基于RFID的電力參數(shù)測(cè)量控制模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

許坤倫　傅揚(yáng)烈

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)與社會(huì)體系的不斷發(fā)展對(duì)電能的使用將越來越細(xì)化，因此電能的安全監(jiān)管任務(wù)將會(huì)面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)和挑戰(zhàn)，更加完善的設(shè)計(jì)方法會(huì)不斷地提高電能的使用安全?；赗FID的電力參數(shù)測(cè)量控制模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)的用電方式進(jìn)行了改進(jìn)，加入了更加人性化的設(shè)計(jì)思想，通過實(shí)踐證明設(shè)計(jì)成果完成了預(yù)期的功能實(shí)現(xiàn)，降低了安全事故的發(fā)生幾率。

關(guān)鍵詞：電能；安全監(jiān)管；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）22-0227-02

隨著時(shí)代變遷和科技不斷發(fā)展，電能的使用滲入到我們身邊，圍繞著這種能量前進(jìn)。對(duì)電能的高度依賴使得它對(duì)我們自身威脅逐漸加大，需要一種有效且安全的方法代替我們管理電能使用并降低不良操作所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，以便統(tǒng)一管理，以此設(shè)計(jì)了一款基于RFID的電力參數(shù)測(cè)量控制模塊。本文主要描述成果使用的技術(shù)和設(shè)計(jì)思想，介紹設(shè)計(jì)過程。

1設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

1.1技術(shù)原理

成果設(shè)計(jì)使用到RFID技術(shù)，它是一種信息識(shí)別技術(shù)，技術(shù)本質(zhì)是一種特殊波段輸送結(jié)構(gòu)，由制作工藝簡(jiǎn)單的部件組成，它能實(shí)現(xiàn)與預(yù)設(shè)物體交互，通過靠近或接觸方式完成對(duì)信息的采集，然后將信息加以利用，以此使用方式可以擴(kuò)展完成更多功能。RFID實(shí)現(xiàn)載體分別為標(biāo)簽和閱讀器。

（1）標(biāo)簽

由耦合元件與芯片組成。具有特定編譯序列。它的特點(diǎn)是與閱讀器相接觸時(shí)，產(chǎn)生足以支持芯片運(yùn)行的感應(yīng)電流，將芯片中序列號(hào)發(fā)送出去并被閱讀器接收，以此達(dá)到和目標(biāo)對(duì)象交互的作用。天線線圈是標(biāo)簽交互元件，作用在于發(fā)送芯片中ID序列。

（2）閱讀器

由多種元件構(gòu)成，它可獲取來自標(biāo)簽發(fā)送的信息。根據(jù)功率最遠(yuǎn)可以讀取最遠(yuǎn)1500米的標(biāo)簽；閱讀器通過RS232或RS485和主機(jī)連接；能夠處理多個(gè)標(biāo)簽，各種機(jī)制的實(shí)現(xiàn)，確保接受序列不會(huì)被破壞?？乖胍艉头栏蓴_。

（3）運(yùn)行方式

標(biāo)簽觸碰到閱讀器發(fā)出的磁場(chǎng)區(qū)域，標(biāo)簽線圈產(chǎn)生感應(yīng)能量，芯片獲得能量，開始運(yùn)行。在內(nèi)置發(fā)送線圈協(xié)同配合下將ID序列傳輸出去。調(diào)節(jié)器獲取線圈接收到的波段訊號(hào)。對(duì)波段訊號(hào)進(jìn)行處理。后臺(tái)進(jìn)行序列的調(diào)整。處理數(shù)據(jù)在預(yù)先設(shè)計(jì)的正確機(jī)制中通過，判斷其對(duì)等和時(shí)效性，針對(duì)相應(yīng)設(shè)定做出相關(guān)措施和舉動(dòng)，發(fā)出設(shè)定動(dòng)作指令讓其控制元件執(zhí)行動(dòng)作。

1.2總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)成果實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行分析，以RFID部件作為一個(gè)信息出發(fā)點(diǎn)，信息傳輸?shù)倪^程即為系統(tǒng)第一階段運(yùn)行過程，電力參數(shù)傳感器作為另一個(gè)信息的出發(fā)點(diǎn)，信息傳輸?shù)倪^程為系統(tǒng)第二階段運(yùn)行過程，在兩個(gè)系統(tǒng)階段來回切換，滿足了系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)思想成果的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

用戶信息傳輸?shù)教幚砟K，顯示用戶信息，對(duì)信息封裝使其具有一定格式并發(fā)送到終端，終端回發(fā)控制指令通電；處理模塊判斷是否有電器使用，有使用時(shí)電力參數(shù)不斷發(fā)送電力參數(shù)報(bào)文到處理模塊，解析得到電力參數(shù)并顯示，封裝成報(bào)文并發(fā)送到終端，終端可以回發(fā)報(bào)文控制通電與斷電，反之在設(shè)定時(shí)間之后斷電，返回到初始刷卡系統(tǒng)狀態(tài)。

