基于RFID技術(shù)的電梯檢驗系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

胡攀攀，賓新鳳

（1桂林特種設(shè)備檢驗所 廣西 桂林 541004）

（2桂林電子科技大學(xué)商學(xué)院 廣西 桂林 541004）

1 引言

自從加入WTO后，我國電梯檢驗行業(yè)面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。首先，經(jīng)濟全球化使得國外先進檢驗技術(shù)和管理方式不斷涌入，對我國現(xiàn)行檢驗手段和管理方式帶來很大的沖擊。其次，特種設(shè)備檢驗機構(gòu)面臨轉(zhuǎn)企改制的問題，這無疑對特種設(shè)備檢驗機構(gòu)既是機遇又是挑戰(zhàn)。最后就是近年來我國電梯萬臺事故起數(shù)和死亡人數(shù)持續(xù)下降，安全形勢穩(wěn)定向好，但隨著電梯保有量持續(xù)增長，老舊電梯逐年增多，電梯困人故障和安全事故時有發(fā)生，社會影響較大，當(dāng)前我國的電梯質(zhì)量安全工作面臨異常嚴(yán)酷的環(huán)境。為進一步加強電梯質(zhì)量安全工作，保障人民群眾乘用安全和出行便利，我國電梯檢驗行業(yè)要如何應(yīng)對才能求得生存和發(fā)展呢？本論文認為應(yīng)該按照高質(zhì)量發(fā)展的要求，進一步強化質(zhì)量安全意識，以改革創(chuàng)新為動力，以落實生產(chǎn)使用單位主體責(zé)任為重點，以科學(xué)監(jiān)管為手段，預(yù)防和減少事故，降低故障率，不斷提升電梯質(zhì)量安全水平，讓人民群眾安全乘梯、放心乘梯，滿足人民日益增長的美好生活需要，然而，其中一個重要舉措就是改善和優(yōu)化電梯檢驗系統(tǒng)[1-3]。

2 我國電梯檢驗工作的現(xiàn)狀

近年來，由于我國二胎政策的開放，使得新生嬰兒的數(shù)量不斷增加，同時由于我國經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展，人們的物質(zhì)生活得到明顯提高，故對電梯的需求隨之增加，這無疑對電梯檢驗工作既是機遇又是挑戰(zhàn)。然而，目前我國電梯檢驗工作是由檢驗人員自帶工具到現(xiàn)場進行檢驗，主要以目測電梯運行狀況為主，以測量實驗為輔的手段來進行電梯檢驗工作，檢驗人員主要通過低效率的純手工方式來記錄檢驗的結(jié)果，這樣的記錄方法不僅浪費時間而且還浪費人力，甚至還會受檢驗人員的檢驗水平以及工作方式的影響，因此無法滿足市場需求。

基于以上分析可以看出：目前我國電梯檢驗工作面臨競爭激烈的市場環(huán)境，因此，為解決目前我國電梯檢驗工作面臨的困境，本論文認為其中一個不錯的方法就是充分利用RFID技術(shù)來優(yōu)化和改善電梯輔助檢驗系統(tǒng)，即給每臺電梯都安裝一個RFID電子標(biāo)簽[7]，在后臺數(shù)據(jù)庫中建立電梯身份檔案，利用嵌入式方法[4-6]給每臺受檢電梯安裝一個手持終端設(shè)備，要求該手持終端設(shè)備必須具備RFID識別功能，進而它可以快速準(zhǔn)確識別電梯的身份信息，最終保證檢驗工作的正常進行。故本論文以電梯檢驗系統(tǒng)為研究對象，基于RFID識別技術(shù)對電梯檢驗系統(tǒng)進行系統(tǒng)的研究分析，然后設(shè)計出優(yōu)化方案，使其滿足檢驗工作的需求。

