无线射频身份识别技术在巡线信息采集系统中的应用

刘正梅　张博阳　吕实城

摘要:线路巡检工作是企业提高生产运行可靠率、保障系统安全运行的重要手段。本文研究的巡检系统,利用RFID技术、嵌入式技术、计算机和无线通信技术等来实现对巡检人员进行管理,保证工人及时、可靠巡线,对提高巡检效率以及设备的安全运行具有现实意义。

关键词:射频识别;标签;无线通信;嵌入式

1 引言

电力、通信、交通和石油等领域的线路巡检工作是这些生产部门安全生产必不可少的重要工作之一。输电、输气、输油等管线置于野外,常遭到自然或人为因素的破坏,需定期巡检,然而传统手工巡检方式存在巡检记录不规范、缺乏现代化管理手段等诸多问题,使巡线工作的效率低下、浪费许多人力物力,同时由于缺乏有效的监督工具,线路巡检的到位率以及巡检质量的高低得不到保证,管理人员无法监控巡线人员的是否到位,使得巡线质量得不到保证,对安全生产极为不利。为了能及时消除隐患,保障设备安全、可靠的运行,急需一种有助于安全生产的新型巡线仪。

2 系统整体框架

本系统是RFID技术、GPRS网络通讯技术和嵌入式技术相结合,需要有手持式巡检仪的硬件平台,通讯技术相关的协议和计算机软件程序等的支持,也就是通过巡检仪的设计要实现以下内容:即由岗位巡检人员将工作现场的位置信息(已保存在现场的RFID标签中),通过巡检仪上的读卡器读入巡检仪中,并且可由LCD显示。同时将巡检地点的故障信息及巡检人员所在位置信息通过GPRS网络传到监控中心PC机终端,这样就可以确定巡检人员是否到岗,由于GPRS网络的实时性,还可以及时了解设备运行状况,减少人为因素的影响,避免了人工巡视、手工纸介质记录以及人工计算机录入产生错误的可能性,使错误出现的几率降为最低,数据更加准确可靠。同时,也减轻了管理人员的工作强度,大大提高了工作效率,使岗位巡检工作变得更加方便、快捷、准确、有效。而且,便携式巡检仪和计算机组成的管理系统,还可以通过系统管理软件的处理,将便携式巡检仪中的数据信息转化为系统管理计算机可以处理的数据形式,并由系统管理计算机进行统一的管理。

该系统主要功能:

(1)掌握野外作业的巡检人员的到岗情况;

(2)将需要巡检的设备运行状况实时传回监控中心,并在监控中心计算机中备案。

3 无线射频身份识别技术

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,可工作于各种恶劣环境。RFID相比传统的识别系统具有信息量大,通过无线通信方式可重复读写数据,保密性极好,环境适应能力强,使用寿命更长。

RFID系统由两个部分组成:1标签(即射频卡);2阅读器。系统的基本工作流程是:阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号,当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流,射频卡获得能量被激活;射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去;系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号,经天线调节器传送到阅读器,阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理。

4 便携式巡检仪的硬件设计

便携式巡检仪在硬件资源的选取、电路设计等方面充分考虑到嵌入式系统低成本、低功耗、实现简单、可扩展性好等特点。硬件平台结构如图3所示,系统硬件应包括ARM9微处理器、存储器、LCD、按键、GPRS模块、读卡器模块等。硬件平台的具体实现, 还需要系统电源管理、串行接口电路、系统复位电路等许多功能单元。软件升级远比硬件方便,在硬件设计时尽可能留有余地,以便将来修改和扩充。

在微处理器的选择方面,对本系统设计的需求进行分析,系统需要一款低成本、低功耗、高性能的小尺寸的微处理器,并且可以外接LCD触摸屏,使操作更加简单方便,设计中需要用到两个串口分别与RFID模块和GPRS模块通信。所以本文采用了旨在为手持设备和嵌入式产品设计的三星S3C2410A微处理器。

在无线通信技术的选择方面,我们选择了成熟的GPRS无线通信技术,使用GPRS网络,用户不用自己单独架设通讯线路,它具有“永远在线”,收费低(按流量计费),信号覆盖面广等特点。本系统采用了能够满足设计要求、高性价比且内嵌TCP/IP协议的Sim300作为GPRS模块的芯片。

在GPRS的组网方式方面,本系统采用了监控中心使用Internet公网固定IP,巡检仪直接向中心发起连接的方式。这种方式运行可靠稳定,资金要求不高。

5便携式巡检仪的软件设计

从操作系统的可获得性,系统移植的难易性,应用程序及驱动开发的可靠性、难易性等方面考虑,本系统选择了Windows CE.Net5.0操作系统。

在操作系统的编译上,微软公司提供操作系统平台编译软件Platform Builder。利用PB编译工具定制了适合硬件系统的Windows CE.NET系统平台。具体步骤为:根据目标硬件设备开发Bootloader、设备驱动程序,裁剪和添加组件,对某些配置文件进行修改,然后封装所需要的各功能模块,编译生成OS镜像文件,通过以太网将镜像文件下载到目标设备,完成了平台的定制。

在应用程序的开发方面,微软公司提供了Embedded Visual C++,在Windos CE.Net 5.0及以后的版本更有Visual Studio 2005.NET的支持,本设计采用VS2005支持的VC++语言编写WinCE下运行的巡检仪控制程序。本程序的主要部分是对WinCE下串行通信的编程,实现对RFID模块和GPRS模块的控制。

6 结论

本论文采用的巡线方法提高了线路巡检的工作效率,有效避免漏巡、漏检等问题的发生,能够及时发现设备故障隐患,降低了线路的故障率,对提高设备运行的可靠性以及线路设备管理水平具有重要的应用价值。

参考文献

[1]李锦涛,射频识别(RFID)技术及其应用.中科院信息技术快报11期.2004.

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