智慧水務領(lǐng)域硬件設(shè)備ID管理系統(tǒng)的設(shè)計

鄭文輝

摘 要：智慧水務領(lǐng)域硬件設(shè)備通常包括智能水表、各類傳感器、采集器、傳輸器、集中器及網(wǎng)關(guān)等，這些設(shè)備基數(shù)大、種類多，且大部分僅通過物理地址進行身份識別，給設(shè)備的管控、生產(chǎn)管理以及售后維護帶來了較大隱患與困難。為解決此問題，針對智慧水務領(lǐng)域硬件設(shè)備設(shè)計一套身份特征碼（ID）管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用現(xiàn)有設(shè)備的硬件資源，配合嵌入式軟件與平臺ID燒寫軟件，在不增加硬件成本的情況下，為設(shè)備增加ID功能，且此ID具有唯一性與可追溯性，易于管理。最后分析該系統(tǒng)在生產(chǎn)管理、售后維護以及設(shè)備管控等方面的實用效果。

關(guān)鍵詞：智慧水務;設(shè)備ID;設(shè)備管控;生產(chǎn)管理;售后維護;可追溯

中圖分類號：TP202文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）11-00-03

0 引 言

在智慧水務領(lǐng)域，伴隨著各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，相應的智能硬件設(shè)備的種類也越來越多[1-2]。但是此類設(shè)備的運行環(huán)境多數(shù)無法提供市電供電，采用電池供電且一般工作在低功耗模式;另一方面，此類設(shè)備的資源有限，對成本比較敏感，因此很多設(shè)備廠家直接將微控制器（Microcontroller Unit，MCU）內(nèi)部的器件ID作為設(shè)備地址實現(xiàn)身份識別。雖然這種模式可以識別設(shè)備的唯一性，但是缺乏規(guī)律性與追溯性，不利于設(shè)備管控、生產(chǎn)管理與售后維護，無法大面積推廣。與此形成鮮明對比的是，在現(xiàn)有同樣數(shù)量龐大的移動終端中，其設(shè)備的ID早已普及，且具有全球唯一性，展現(xiàn)出其管控的便利性。

基于以上背景，有必要根據(jù)智慧領(lǐng)域硬件設(shè)備的特點，設(shè)計適用于該類設(shè)備的ID管理系統(tǒng)。因此，本文在不增加硬件成本的前提下，利用設(shè)備的FLASH資源，結(jié)合嵌入式軟件以及平臺ID燒寫管理軟件，實現(xiàn)低成本的設(shè)備ID管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可將有規(guī)律性、可追溯性的唯一ID植入設(shè)備，有效解決設(shè)備管控、生產(chǎn)管理及售后維護中的問題。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)及原理

本文設(shè)計的設(shè)備ID管理系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)主要由設(shè)備ID管理服務器、用戶電腦、通用串行總線（Universal Serial Bus，USB）轉(zhuǎn)串口設(shè)備、板級硬件設(shè)備組成。設(shè)備ID管理服務器用于存放設(shè)備ID數(shù)據(jù)庫，以及部署管理平臺實現(xiàn)設(shè)備ID的規(guī)則管理、權(quán)限管理、追溯管理，并提供應用接口給用戶和其他管理系統(tǒng)。各個用戶通過部署應用軟件，采用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)與服務器的ID數(shù)據(jù)庫建立連接。板級硬件設(shè)備通過USB轉(zhuǎn)串口設(shè)備與用戶電腦建立連接，實現(xiàn)設(shè)備ID燒寫軟件與板級設(shè)備的交互，并將有規(guī)律性、可追溯性的ID下載到設(shè)備中，同時將結(jié)果反饋至服務器實現(xiàn)雙向管理。

從圖1可明顯看出，本文系統(tǒng)基本采用通用設(shè)備，不需要額外開發(fā)新的硬件設(shè)備，通用性較強，只需要板級的硬件設(shè)備預留串口與FLASH資源即可，這兩個硬件設(shè)備資源在目前的智慧水務領(lǐng)域基本是標配，所以該系統(tǒng)可在不增加硬件成本的情況下實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計。

