無線射頻身份識別技術在巡線信息采集系統中的應用

劉正梅　張博陽　呂實城

摘要:線路巡檢工作是企業提高生產運行可靠率、保障系統安全運行的重要手段。本文研究的巡檢系統,利用RFID技術、嵌入式技術、計算機和無線通信技術等來實現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備的安全運行具有現實意義。

關鍵詞:射頻識別;標簽;無線通信;嵌入式

1 引言

電力、通信、交通和石油等領域的線路巡檢工作是這些生產部門安全生產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,然而傳統手工巡檢方式存在巡檢記錄不規范、缺乏現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督工具,線路巡檢的到位率以及巡檢質量的高低得不到保證,管理人員無法監控巡線人員的是否到位,使得巡線質量得不到保證,對安全生產極為不利。為了能及時消除隱患,保障設備安全、可靠的運行,急需一種有助于安全生產的新型巡線儀。

2 系統整體框架

本系統是RFID技術、GPRS網絡通訊技術和嵌入式技術相結合,需要有手持式巡檢儀的硬件平臺,通訊技術相關的協議和計算機軟件程序等的支持,也就是通過巡檢儀的設計要實現以下內容:即由崗位巡檢人員將工作現場的位置信息(已保存在現場的RFID標簽中),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網絡傳到監控中心PC機終端,這樣就可以確定巡檢人員是否到崗,由于GPRS網絡的實時性,還可以及時了解設備運行狀況,減少人為因素的影響,避免了人工巡視、手工紙介質記錄以及人工計算機錄入產生錯誤的可能性,使錯誤出現的幾率降為最低,數據更加準確可靠。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、準確、有效。而且,便攜式巡檢儀和計算機組成的管理系統,還可以通過系統管理軟件的處理,將便攜式巡檢儀中的數據信息轉化為系統管理計算機可以處理的數據形式,并由系統管理計算機進行統一的管理。

該系統主要功能:

(1)掌握野外作業的巡檢人員的到崗情況;

(2)將需要巡檢的設備運行狀況實時傳回監控中心,并在監控中心計算機中備案。

3 無線射頻身份識別技術

RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術,它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據,可工作于各種惡劣環境。RFID相比傳統的識別系統具有信息量大,通過無線通信方式可重復讀寫數據,保密性極好,環境適應能力強,使用壽命更長。

RFID系統由兩個部分組成:1標簽(即射頻卡);2閱讀器。系統的基本工作流程是:閱讀器通過發射天線發送一定頻率的射頻信號,當射頻卡進入發射天線工作區域時產生感應電流,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置發送天線發送出去;系統接收天線接收到從射頻卡發送來的載波信號,經天線調節器傳送到閱讀器,閱讀器對接收的信號進行解調和解碼然后送到后臺主系統進行相關處理。

4 便攜式巡檢儀的硬件設計

便攜式巡檢儀在硬件資源的選取、電路設計等方面充分考慮到嵌入式系統低成本、低功耗、實現簡單、可擴展性好等特點。硬件平臺結構如圖3所示,系統硬件應包括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, 還需要系統電源管理、串行接口電路、系統復位電路等許多功能單元。軟件升級遠比硬件方便,在硬件設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,對本系統設計的需求進行分析,系統需要一款低成本、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備和嵌入式產品設計的三星S3C2410A微處理器。

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

在GPRS的組網方式方面,本系統采用了監控中心使用Internet公網固定IP,巡檢儀直接向中心發起連接的方式。這種方式運行可靠穩定,資金要求不高。

5便攜式巡檢儀的軟件設計

從操作系統的可獲得性,系統移植的難易性,應用程序及驅動開發的可靠性、難易性等方面考慮,本系統選擇了Windows CE.Net5.0操作系統。

在操作系統的編譯上,微軟公司提供操作系統平臺編譯軟件Platform Builder。利用PB編譯工具定制了適合硬件系統的Windows CE.NET系統平臺。具體步驟為:根據目標硬件設備開發Bootloader、設備驅動程序,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,通過以太網將鏡像文件下載到目標設備,完成了平臺的定制。

在應用程序的開發方面,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,實現對RFID模塊和GPRS模塊的控制。

6 結論

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、漏檢等問題的發生,能夠及時發現設備故障隱患,降低了線路的故障率,對提高設備運行的可靠性以及線路設備管理水平具有重要的應用價值。

參考文獻

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