基于射頻識別技術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.云南電網有限責任公司德宏供電局，云南 芒市 678400；2.云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217；3.云南電網有限責任公司迪慶供電局，云南 迪慶 674400；4.云南電網有限責任公司尋甸供電有限公司，云南 尋甸655200；5.云南電網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，正確的實驗數據保證電力系統的安全穩定，而正常的實驗室設備則保證電力實驗數據的準確性。實驗室設備管理水平和檢測效率就顯得尤為重要。當前，還在采用紙質的標簽和記錄對設備進行管理和人工記錄數據的方式。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以提升檢測效率，已經成為國內外實驗室機構研究探討的重要課題。

本文根據數字化實驗室、物聯網一體化智能識別管理開發應用需要，針對現有主流自動感知識別技術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，力求實現通過自動感知識別技術和數字化實驗室、物聯網技術相結合的方式，有效提升實驗室檢測效率和管理水平。

1 計量實驗室數字化檢測現狀

物聯網技術在電力行業已進行探索性研究應用，它正在與智能電網發展的內在需求結合。智能變電站采用的設備在線監測技術、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，如：RFID、紅外測溫、人員安全定位系統等，結合已有的網絡技術形成一個智能網絡，為建立區域性變電設備物聯網提供了很好的基礎。物聯網技術特點在實驗室有體現，比如表計的條碼入庫管理等，但是未形成實驗室環境、人員、裝置等于一體的“物物相連”及“物人相連”整體物聯網。

2 設備身份標識及自動感知識別技術

傳統的感知系統或是監控系統（如變電站在線監測系統），更著重于對靜態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。物聯網的感知網除關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，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網基礎。目前物聯網自動感知識別技術主要包括一維條形碼技術、二維碼技術及RFID 技術。

2.1 一維條碼技術

一維條碼是由條，空及對應字符組成的排列規則的標識。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

二維條碼按照其實現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據意義。

2.3 RFID技術

RFID（Radio Frequency Identification）即無限射頻識別技術，通過電子技術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器。閱讀器發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送其自己的標識進行響應。 RFID 系統通常由三個基本部分組成：標簽、讀寫器和中央信息系統。RFID 系統組成框圖如圖1 所示。

圖1 RFID系統組成框圖

圖2 數字化實驗室移動檢定技術和設備管理研究原理圖

根據RFID 系統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 技術都具有各自的特點，結合這些優缺點，它們也各自適用于不同應用場合，兩種技術都可以實現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境，不可寫，RFID 技術可讀可寫，存儲信息容量大，可快速遠距離識別適用于實驗室檢測。

3 數字化檢測移動平臺開發

基于RFID 自動感知識別設備信息基礎上，建立RFID 與平板電腦信息交互，并通過平板電腦數字化檢測應用開發，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據，實現檢測數據自動修約處理機證書關聯自動生成。從而整體實現實驗室無紙化、移動檢測?；赗FID 標簽的數字化實驗室移動檢定技術和設備管理研究原理圖如圖2 所示。

移動式檢測技術的系統移動平臺技術架構圖如下所示。涉及的關鍵技術有RFID，Android 或IOS 平臺開發，XML、數據庫技術、ASP.NET 及Framework 4.0 系統應用開發。系統架構主要分為數據層、數據交換層及展現層三層機構，功能如下：

1）數據層：應用XML 及SQL Server 技術實現底層數據的存儲等功能。

2）數據交換層：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 平臺系統調用藍牙包讀取藍牙設備傳輸來到數據。

3）展現層：移動終端Android 或IOS 平臺通過內嵌窗口調用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、生產廠家、準確等級等信息。展現層調用數據交換層發來的數據，把數據通過系統展現給用戶。

圖3 移動平臺技術架構圖

結合Android、IOS 平板電腦開發技術要求及生產信息管理系統（MIS、SAP）互聯互通需要，基于RFID 標簽的數字化實驗室移動檢定技術和設備管理系統建設采用以下基本思路：

1）采用分層結構，由生產信息管理系統（MIS、SAP）組成后臺的業務流轉，由實驗室中心數據庫存儲實驗室數據，平板電腦作為客戶端實現功能應用。

2）系統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，同時通過本地數據庫和后臺服務器的數據同步，實現實驗設備的識別。

3）因USB RFID 讀卡器的驅動開發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，大多企業已經上線了生產信息管理系統（MIS、SAP），只需在開發之前做好相應的接口約定，方便以后在不同平臺的子系統間交換數據。

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的需求。

6）系統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 標簽的數字化實驗室移動檢定技術用于實現實驗室手工檢測項目數字化。

4 結束語

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，推薦了三項自動感知識別技術電力系統適合應用場合，研究了物聯網自動感知識別、設備編碼及安卓移動平臺開發等關鍵技術，基于RFID 標簽的數字化實驗室移動檢定技術和設備管理研究采用RFID 技術對設備編碼，實現了設備身份標識及自動感知，并在此技術上開發的移動應用平臺，在實驗室無線網絡環境下，可實現原始記錄中送檢設備信息自動讀取，無紙化檢測，檢測數據自動修約處理及證書自動出具，實現了實驗室手工檢測無紙化及數字化，提高了實驗室檢測效率與信息交互水平。