2 硬件設(shè)計

設(shè)備ID管理系統(tǒng)中，板級硬件設(shè)備是系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。智慧水務領(lǐng)域的硬件設(shè)備多采用電池供電，通常須保持低功耗休眠模式，因此在燒寫ID過程中需通過磁桿喚醒設(shè)備。設(shè)備喚醒后，MCU通過通用異步收發(fā)器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）接口與USB轉(zhuǎn)串口設(shè)備連接，該轉(zhuǎn)接設(shè)備與電腦通過USB連接，從而實現(xiàn)MCU與電腦燒寫軟件之間的通信，進而可實現(xiàn)兩者之間的協(xié)議及數(shù)據(jù)交換[3]。考慮到很多設(shè)備采用的MCU資源有限，且后期有可能需要升級軟件，所以將設(shè)備ID信息存儲在外部FLASH可使系統(tǒng)具備更高的兼容性。板級設(shè)備硬件框圖如圖2所示。

3 軟件設(shè)計

本節(jié)重點闡述設(shè)備ID管理的業(yè)務流程及設(shè)備ID規(guī)則，在此基礎(chǔ)上給出設(shè)備ID管理的軟件流程。其中，業(yè)務流程闡明系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)備ID管理功能的步驟，設(shè)備ID規(guī)則明確通信的編碼規(guī)則。

3.1 業(yè)務流程

智慧水務領(lǐng)域硬件設(shè)備ID管理系統(tǒng)的業(yè)務流程如圖3所示。首先用戶通過燒寫軟件選擇相應的產(chǎn)品參數(shù)（如產(chǎn)品線、設(shè)備類型等）。然后選擇從服務器獲取ID號段，服務器收到獲取命令后從數(shù)據(jù)庫提取未被使用的ID號段并下發(fā)到用戶端，同時將這些號段鎖定，防止重復下發(fā)。用戶端獲取成功后即可選擇燒寫設(shè)備ID號，設(shè)備收到燒寫命令后對ID號進行鑒別，若設(shè)備本身無ID號且設(shè)備類型一致，則將該ID燒寫到外部FLASH，并返回成功應答碼，若失敗（如設(shè)備ID已存在、設(shè)備類型不對、設(shè)置失敗等）則返回不同應答碼。

當批量生產(chǎn)結(jié)束后，選擇上傳序列，將已燒寫與未燒寫的ID號段回傳至服務器數(shù)據(jù)庫，做相應的刪除與釋放工作，從而實現(xiàn)ID號段的統(tǒng)一管理與資源最大化。

3.2 設(shè)備ID規(guī)則

智慧水務領(lǐng)域的硬件設(shè)備多采用電池供電，對能耗的開銷非常敏感，而且多數(shù)設(shè)備采用無線通信方式。為了盡量減少無線通信帶來的耗能，本文系統(tǒng)在保證工作正常的前提下盡量減小設(shè)備ID的長度。

本文設(shè)計的設(shè)備ID規(guī)則如圖4所示，其包含廠家編碼（1 B）、產(chǎn)品系列（1 B）、產(chǎn)品類型（1 B）、年（1 B）和序列號（3 B）共7 B。

（1）廠家編碼：實際設(shè)備可能存在不同廠家代工現(xiàn)象，為了后期可追溯，不同的廠家編碼代表不同廠家。

（2）產(chǎn)品系列、產(chǎn)品類型：由于智慧水務領(lǐng)域硬件設(shè)備系列種類較多，所以產(chǎn)品系列和產(chǎn)品類型用于區(qū)分不同系列不同類型的硬件設(shè)備，便于后期平臺對設(shè)備進行管理。

