基于射頻識別技術(shù)的實驗室無紙化檢測研究

雷巖團哏，李博，李海榮，馬金才，彭平

（1.云南電網(wǎng)有限責任公司德宏供電局，云南 芒市 678400；2.云南電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217；3.云南電網(wǎng)有限責任公司迪慶供電局，云南 迪慶 674400；4.云南電網(wǎng)有限責任公司尋甸供電有限公司，云南 尋甸655200；5.云南電網(wǎng)有限責任公司建水供電有限公司，云南 建水 654300）

0 前言

電力系統(tǒng)實驗室承擔著電氣設備及其輔助裝置或配件的檢定、校準、檢測等量值傳遞工作，標準裝置維護，科研等重任，正確的實驗數(shù)據(jù)保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，而正常的實驗室設備則保證電力實驗數(shù)據(jù)的準確性。實驗室設備管理水平和檢測效率就顯得尤為重要。當前，還在采用紙質(zhì)的標簽和記錄對設備進行管理和人工記錄數(shù)據(jù)的方式。對于實驗室檢測，如何選擇合適的方法及采用合理的管理技術(shù)以提升檢測效率，已經(jīng)成為國內(nèi)外實驗室機構(gòu)研究探討的重要課題。

本文根據(jù)數(shù)字化實驗室、物聯(lián)網(wǎng)一體化智能識別管理開發(fā)應用需要，針對現(xiàn)有主流自動感知識別技術(shù)進行了對比性的研究，分析了實驗室檢測設備的多種識別形式及設備管理策略，力求實現(xiàn)通過自動感知識別技術(shù)和數(shù)字化實驗室、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的方式，有效提升實驗室檢測效率和管理水平。

1 計量實驗室數(shù)字化檢測現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力行業(yè)已進行探索性研究應用，它正在與智能電網(wǎng)發(fā)展的內(nèi)在需求結(jié)合。智能變電站采用的設備在線監(jiān)測技術(shù)、電氣設備之間以及設備與人員之間通過各種信息傳感技術(shù)，如：RFID、紅外測溫、人員安全定位系統(tǒng)等，結(jié)合已有的網(wǎng)絡技術(shù)形成一個智能網(wǎng)絡，為建立區(qū)域性變電設備物聯(lián)網(wǎng)提供了很好的基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特點在實驗室有體現(xiàn)，比如表計的條碼入庫管理等，但是未形成實驗室環(huán)境、人員、裝置等于一體的“物物相連”及“物人相連”整體物聯(lián)網(wǎng)。

2 設備身份標識及自動感知識別技術(shù)

傳統(tǒng)的感知系統(tǒng)或是監(jiān)控系統(tǒng)（如變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)），更著重于對靜態(tài)對象當前屬性的檢測、分析及診斷識別，而不是對對象過程屬性的標示和跟蹤。物聯(lián)網(wǎng)的感知網(wǎng)除關(guān)注對象屬性等信息感知獲取外，最根本假設在于物理世界每一個對象都有自己的唯一身份標識，且對象通常都不是“靜止”的, 而是處于“運動”的狀態(tài)，因此如何建立對象身份標識，身份標識及附帶信息能夠由合適的載體承載，被物理世界快速感知成為物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)。目前物聯(lián)網(wǎng)自動感知識別技術(shù)主要包括一維條形碼技術(shù)、二維碼技術(shù)及RFID 技術(shù)。

2.1 一維條碼技術(shù)

一維條碼是由條，空及對應字符組成的排列規(guī)則的標識。條和空的不同寬度和位置代表著條碼所包含的內(nèi)容信息，整條條形碼的寬度和印刷的精度代表了信息量的容量大小。

2.2 二維條碼技術(shù)

二維條碼按照其實現(xiàn)方式的不同主要分為堆疊式（又稱行排式二維碼）和矩陣式兩種類型，常見的為矩陣式二維碼（以下簡稱二維碼），二維碼在兩個維度上的圖形都有數(shù)據(jù)意義。

2.3 RFID技術(shù)

RFID（Radio Frequency Identification）即無限射頻識別技術(shù)，通過電子技術(shù)將信息存儲在一個永久性的存儲器上，標簽中間有一個微型無線電波收發(fā)器。閱讀器發(fā)射編碼的無線電信號以“詢問”射頻標簽，并且標簽在接收到信號之后通過發(fā)送其自己的標識進行響應。 RFID 系統(tǒng)通常由三個基本部分組成：標簽、讀寫器和中央信息系統(tǒng)。RFID 系統(tǒng)組成框圖如圖1 所示。

圖1 RFID系統(tǒng)組成框圖

圖2 數(shù)字化實驗室移動檢定技術(shù)和設備管理研究原理圖

根據(jù)RFID 系統(tǒng)標簽與讀寫器連接方式，包括主動式標簽（有源標簽：自身帶電源，主動發(fā)射無線信號）及被動式標簽（無源標簽：不需要帶電源，有讀寫器無線激活功能）。

