基于RFID技术的电力通信设备设计

摘要：随着我国智能电网全面铺设及电力信息交互的复杂性增加，电力通信机房设备的实时监控至关重要。该文提出了一种基于RFID事件处理技术的电力通信设备管理系统，该系统可实时采集设备状态、位置和出入库信息，数据经处理后传至监控中心，后台系统进行数据分析和辅助决策，提供友好用户界面，确保电力通信安全稳定。该系统方案有助于提升电力通信设备的运行效率，降低运行风险。

关键词：物联网；RFID；无线通信；设备管理；电力系统

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.016

中图分类号：TN 92；TP 391.44 文献标志码：A 文章编码：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

随着我国电网智能化建设的发展，物联网信息技术在电网建设和运行管理中发挥着越来越重要的作用。随着电力系统信息通信设备规模的扩大，其运维风险和安全要求也不断增加。面对这些挑战，物联网技术提供了一种有效的解决方案，尤其是在实时监控电力通信设备方面发挥重要作用。RFID的核心部件包括电子标签和读写器，能在一定范围内读取标签信息，用于识别物品或人的身份[1-2]。RFID技术的优势显著，包括大容量数据存储、快速便捷的读取方式、远距离读取、自动化操作等[3]。本文提出一种基于RFID事件处理技术的电力通信设备管理系统，旨在提升电力通信机房的通信效率与稳定性。

1 RFID技术原理

RFID（射频识别）技术作为一种尖端的无线射频非接触式通信技术，专门用于精准地识别目标对象并获取其相关信息。这项技术的关键之处在于其精妙设计的电子标签和高效的读写器，共同构成了一个高度互动的双向通信系统。每个电子标签都嵌入了一个独特的识别码和其他信息，这些标签可以在一定距离内被读写器识别和读取。RFID系统主要由控制系统、RFID读写器和电子标签组成。控制系统负责处理读写器收集的数据，而读写器则是与电子标签进行通信的关键设备。电子标签则扮演着存储并传递信息的角色。这三个组成部分相互协作，共同构成了RFID系统的整体结构，有效实现了高效和自动化的目标识别与数据收集[4]。其具体结构如图1所示。

RFID读写器是RFID系统的关键组成部分，包括多个重要的子模块，如射频单元、电源模块、存储器和数据协议栈处理模块。射频单元在RFID系统中发挥着核心作用，负责发射和接收射频信号，确保与电子标签的高效通信。电源模块为读写器供电，保障设备的稳定运行。存储器用于数据储存，而数据协议栈处理模块则像一个控制中心，处理解码任务、执行上层应用指令以及管理标签的读写操作。此外，为增强性能，某些系统还整合了防碰撞和加解密功能。接口电路则提供与上层应用的连接，包括RS232、RS485、韦根接口和USB等[5-6]。电子标签由天线、射频接口和芯片构成，其中射频接口包含调制解调器和电压调节器，负责通信和能量管理，电子标签内部结构如图2所示。

2 系统总体设计方案

RFID系统采用物联网的分层设计理念，构建了一个四层架构：应用业务层、服务器层、中间件层和设备层。这种层级结构清晰划分了功能与职责，增强了系统的灵活性和扩展性。应用业务层是用户直接接触的最高层，处理如查询、统计、报告生成等业务请求，其设计依据具体应用需求而定。服务器层位于应用层下方，负责数据存储和业务逻辑处理。中间件层作为服务器层与设备层间的桥梁，负责获取处理事件，并控制设备层硬件。设备层，作为基础层，包含RFID读写器和电子标签等硬件，执行中间件层指令并返回结果[7]。系统整体结构如图3所示。

当应用业务层发起业务请求时，服务器层接收并处理请求，中间件层从服务器层获取事件并控制设备层硬件执行操作，操作结果经中间件层返回服务器层，再由服务器层传回应用业务层，完成处理流程。这种分层架构确保了系统的高效运行，同时提高了可维护性和可扩展性。设备层是RFID监控和管理系统的核心，包括几个关键组件：固定式RFID读写器、天线、RFID设备标签，以及安装在通信机房或备品库出入口的固定式RFID读写器、天线和声光报警器，这些元素共同构建了一个高效的监控系统。固定式RFID读写器和天线被安装于机房内部，通过以太网与服务器和应用业务端连接，其主要功能是感应经过的RFID标签并获取标签的EPC编号。RFID设备标签附于被监控设备上，含有独特识别信息。声光报警器安装在关键区域，如出入口，用于异常情况下发出警报。当固定式读写器感应到标签时，获取标签EPC编号并传至中间件层，再由服务器处理。异常情况下，声光报警器触发，业务层应用程序实时显示数据和警报信息，如设备被非法移动或读写器故障。

3 关键部件设计及选型

选择读写器和天线时，需考虑通信距离等实际需求，市场上流行的超高频读写器品牌包括UHF、AWID和ALien系列。超高频读写器主要性能比较如表1所示。

在天线选择上，本文考虑了线极化和圆极化两种类型。线极化天线适用于标签方向固定且已知的场景，能提供更精确的读取。圆极化天线适用于标签方向不固定或未知的场景，提供更广泛的覆盖范围。两种天线特点如表2所示。

为了实现对RFID技术的有效应用，经过详细的分析和比较，课题组选择了型号为BJSF-401的固定式无源超高频四通道分体式RFID读写器，符合ISO180006C和EPC G2标准，工作频率在902～928MHz范围内。考虑到设备移动主要涉及进出两个方向，线极化天线可满足系统需求。因此，选择型号RFID900V12120A的线极化条形天线，尺寸为120 mm×90 mm×8 mm。所采用的防碰撞算法是帧时隙ALOHA算法或动态帧时隙ALOHA（Q算法）。Q算法通过动态调整帧时隙大小，有效减少标签间的读取冲突，提高系统的读取效率和稳定性。Q算法模型如图4所示。

4 结束语

本文探讨了RFID技术及其在电力通信设备管理中的应用，基于对射频识别系统关键技术的深入研究，针对电力通信设备管理的具体需求，融合了复杂事件处理的理念，设计了一种基于射频识别事件处理技术的电力通信设备实时管理系统。研究涵盖了电力通信设备管理的现状，并提出了电力通信装备管理系统的整体架构。目前设计的系统软件在实时智能监控方面表现良好，未来的工作方向可以考虑将其与传感监控等技术结合，以进一步增强系统的性能和应用范围。

参考文献

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