（3）年、序列號：年與序列號配合使用，實現(xiàn)設(shè)備ID唯一性，最大可支持每年100萬臺某類型的設(shè)備。

通過上述編碼規(guī)則可有效實現(xiàn)設(shè)備的云管控、售后管理及生產(chǎn)管理。

3.3 設(shè)備ID軟件流程圖

板級硬件設(shè)備進入設(shè)置狀態(tài)后，一旦收到設(shè)備ID燒寫指令，就會對數(shù)據(jù)進行解析、校驗及匹配，然后判斷設(shè)備ID是否為空，若為空則將收到的ID燒寫到設(shè)備的FLASH中，并返回成功應答碼，否則返回錯誤應答碼[4-5]。設(shè)備ID軟件流程如圖5所示。

4 實用效果

本文設(shè)計的設(shè)備ID管理系統(tǒng)可應用于智慧水務領(lǐng)域硬件設(shè)備的生產(chǎn)管理、售后管理及設(shè)備管控等，大大提升這些環(huán)節(jié)的工作效率與質(zhì)量。

4.1 生產(chǎn)管理

本文系統(tǒng)給不同類型的設(shè)備賦予了唯一的身份標識，該標識可體現(xiàn)此設(shè)備的生產(chǎn)信息（如由哪條生產(chǎn)線生產(chǎn)、設(shè)備類型、生產(chǎn)批次等），結(jié)合制造企業(yè)的生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng) （Manufacturing Execution System，MES），對應硬件設(shè)備的元器件廠家批次、生產(chǎn)人員、生產(chǎn)工藝等信息進行關(guān)聯(lián)，有利于成品不良率的分析。此外，在做半成品檢測時，設(shè)備ID已經(jīng)生成，因此結(jié)合自動化工裝，可自動生產(chǎn)對應信息，無需人員手工錄入，從而提升了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。

4.2 售后管理

在智慧水務領(lǐng)域，硬件設(shè)備的數(shù)量基數(shù)較大且設(shè)備種類較多，因此給售后人員的設(shè)備維護工作造成了較大壓力。通過引入設(shè)備ID管理系統(tǒng)，售后人員利用手持設(shè)備掃描外殼二維碼或直接讀取設(shè)備ID，就可獲取到相應的設(shè)備信息，并將售后信息導入售后系統(tǒng)。而售后系統(tǒng)與研發(fā)系統(tǒng)掛鉤，研發(fā)人員將第一時間獲取設(shè)備情況，并通過生產(chǎn)MEX系統(tǒng)調(diào)閱該設(shè)備相關(guān)生產(chǎn)信息，從而獲取到完整的設(shè)備信息。在多維信息的支撐下，研發(fā)人員可迅速定位問題點，進而快速配合售后人員解決相關(guān)問題，從而有效降低售后維護成本，同時提高售后響應速度。

4.3 設(shè)備管控

通過硬件設(shè)備的ID，設(shè)備管控平臺有了抓力點，可對設(shè)備的運行狀況進行全生命周期的管控與調(diào)度。智慧水務領(lǐng)域的設(shè)備基數(shù)大且種類多，在沒有設(shè)備ID的情況下無法對數(shù)據(jù)快速篩選，通常都是發(fā)現(xiàn)一個，標記一個，篩選一個，當數(shù)據(jù)量大時工作效率很低。利用本文設(shè)計的設(shè)備ID管理系統(tǒng)，設(shè)備管理平臺可根據(jù)相應的規(guī)則自動對數(shù)據(jù)進行過濾、分類和篩選，真正為大數(shù)據(jù)分析提供強有力的信息支撐。

5 結(jié) 語

在智慧水務領(lǐng)域，硬件設(shè)備數(shù)量基數(shù)大且種類多的特性給企業(yè)帶來了管理上的難題。本文設(shè)計的設(shè)備ID管理系統(tǒng)在不增加硬件成本的前提下，通過修改硬件設(shè)備，軟件配合現(xiàn)有硬件資源，即可高效完成設(shè)備ID管理，且該ID具有規(guī)律性、唯一性與可追溯性，利用其可打通研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)管理、售后維護及設(shè)備管控等環(huán)節(jié)的信息壁壘，使所有管理環(huán)節(jié)信息對稱，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低售后成本，并提升數(shù)據(jù)分析能力。

參 考 文 獻

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