MIS等系統(tǒng)，如發(fā)現(xiàn)異常，即發(fā)出聲光報(bào)警，提醒工作人員注意予以干預(yù)。同時(shí)發(fā)送一個(gè)異常標(biāo)志給相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，啟動(dòng)異常處理機(jī)制。

3.6 擴(kuò)展接口

系統(tǒng)按開放式的設(shè)計(jì)理念，為今后無(wú)線射頻技術(shù)在表計(jì)的資產(chǎn)管理、庫(kù)存、配送、裝換、稽查、抄收等各個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用預(yù)留了接口，同時(shí)也有利于以后系統(tǒng)升級(jí)、完善。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

自動(dòng)化程度高。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了表計(jì)周轉(zhuǎn)信息的自動(dòng)化采集，徹底解決了傳統(tǒng)手工記錄或條形碼掃描等采集方式造成的管理工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、差錯(cuò)率高、信息采集不及時(shí)等弊端，提高了電能計(jì)量管理的現(xiàn)代化水平。

多門類技術(shù)的綜合應(yīng)用。該系統(tǒng)集無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)等多種現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合，技術(shù)先進(jìn)。

系統(tǒng)安全、可靠兼容性強(qiáng)。采用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)作為表計(jì)管理的技術(shù)手段，利用電子標(biāo)簽無(wú)線識(shí)讀、數(shù)據(jù)安全性及防偽性高、壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，選用性能穩(wěn)定經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的配套設(shè)備及開發(fā)平臺(tái)，使系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠穩(wěn)定、信息采集更為簡(jiǎn)捷準(zhǔn)確。同時(shí)向前兼容條形碼的應(yīng)用，使用系統(tǒng)應(yīng)用更加靈活。

操作簡(jiǎn)便。系統(tǒng)運(yùn)行后即可按既定流程進(jìn)行自動(dòng)化運(yùn)行，數(shù)據(jù)采集、校驗(yàn)、傳輸、儲(chǔ)存無(wú)須人工干預(yù)，大屏實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)數(shù)據(jù)，配有聲光報(bào)警提示，工作狀態(tài)一目了然。

設(shè)計(jì)超前、考慮全面。為無(wú)線射頻技術(shù)在電力系統(tǒng)的全方位應(yīng)用提供了基礎(chǔ)和框架，并提前預(yù)留了擴(kuò)展接口，為今后無(wú)線射頻技術(shù)的全面應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)于2010年5月投入試運(yùn)行，運(yùn)行良好，各項(xiàng)功能和性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，功能完善齊全，程序運(yùn)轉(zhuǎn)流暢，自動(dòng)化程度高，能快速準(zhǔn)確地完成各類表計(jì)的數(shù)據(jù)處理和傳輸，大大減輕電能計(jì)量管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少和避免了業(yè)務(wù)差錯(cuò)，提高了工作效率和工作質(zhì)量。