基于RFID技術(shù)的電力通信設(shè)備設(shè)計

摘要：隨著我國智能電網(wǎng)全面鋪設(shè)及電力信息交互的復(fù)雜性增加，電力通信機(jī)房設(shè)備的實時監(jiān)控至關(guān)重要。該文提出了一種基于RFID事件處理技術(shù)的電力通信設(shè)備管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實時采集設(shè)備狀態(tài)、位置和出入庫信息，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后傳至監(jiān)控中心，后臺系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和輔助決策，提供友好用戶界面，確保電力通信安全穩(wěn)定。該系統(tǒng)方案有助于提升電力通信設(shè)備的運行效率，降低運行風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；RFID；無線通信；設(shè)備管理；電力系統(tǒng)

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.016

中圖分類號：TN 92；TP 391.44 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編碼：1672-7274（2024）09-00-03

Design of Power Communication Equipment Based on RFID Technology

ZHANG Xuefei1， ZHAO Yanli2， LI Tong1

（1. Shanxi Engineering Vocational College， Taiyuan 030009， China; 2. China Mobile Communications Group Design Institute Co.， Ltd. Shanxi Planning and Independent Branch， Taiyuan 030009， China）

Abstract： With the comprehensive installation of smart grids and the increasing complexity of power information exchange in China， real-time monitoring of power communication equipment in computer rooms is crucial. This article proposes a power communication equipment management system based on RFID event processing technology. The system can collect real-time equipment status， location， and inbound and outbound information. After processing， the data is transmitted to the monitoring center， and the backend system analyzes and assists in decision-making， providing a user-friendly interface to ensure the safety and stability of power communication. This system solution helps to improve the operational efficiency of power communication equipment and reduce operational risks.

Keywords： internet of things; RFID; wireless communication; equipment management; power system

0 引言

隨著我國電網(wǎng)智能化建設(shè)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)在電網(wǎng)建設(shè)和運行管理中發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著電力系統(tǒng)信息通信設(shè)備規(guī)模的擴(kuò)大，其運維風(fēng)險和安全要求也不斷增加。面對這些挑戰(zhàn)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供了一種有效的解決方案，尤其是在實時監(jiān)控電力通信設(shè)備方面發(fā)揮重要作用。RFID的核心部件包括電子標(biāo)簽和讀寫器，能在一定范圍內(nèi)讀取標(biāo)簽信息，用于識別物品或人的身份[1-2]。RFID技術(shù)的優(yōu)勢顯著，包括大容量數(shù)據(jù)存儲、快速便捷的讀取方式、遠(yuǎn)距離讀取、自動化操作等[3]。本文提出一種基于RFID事件處理技術(shù)的電力通信設(shè)備管理系統(tǒng)，旨在提升電力通信機(jī)房的通信效率與穩(wěn)定性。

1 RFID技術(shù)原理

RFID（射頻識別）技術(shù)作為一種尖端的無線射頻非接觸式通信技術(shù)，專門用于精準(zhǔn)地識別目標(biāo)對象并獲取其相關(guān)信息。這項技術(shù)的關(guān)鍵之處在于其精妙設(shè)計的電子標(biāo)簽和高效的讀寫器，共同構(gòu)成了一個高度互動的雙向通信系統(tǒng)。每個電子標(biāo)簽都嵌入了一個獨特的識別碼和其他信息，這些標(biāo)簽可以在一定距離內(nèi)被讀寫器識別和讀取。RFID系統(tǒng)主要由控制系統(tǒng)、RFID讀寫器和電子標(biāo)簽組成。控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理讀寫器收集的數(shù)據(jù)，而讀寫器則是與電子標(biāo)簽進(jìn)行通信的關(guān)鍵設(shè)備。電子標(biāo)簽則扮演著存儲并傳遞信息的角色。這三個組成部分相互協(xié)作，共同構(gòu)成了RFID系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，有效實現(xiàn)了高效和自動化的目標(biāo)識別與數(shù)據(jù)收集[4]。其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

RFID讀寫器是RFID系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，包括多個重要的子模塊，如射頻單元、電源模塊、存儲器和數(shù)據(jù)協(xié)議棧處理模塊。射頻單元在RFID系統(tǒng)中發(fā)揮著核心作用，負(fù)責(zé)發(fā)射和接收射頻信號，確保與電子標(biāo)簽的高效通信。電源模塊為讀寫器供電，保障設(shè)備的穩(wěn)定運行。存儲器用于數(shù)據(jù)儲存，而數(shù)據(jù)協(xié)議棧處理模塊則像一個控制中心，處理解碼任務(wù)、執(zhí)行上層應(yīng)用指令以及管理標(biāo)簽的讀寫操作。此外，為增強(qiáng)性能，某些系統(tǒng)還整合了防碰撞和加解密功能。接口電路則提供與上層應(yīng)用的連接，包括RS232、RS485、韋根接口和USB等[5-6]。電子標(biāo)簽由天線、射頻接口和芯片構(gòu)成，其中射頻接口包含調(diào)制解調(diào)器和電壓調(diào)節(jié)器，負(fù)責(zé)通信和能量管理，電子標(biāo)簽內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

RFID系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)的分層設(shè)計理念，構(gòu)建了一個四層架構(gòu)：應(yīng)用業(yè)務(wù)層、服務(wù)器層、中間件層和設(shè)備層。這種層級結(jié)構(gòu)清晰劃分了功能與職責(zé)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性。應(yīng)用業(yè)務(wù)層是用戶直接接觸的最高層，處理如查詢、統(tǒng)計、報告生成等業(yè)務(wù)請求，其設(shè)計依據(jù)具體應(yīng)用需求而定。服務(wù)器層位于應(yīng)用層下方，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)邏輯處理。中間件層作為服務(wù)器層與設(shè)備層間的橋梁，負(fù)責(zé)獲取處理事件，并控制設(shè)備層硬件。設(shè)備層，作為基礎(chǔ)層，包含RFID讀寫器和電子標(biāo)簽等硬件，執(zhí)行中間件層指令并返回結(jié)果[7]。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