2硬件需求

根據(jù)分析，設(shè)計(jì)所需硬件材料主要有ARM芯片板、RFID刷卡部件、電力參數(shù)測(cè)量傳感器、繼電器、LCD顯示屏、串口線。

ARM芯片板作為系統(tǒng)運(yùn)行核心平臺(tái)，它將其余硬件材料整合到一起，同時(shí)協(xié)作完成需要執(zhí)行的功能。RFID刷卡部件分為標(biāo)簽與閱讀器，閱讀器連接到芯片板，標(biāo)簽隨身攜帶。電力參數(shù)測(cè)量傳感器采用LT-111A交流計(jì)量模塊，測(cè)量包括電壓、電流、功率等電力參數(shù)。繼電器嵌入ARM板，一端與傳感器火線相連，另一端與插座火線連接。LCD顯示屏為信息顯示部件，選用LCD為了顯示大量信息量（圖片顯示、文字顯示），而LED顯示信息量小，不能滿足需求。RS-232串口線為普遍的標(biāo)準(zhǔn)串口，由于ARM板上有接口，可直接連入ARM板上。

3功能實(shí)現(xiàn)

功能實(shí)現(xiàn)分為兩部分，一部分為用戶信息讀取并識(shí)別；另一部分為用電狀態(tài)切換。

3.1用戶信息的讀取并識(shí)別

此模塊需要通過RFID部件讀取信息，將信息顯示在LCD，之后發(fā)送到電腦終端，識(shí)別是否有用電權(quán)限，根據(jù)權(quán)限開電或保持?jǐn)嚯姟?/p>

執(zhí)行函數(shù)：reader（）；第一階段。

ID處理函數(shù)：dealWith（）；對(duì)刷卡部件傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，除去無價(jià)值數(shù)據(jù)，ASII轉(zhuǎn)換，將從左到右每3個(gè)字節(jié)以百十個(gè)位格式加在一起，得到有讀取價(jià)值的數(shù)據(jù)。

串口初始化函數(shù)：tty_init（）；打開特定設(shè)備文件設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗(yàn)位。

3.2用電狀態(tài)的切換

模塊在通電后讀取電器使用信息并顯示在LCD，之后與繼電器狀態(tài)發(fā)送到電腦終端，回發(fā)指令控制開電或關(guān)電，在無電流通過時(shí)，一定時(shí)間后斷電，返回到刷卡系統(tǒng)狀態(tài)。

主執(zhí)行函數(shù)：result（n；運(yùn)行第二階段。

參數(shù)顯示函數(shù)：complicated（）；在特定LCD屏幕位置顯示電力參數(shù)。

電子參數(shù)讀取函數(shù)：receive_sendl（）；串行口讀取從傳感器傳送的電力參數(shù)。傳感器是以串行口傳輸，數(shù)據(jù)讀取需要打開對(duì)應(yīng)串行口設(shè)備文件，獲取傳感器傳送的電力參數(shù)。

電子參數(shù)解析函數(shù)：disPoseData（）；根據(jù)傳感器手冊(cè)，以寄存器說明為依據(jù)，電力參數(shù)對(duì)應(yīng)字節(jié)進(jìn)行移位并除以對(duì)應(yīng)除數(shù)得到有讀取價(jià)值數(shù)據(jù)。

傳送數(shù)據(jù)函數(shù)：comsend（）；從傳感器上獲取電力參數(shù)通過串行口傳送到電腦端，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫(kù)用于其他前端軟件使用。

控制繼電器函數(shù)：relay（）；根據(jù)當(dāng)前用電狀態(tài)，向繼電器設(shè)備文件寫人指令。寫入0時(shí)，打開繼電器，通電；寫入1時(shí)，關(guān)閉繼電器，斷電。

3.3報(bào)文格式

起始校驗(yàn)和終止校驗(yàn)作為報(bào)文是否完整的依據(jù)，數(shù)據(jù)位4個(gè)字節(jié)，作為信息識(shí)別依據(jù)。格式如表1所示。

開頭四個(gè)字節(jié)為報(bào)文的校驗(yàn)依據(jù)，剩余字節(jié)為有效的電力參數(shù)。以實(shí)例報(bào)文01030C573C00160002000000200

10198為例。57 3c為電壓；00 16為電流；00 02為功率；0000 00 20為電能；01 98為功率因素。格式如表2所示。

表2電力參數(shù)報(bào)文格式

報(bào)文發(fā)送到電腦，起始和終止校驗(yàn)為報(bào)文判斷依據(jù)；分割校驗(yàn)分離傳送內(nèi)容；電力參數(shù)包括電壓、電流、功率、電能和功率因素，繼電器狀態(tài)為00和01，分別是打開和關(guān)閉。格式如表3所示。

4結(jié)束語

基于RFID的電力參數(shù)測(cè)量控制模塊例如在實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)用，實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一管理得到加強(qiáng)，提高了實(shí)驗(yàn)室運(yùn)作效率和人員管理效率。本文充分運(yùn)用了RIFD技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)人員信息識(shí)別，結(jié)合信號(hào)量機(jī)制設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)對(duì)不同用電狀態(tài)安全響應(yīng)機(jī)制，通過模塊化代碼編寫，提高代碼可讀性。解決了實(shí)驗(yàn)室安全管理問題，防止使用者不當(dāng)用電操作帶來安全事故。endprint