3 電梯檢驗系統(tǒng)的總體框架

為便于讀者可以清晰并且直觀的了解到整個電梯檢驗輔助系統(tǒng)的總體情況，本論文采用繪圖的方式將其呈現(xiàn)，如圖1所示。在本論文中，數(shù)據(jù)中心[8]的作用主要是存儲有關(guān)電梯的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并且為整個電梯輔助檢驗系統(tǒng)提供所需的數(shù)據(jù)，包括歷史的數(shù)據(jù)以及最新的數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)各個檢驗功能鑒定良好的基礎(chǔ)；RFID電子標(biāo)簽的功能主要是為整個電梯輔助檢驗系統(tǒng)存儲電梯的有關(guān)信息，以及確認電梯是否滿足現(xiàn)場檢驗條件，確保檢驗人員到達現(xiàn)場后可以進行檢驗工作；在實際的檢驗工作過程中，RFID電子標(biāo)簽與電梯輔助檢驗系統(tǒng)需要進行信息的交互，二者的信息交互需要一個中轉(zhuǎn)站，這個中轉(zhuǎn)站就是每臺受檢電梯上安裝的手持終端設(shè)備，在取得受檢電梯的有關(guān)信息之后，手持終端設(shè)備立即與數(shù)據(jù)中心交互信息，這種交互方式是通過GPRS進行的，而且一旦建立起RFID電子標(biāo)簽，用戶可以隨時查看維保記錄，用戶也可以自己記錄在使用電梯過程中發(fā)現(xiàn)的問題。

本論文的研究對象是RFID系統(tǒng)，即圖1虛線框中的內(nèi)容。眾所周知，電梯硬件故障的情況時有發(fā)生，這樣一來，檢驗人員到達現(xiàn)場時，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場不具備檢驗條件（如停電、故障等），影響檢驗人員的檢驗工作。而RFID電子標(biāo)簽附著于電梯上，在現(xiàn)場檢驗之前，電子標(biāo)簽?zāi)艽_認電梯是否滿足現(xiàn)場檢驗條件，可以確保檢驗人員到達現(xiàn)場后可以進行檢驗工作。在實際的檢驗工作中，將讀寫器安裝于手持終端之中，當(dāng)工作人員對電梯進行檢驗時，首先可以通過手持終端對電子標(biāo)簽進行識別，然后通過GPRS從數(shù)據(jù)中心下載檢驗任務(wù)，檢驗人員對檢驗任務(wù)進行專業(yè)的研究分析后對其進行檢驗工作，完成檢驗工作之后，需要將檢驗的結(jié)果數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)中心，這個過程是通過GPRS進行傳遞的。此外，手持終端中的讀寫器兼有讀與寫的功能，檢驗人員就可以利用讀寫器將檢驗的結(jié)果寫入電子標(biāo)簽中。所以，借助RFID技術(shù)可以方便調(diào)取以往的檢驗檔案，便于做出更加全面準(zhǔn)確的判斷以及更新設(shè)備信息，方便使用單位和維保單位整改及排查隱患，降低了電梯故障率以及事故率的發(fā)生。并且在電梯檢驗后，使用單位可以隨時查看該電梯檢驗報告的出具情況。

圖1

4 RFID系統(tǒng)的設(shè)計

4.1 RFID系統(tǒng)的硬件設(shè)計

目前，行業(yè)內(nèi)主要是依據(jù)電子標(biāo)簽的工作頻率的高低這個指標(biāo)將RFID系統(tǒng)劃分為不同的頻段系統(tǒng)，人們可以根據(jù)自己所需要的電子標(biāo)簽的工作頻率的高低來選擇RFID系統(tǒng)?；谝陨戏治?，本次設(shè)計要求系統(tǒng)具有較高的工作頻率，因此，本次設(shè)計選擇超高頻系統(tǒng)，該超高頻系統(tǒng)的工作頻率為930MHz的，滿足本次設(shè)計對于高工作頻率的需求。

（1）電子標(biāo)簽

無源電子標(biāo)簽（電子標(biāo)簽又稱射頻標(biāo)簽，電子標(biāo)簽與閱讀器之間通過耦合元件實現(xiàn)射頻信號的空間(無接觸)耦合，在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時序關(guān)系，實現(xiàn)能量的傳遞和數(shù)據(jù)交換。）具有市場最為重視的優(yōu)勢，即該標(biāo)簽的價格同比與其他的標(biāo)簽的價格要便宜，因此，該標(biāo)簽被企業(yè)大量應(yīng)用于各種頻段的系統(tǒng)，具有巨大的市場潛力，超高頻無源電子標(biāo)簽芯片的設(shè)計主要是基于ISO/IEC18000-6C新標(biāo)準(zhǔn)，具有工作頻率高以及成本低等優(yōu)勢。根據(jù)目前我國的特種設(shè)備（包括電梯設(shè)備）基本上都是金屬材質(zhì)的現(xiàn)狀，為了滿足本次優(yōu)化設(shè)計的需求，RFID卡的選擇標(biāo)準(zhǔn)必須具有抗金屬的性能，基于以上分析，因此本次優(yōu)化設(shè)計選擇的電子標(biāo)簽應(yīng)該同時包含以上優(yōu)點，而抗金屬超高頻無源電子標(biāo)簽正好具備以上所有優(yōu)點，因此本次優(yōu)化設(shè)計選擇該電子標(biāo)簽。