2.4 綜合比較

一維條碼、二維條碼及RFID 技術(shù)都具有各自的特點，結(jié)合這些優(yōu)缺點，它們也各自適用于不同應用場合，兩種技術(shù)都可以實現(xiàn)實驗室設備信息自動感知識別設備，但在成本控制、傳輸距離、讀寫便捷性等方面有區(qū)別，相對而言一維條碼存儲信息容量小，不便于移動識別，二維條碼不適用于碰撞污染環(huán)境，不可寫，RFID 技術(shù)可讀可寫，存儲信息容量大，可快速遠距離識別適用于實驗室檢測。

3 數(shù)字化檢測移動平臺開發(fā)

基于RFID 自動感知識別設備信息基礎(chǔ)上，建立RFID 與平板電腦信息交互，并通過平板電腦數(shù)字化檢測應用開發(fā)，在平板電腦固化手工檢測原始記錄，通過RFID 掃描獲取設備信息，自動填入原始記錄，在平板電腦錄入檢測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)自動修約處理機證書關(guān)聯(lián)自動生成。從而整體實現(xiàn)實驗室無紙化、移動檢測?；赗FID 標簽的數(shù)字化實驗室移動檢定技術(shù)和設備管理研究原理圖如圖2 所示。

移動式檢測技術(shù)的系統(tǒng)移動平臺技術(shù)架構(gòu)圖如下所示。涉及的關(guān)鍵技術(shù)有RFID，Android 或IOS 平臺開發(fā)，XML、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、ASP.NET 及Framework 4.0 系統(tǒng)應用開發(fā)。系統(tǒng)架構(gòu)主要分為數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)交換層及展現(xiàn)層三層機構(gòu)，功能如下：

1）數(shù)據(jù)層：應用XML 及SQL Server 技術(shù)實現(xiàn)底層數(shù)據(jù)的存儲等功能。

2）數(shù)據(jù)交換層：移動終端通過藍牙設備連接RIFD 讀寫器，讀取設備信息。移動終端Android 平臺系統(tǒng)調(diào)用藍牙包讀取藍牙設備傳輸來到數(shù)據(jù)。

3）展現(xiàn)層：移動終端Android 或IOS 平臺通過內(nèi)嵌窗口調(diào)用ASP.NET 頁面顯示設備信息，Android 或IOS 平臺負責流程的控制，ASP.NET 頁面負責讀寫設備的名稱、型號、生產(chǎn)廠家、準確等級等信息。展現(xiàn)層調(diào)用數(shù)據(jù)交換層發(fā)來的數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)展現(xiàn)給用戶。

圖3 移動平臺技術(shù)架構(gòu)圖

結(jié)合Android、IOS 平板電腦開發(fā)技術(shù)要求及生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)（MIS、SAP）互聯(lián)互通需要，基于RFID 標簽的數(shù)字化實驗室移動檢定技術(shù)和設備管理系統(tǒng)建設采用以下基本思路：

1）采用分層結(jié)構(gòu)，由生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)（MIS、SAP）組成后臺的業(yè)務流轉(zhuǎn)，由實驗室中心數(shù)據(jù)庫存儲實驗室數(shù)據(jù)，平板電腦作為客戶端實現(xiàn)功能應用。

2）系統(tǒng)前臺分為智能掃描的RFID 設備和平板電腦的客戶端，通過掃描設備標簽讀取設備信息，同時通過本地數(shù)據(jù)庫和后臺服務器的數(shù)據(jù)同步，實現(xiàn)實驗設備的識別。

3）因USB RFID 讀卡器的驅(qū)動開發(fā)難度較大和設備不一定具備USB 接口的特點，決定采用bluetooth（藍牙）作為平板電腦和RFID 讀寫器的連接媒介。RFID 智能設備則不存在該問題（自身已集成）。

4）目前，大多企業(yè)已經(jīng)上線了生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)（MIS、SAP），只需在開發(fā)之前做好相應的接口約定，方便以后在不同平臺的子系統(tǒng)間交換數(shù)據(jù)。

5）采用開放式可擴展的應用平臺，滿足應用功能的靈活擴展以及二次開發(fā)的需求。

6）系統(tǒng)預留第三方應用的標準接口，方便以后接入新的、甚至是不同平臺的設備?；赗FID 標簽的數(shù)字化實驗室移動檢定技術(shù)用于實現(xiàn)實驗室手工檢測項目數(shù)字化。

4 結(jié)束語

綜上所述，研究比對了一維條形碼、二維條碼及RFID 自動感知技術(shù)，推薦了三項自動感知識別技術(shù)電力系統(tǒng)適合應用場合，研究了物聯(lián)網(wǎng)自動感知識別、設備編碼及安卓移動平臺開發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)，基于RFID 標簽的數(shù)字化實驗室移動檢定技術(shù)和設備管理研究采用RFID 技術(shù)對設備編碼，實現(xiàn)了設備身份標識及自動感知，并在此技術(shù)上開發(fā)的移動應用平臺，在實驗室無線網(wǎng)絡環(huán)境下，可實現(xiàn)原始記錄中送檢設備信息自動讀取，無紙化檢測，檢測數(shù)據(jù)自動修約處理及證書自動出具，實現(xiàn)了實驗室手工檢測無紙化及數(shù)字化，提高了實驗室檢測效率與信息交互水平。