當(dāng)應(yīng)用業(yè)務(wù)層發(fā)起業(yè)務(wù)請求時，服務(wù)器層接收并處理請求，中間件層從服務(wù)器層獲取事件并控制設(shè)備層硬件執(zhí)行操作，操作結(jié)果經(jīng)中間件層返回服務(wù)器層，再由服務(wù)器層傳回應(yīng)用業(yè)務(wù)層，完成處理流程。這種分層架構(gòu)確保了系統(tǒng)的高效運行，同時提高了可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。設(shè)備層是RFID監(jiān)控和管理系統(tǒng)的核心，包括幾個關(guān)鍵組件：固定式RFID讀寫器、天線、RFID設(shè)備標(biāo)簽，以及安裝在通信機(jī)房或備品庫出入口的固定式RFID讀寫器、天線和聲光報警器，這些元素共同構(gòu)建了一個高效的監(jiān)控系統(tǒng)。固定式RFID讀寫器和天線被安裝于機(jī)房內(nèi)部，通過以太網(wǎng)與服務(wù)器和應(yīng)用業(yè)務(wù)端連接，其主要功能是感應(yīng)經(jīng)過的RFID標(biāo)簽并獲取標(biāo)簽的EPC編號。RFID設(shè)備標(biāo)簽附于被監(jiān)控設(shè)備上，含有獨特識別信息。聲光報警器安裝在關(guān)鍵區(qū)域，如出入口，用于異常情況下發(fā)出警報。當(dāng)固定式讀寫器感應(yīng)到標(biāo)簽時，獲取標(biāo)簽EPC編號并傳至中間件層，再由服務(wù)器處理。異常情況下，聲光報警器觸發(fā)，業(yè)務(wù)層應(yīng)用程序?qū)崟r顯示數(shù)據(jù)和警報信息，如設(shè)備被非法移動或讀寫器故障。

3 關(guān)鍵部件設(shè)計及選型

選擇讀寫器和天線時，需考慮通信距離等實際需求，市場上流行的超高頻讀寫器品牌包括UHF、AWID和ALien系列。超高頻讀寫器主要性能比較如表1所示。

在天線選擇上，本文考慮了線極化和圓極化兩種類型。線極化天線適用于標(biāo)簽方向固定且已知的場景，能提供更精確的讀取。圓極化天線適用于標(biāo)簽方向不固定或未知的場景，提供更廣泛的覆蓋范圍。兩種天線特點如表2所示。

為了實現(xiàn)對RFID技術(shù)的有效應(yīng)用，經(jīng)過詳細(xì)的分析和比較，課題組選擇了型號為BJSF-401的固定式無源超高頻四通道分體式RFID讀寫器，符合ISO180006C和EPC G2標(biāo)準(zhǔn)，工作頻率在902～928MHz范圍內(nèi)?？紤]到設(shè)備移動主要涉及進(jìn)出兩個方向，線極化天線可滿足系統(tǒng)需求。因此，選擇型號RFID900V12120A的線極化條形天線，尺寸為120 mm×90 mm×8 mm。所采用的防碰撞算法是幀時隙ALOHA算法或動態(tài)幀時隙ALOHA（Q算法）。Q算法通過動態(tài)調(diào)整幀時隙大小，有效減少標(biāo)簽間的讀取沖突，提高系統(tǒng)的讀取效率和穩(wěn)定性。Q算法模型如圖4所示。

4 結(jié)束語

本文探討了RFID技術(shù)及其在電力通信設(shè)備管理中的應(yīng)用，基于對射頻識別系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的深入研究，針對電力通信設(shè)備管理的具體需求，融合了復(fù)雜事件處理的理念，設(shè)計了一種基于射頻識別事件處理技術(shù)的電力通信設(shè)備實時管理系統(tǒng)。研究涵蓋了電力通信設(shè)備管理的現(xiàn)狀，并提出了電力通信裝備管理系統(tǒng)的整體架構(gòu)。目前設(shè)計的系統(tǒng)軟件在實時智能監(jiān)控方面表現(xiàn)良好，未來的工作方向可以考慮將其與傳感監(jiān)控等技術(shù)結(jié)合，以進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的性能和應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)

[1] WU Miao， LU Tingjie， LING Feiyang. Research on the architecture of internet of things. Processing on ICACTE，2020（5）：484-487.

[2] 霍騁，石夏琴，何怡剛．智能電網(wǎng)中射頻識別技術(shù)的研究[J]．電工技術(shù)學(xué)報，2022（28）：383-386．

[3] 姚志濱．基于RFID的設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D]．昆明：云南大學(xué)，2022．

[4] 張鴻湛．射頻識別技術(shù)（RFID）在電力資產(chǎn)聯(lián)動中的應(yīng)用[J]．中國電力，2022（4）：89-92．

[5] 吳歡歡，周建平，許燕，等．RFID發(fā)展及其應(yīng)用綜述[J]．計算機(jī)應(yīng)用與軟件，2021（12）：203-206．

[6] 賀彩玲，張翠花．RFID國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢探究[J]．電子測試，2021（8）：217-218．

[7] 李世杰．RFID技術(shù)綜述及其應(yīng)用現(xiàn)狀[J]．電子世界，2021（24）：11．