（2）讀寫器

手持終端上的讀寫器具備讀與寫的功能，可以識別電梯上的RFID電子標(biāo)簽，可以根據(jù)電梯上RFID電子標(biāo)簽的信息來識別電梯的狀況，是RFID的讀寫終端設(shè)備，因此，讀寫器的應(yīng)用非常廣泛，目前主要廣泛應(yīng)用于身份識別等方面。

①射頻前端電路的設(shè)計

射頻前端芯片對移動終端具有舉足輕重的作用，它的性能直接決定了移動終端的重要性能指標(biāo)，例如：通信模式、通話穩(wěn)定性等，甚至直接影響到終端用戶的體驗。本次設(shè)計選擇IMPINJ R2000射頻前端芯片，該芯片的接收靈敏度可達82dbm，比其他型號的芯片更加適合惡劣的應(yīng)用環(huán)境，因此，其性能在業(yè)界居于最高位置。

②數(shù)字基帶電路的設(shè)計

數(shù)字基帶電路[9]是指數(shù)字邏輯電路或者系統(tǒng)，它的制作設(shè)計主要是將元器件和連線集成于同一半導(dǎo)體芯片上。目前業(yè)界主要是根據(jù)數(shù)字基帶電路中包含的門電路或元器件數(shù)，將其劃分為不同的集成電路，即小、中、大、超大規(guī)模集成電路。

③電源電路的設(shè)計

讀寫模塊的供電主要是借助于電梯檢驗輔助系統(tǒng)中的手持終端，該手持終端為其提供芯片和電池，該芯片的作用主要是管理電源，該電池的容量很大，可以實現(xiàn)軟件控制讀寫模塊的電源輸入，然而，為了解決讀寫模塊上的芯片對電源紋波都比較敏感這個問題，而LDO器件對電源紋波的敏感度比較低，所以本次電源電路的優(yōu)化設(shè)計全部采用該器件。

（3）數(shù)據(jù)的交互方式

RFID數(shù)據(jù)的交互方式[10]是讀寫器與電子標(biāo)簽之間的射頻耦合。電子標(biāo)簽天線驅(qū)動標(biāo)簽工作以及為芯片供電的能量主要來自于電磁波，而該電磁波的來源主要是讀寫器天線發(fā)射出去之后，電子標(biāo)簽芯片將該電磁波吸收。而芯片工作之后會使內(nèi)部信息以電磁波形式發(fā)射出去，這些電磁波被讀寫器接收后即可轉(zhuǎn)化為有用信息。

4.2 RFID系統(tǒng)的軟件設(shè)計

基于我國綜合國力的日漸增強，計算機技術(shù)、通訊技術(shù)也迅猛發(fā)展，目前我國很多生產(chǎn)和制造RFID模塊硬件的企業(yè)都開發(fā)了驅(qū)動程序，該驅(qū)動程序是基于WindowsCE并且由C++語言編寫而成的。為了滿足檢驗人員的工作需要，因此本次優(yōu)化設(shè)計介紹的讀寫器是手持式的終端設(shè)備，并且應(yīng)該兼有RFID識別功能，由于手持終端的應(yīng)用程序由專業(yè)的程序員使用C++語言進行開發(fā)，因此，RFID模塊的軟件設(shè)計也使用C++語言進行開發(fā)。

5 結(jié)語

為解決我國目前電梯檢驗工作效率低、電梯故障率以及電梯事故率逐年增多等問題，以電梯檢驗系統(tǒng)為研究對象，基于RFID識別功能對電梯檢驗輔助系統(tǒng)進行系統(tǒng)的研究分析，然后設(shè)計出優(yōu)化方案，使其滿足檢驗工作的需求。研究表明：經(jīng)過電梯檢驗系統(tǒng)的優(yōu)化改善，提升了檢驗效率，降低了電梯故障率以及電梯事故率的發(fā)生，為電梯檢驗人員的檢驗工作提供了便利。

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