基于射频识别技术的实验室无纸化检测研究

雷岩团哏，李博，李海荣，马金才，彭平

（1.云南电网有限责任公司德宏供电局，云南 芒市 678400；2.云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217；3.云南电网有限责任公司迪庆供电局，云南 迪庆 674400；4.云南电网有限责任公司寻甸供电有限公司，云南 寻甸655200；5.云南电网有限责任公司建水供电有限公司，云南 建水 654300）

0 前言

电力系统实验室承担着电气设备及其辅助装置或配件的检定、校准、检测等量值传递工作，标准装置维护，科研等重任，正确的实验数据保证电力系统的安全稳定，而正常的实验室设备则保证电力实验数据的准确性。实验室设备管理水平和检测效率就显得尤为重要。当前，还在采用纸质的标签和记录对设备进行管理和人工记录数据的方式。对于实验室检测，如何选择合适的方法及采用合理的管理技术以提升检测效率，已经成为国内外实验室机构研究探讨的重要课题。

本文根据数字化实验室、物联网一体化智能识别管理开发应用需要，针对现有主流自动感知识别技术进行了对比性的研究，分析了实验室检测设备的多种识别形式及设备管理策略，力求实现通过自动感知识别技术和数字化实验室、物联网技术相结合的方式，有效提升实验室检测效率和管理水平。

1 计量实验室数字化检测现状

物联网技术在电力行业已进行探索性研究应用，它正在与智能电网发展的内在需求结合。智能变电站采用的设备在线监测技术、电气设备之间以及设备与人员之间通过各种信息传感技术，如：RFID、红外测温、人员安全定位系统等，结合已有的网络技术形成一个智能网络，为建立区域性变电设备物联网提供了很好的基础。物联网技术特点在实验室有体现，比如表计的条码入库管理等，但是未形成实验室环境、人员、装置等于一体的“物物相连”及“物人相连”整体物联网。

2 设备身份标识及自动感知识别技术

传统的感知系统或是监控系统（如变电站在线监测系统），更着重于对静态对象当前属性的检测、分析及诊断识别，而不是对对象过程属性的标示和跟踪。物联网的感知网除关注对象属性等信息感知获取外，最根本假设在于物理世界每一个对象都有自己的唯一身份标识，且对象通常都不是“静止”的, 而是处于“运动”的状态，因此如何建立对象身份标识，身份标识及附带信息能够由合适的载体承载，被物理世界快速感知成为物联网基础。目前物联网自动感知识别技术主要包括一维条形码技术、二维码技术及RFID 技术。

2.1 一维条码技术

一维条码是由条，空及对应字符组成的排列规则的标识。条和空的不同宽度和位置代表着条码所包含的内容信息，整条条形码的宽度和印刷的精度代表了信息量的容量大小。

2.2 二维条码技术

二维条码按照其实现方式的不同主要分为堆叠式（又称行排式二维码）和矩阵式两种类型，常见的为矩阵式二维码（以下简称二维码），二维码在两个维度上的图形都有数据意义。

2.3 RFID技术

RFID（Radio Frequency Identification）即无限射频识别技术，通过电子技术将信息存储在一个永久性的存储器上，标签中间有一个微型无线电波收发器。阅读器发射编码的无线电信号以“询问”射频标签，并且标签在接收到信号之后通过发送其自己的标识进行响应。 RFID 系统通常由三个基本部分组成：标签、读写器和中央信息系统。RFID 系统组成框图如图1 所示。

图1 RFID系统组成框图

图2 数字化实验室移动检定技术和设备管理研究原理图

根据RFID 系统标签与读写器连接方式，包括主动式标签（有源标签：自身带电源，主动发射无线信号）及被动式标签（无源标签：不需要带电源，有读写器无线激活功能）。

2.4 综合比较

一维条码、二维条码及RFID 技术都具有各自的特点，结合这些优缺点，它们也各自适用于不同应用场合，两种技术都可以实现实验室设备信息自动感知识别设备，但在成本控制、传输距离、读写便捷性等方面有区别，相对而言一维条码存储信息容量小，不便于移动识别，二维条码不适用于碰撞污染环境，不可写，RFID 技术可读可写，存储信息容量大，可快速远距离识别适用于实验室检测。

3 数字化检测移动平台开发

基于RFID 自动感知识别设备信息基础上，建立RFID 与平板电脑信息交互，并通过平板电脑数字化检测应用开发，在平板电脑固化手工检测原始记录，通过RFID 扫描获取设备信息，自动填入原始记录，在平板电脑录入检测数据，实现检测数据自动修约处理机证书关联自动生成。从而整体实现实验室无纸化、移动检测。基于RFID 标签的数字化实验室移动检定技术和设备管理研究原理图如图2 所示。

移动式检测技术的系统移动平台技术架构图如下所示。涉及的关键技术有RFID，Android 或IOS 平台开发，XML、数据库技术、ASP.NET 及Framework 4.0 系统应用开发。系统架构主要分为数据层、数据交换层及展现层三层机构，功能如下：

1）数据层：应用XML 及SQL Server 技术实现底层数据的存储等功能。

2）数据交换层：移动终端通过蓝牙设备连接RIFD 读写器，读取设备信息。移动终端Android 平台系统调用蓝牙包读取蓝牙设备传输来到数据。

3）展现层：移动终端Android 或IOS 平台通过内嵌窗口调用ASP.NET 页面显示设备信息，Android 或IOS 平台负责流程的控制，ASP.NET 页面负责读写设备的名称、型号、生产厂家、准确等级等信息。展现层调用数据交换层发来的数据，把数据通过系统展现给用户。

图3 移动平台技术架构图

结合Android、IOS 平板电脑开发技术要求及生产信息管理系统（MIS、SAP）互联互通需要，基于RFID 标签的数字化实验室移动检定技术和设备管理系统建设采用以下基本思路：

1）采用分层结构，由生产信息管理系统（MIS、SAP）组成后台的业务流转，由实验室中心数据库存储实验室数据，平板电脑作为客户端实现功能应用。

2）系统前台分为智能扫描的RFID 设备和平板电脑的客户端，通过扫描设备标签读取设备信息，同时通过本地数据库和后台服务器的数据同步，实现实验设备的识别。

3）因USB RFID 读卡器的驱动开发难度较大和设备不一定具备USB 接口的特点，决定采用bluetooth（蓝牙）作为平板电脑和RFID 读写器的连接媒介。RFID 智能设备则不存在该问题（自身已集成）。

4）目前，大多企业已经上线了生产信息管理系统（MIS、SAP），只需在开发之前做好相应的接口约定，方便以后在不同平台的子系统间交换数据。

5）采用开放式可扩展的应用平台，满足应用功能的灵活扩展以及二次开发的需求。

6）系统预留第三方应用的标准接口，方便以后接入新的、甚至是不同平台的设备。基于RFID 标签的数字化实验室移动检定技术用于实现实验室手工检测项目数字化。

4 结束语

综上所述，研究比对了一维条形码、二维条码及RFID 自动感知技术，推荐了三项自动感知识别技术电力系统适合应用场合，研究了物联网自动感知识别、设备编码及安卓移动平台开发等关键技术，基于RFID 标签的数字化实验室移动检定技术和设备管理研究采用RFID 技术对设备编码，实现了设备身份标识及自动感知，并在此技术上开发的移动应用平台，在实验室无线网络环境下，可实现原始记录中送检设备信息自动读取，无纸化检测，检测数据自动修约处理及证书自动出具，实现了实验室手工检测无纸化及数字化，提高了实验室检测效率与信息交互水平。