一种智能工业巡采仪、巡采系统以及智能巡采方法

摘要

本发明公开了一种基于射频识别技术的智能工业巡采仪、巡采系统以及智能巡采方法。其中，智能工业巡采仪包括连接有存储模块、接口模块、时钟模块以及显示及触摸屏电路的微处理器CPU，CPU通过电压转换电路连接射频识别电路模块，射频识别电路模块可识别贴在被巡采设备上对应的射频电子标签。所述的智能巡采系统包括一个上位管理系统、n个智能工业巡采仪和待巡采设备群，待巡采设备群中的每个设备均贴有一个射频电子标签；上位管理系统中设置有上位管理机及数据库服务器，用来管理、调度整个巡采任务、存储设备群信息数据以及历史巡采数据；智能巡采仪集成有巡采软件系统，其配合上位管理机的上位管理系统软件及数据库服务器共同完成工业巡采任务。

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能工业巡采仪、巡采系统以及智能巡采方法。

背景技术

在包括流程工业、电力行业等在内的工业领域，安全问题一直是企业需要解决的首要问题。为了尽量减少事故的发生，对工业现场进行实时信息采集和监控成为事故防范的重要一环。

对工业现场设备进行实时监测，现行的普遍做法是在控制室中通过一台主机对与设备相关的所有仪表进行远程实时监控。但多年的事故统计表明，单靠这种远程监控并不能很好的避免事故的发生，同时由于信息本身特征或成本等原因，有一些工业现场信息不适合进行自动采集，因此绝大多数企业还派专人定时的到工业现场对一些重要信息，尤其是设备的状态信息，进行现场采集，信息采集的方式为手动抄写。但一方面，由于工业现场信息的规律性以及巡采人员本身的工作惰性，很多时候他们并没有真正的走到工业现场去，而是根据自己的经验随便写出采集数据，从而导致了一些本来可以避免的事故时有发生；另一方面，工业现场历史信息数据的记录和统计是对设备进行分析的重要依据，但手动抄写的方式得到的纸质报告无论在保存还是在数据分析和统计上都很不方便。

发明内容

本发明为了解决工业现场信息巡视采集过程中所存在的上述缺点，提供了一种基于射频识别(RFID)技术的智能工业巡视采集仪、巡视采集系统以及智能巡视采集方法，其可迫使巡视采集人员必须真正走到工业现场才能对相应设备的状态信息进行记录，同时还可以很方便的对历史巡采数据进行保存和统计。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种智能工业巡采仪，包括微处理器CPU，微处理器CPU连接有存储模块、接口模块、时钟模块以及显示及触摸屏电路，其特征在于，所述的微处理器CPU还通过一个电压转换电路连接一个射频识别电路模块，该射频识别电路模块可识别与工业现场设备一一对应的射频电子标签。

上述方案中，所述的射频识别电路模块包括一个射频读卡电路，该射频读卡电路输出两路信号：时钟信号CLK和解调输出信号D_OUT连接到微处理器CPU的通用IO口输入端；射频读卡电路包括休眠模式和工作模式，可通过手动控制的射频读卡电路模块输入信号SHD进行切换；在工作模式下，射频读卡电路通过天线发出能量，在工业现场中寻找到与其匹配的射频电子标签，然后对射频电子标签的ID-被巡采设备的“身份”进行识别。

所述的电压转换电路连接射频读卡电路输出的两路信号：每一路包括两个串联的第一电阻和第二电阻，信号先经过这两个电阻分压后再输入到微处理器CPU的通用IO口输入端。

所述的接口模块包括至少有USB接口电路以及与任一下述电路的组合：红外接口电路、音频接口电路、SD卡接口电路、以太网接口电路。

一种包括上述智能工业巡采仪的智能巡采系统，其特征在于，包括一个上位管理系统、n个智能工业巡采仪和待巡采设备群，待巡采设备群中的每个设备均贴有一个射频电子标签；上位管理系统包含一台上位管理机，其上设置有上位管理软件，用来管理、调度整个巡采任务；上位管理系统同时设置有数据库服务器，用来存储设备群信息数据以及历史巡采数据；所述的智能巡采仪以手持终端为载体，集成有巡采软件系统，配合上位管理系统中的上位管理软件及数据库服务器共同完成工业巡采任务。

一种包括上述智能工业巡采仪的智能巡采系统的智能巡采方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)将工业现场需要巡采的设备按照唯一性规则进行编码，并将此编码作为该设备的唯一身份标识，然后以ID形式写入射频电子标签中，最后将射频电子标签贴到相应设备上。这样标签就同设备建立起一一对应的关系，这一对应关系被存放到上位管理系统中的数据库中；

(2)每次巡采开始时，巡采人员随机选择第k个智能巡采仪，输入权限信息，登陆巡采仪中巡采软件系统后，该第k个智能巡采仪自动调整当前系统时间为标准时间，然后将该巡采仪与上位管理机通过USB接口相连，下载本次巡采路线以及待巡采设备的信息库，巡采路线由上位管理机结合实际情况随机生成，本次下载的内容将自动覆盖上次巡采所下载的内容；

(3)巡采人员手持第k个智能巡采仪按照从某一设备群的设备1到设备j巡采路线开始巡采，首先对设备“身份”进行识别，巡采人员通过切换信号SHD激活智能巡采仪的射频识别电路模块，使其从休眠模式进入工作模式，使射频识别电路模块中的天线发出能量寻找与其匹配的射频电子标签；

(4)当巡采人员对所识别到的设备进行“身份”确认后，智能巡采仪的巡采软件系统自动记录巡采人员到位时间，并自动调出该设备的状态信息供巡采人员进行确认或填写；当前设备巡采完毕后，巡采人员按照巡采仪的提示开始下一个设备的巡采，直到本次巡采路线中的所有设备1～j全部巡采完毕；

(5)当某一设备群的所有设备1～j巡采完毕，经巡采人员确认后，再次通过USB接口把巡采仪同上位管理机进行连接，把现场巡采数据同上位管理系统中历史巡采数据库中的数据进行同步，同步完毕后，巡采人员即可退出巡采仪中的巡采软件系统，从而完成此次巡采。

按照上述智能巡采方法，所述步骤(3)中，当巡采人员找到合适的标签并成功识别设备“身份”后，可再次通过切换信号SHD使射频识别电路模块进入休眠模式，以降低智能巡采仪的功耗。

本发明与传统的工业巡采方法相比，采用基于RFID(射频识别)技术的智能巡采仪及巡采系统可以实现对电子标签的快速读写，存储量大、能够穿透非导电性材料，无需直接接触、无需光学可视、无需人工干预即可完成信息输入和处理；工厂可以很方便的调配巡采人员，切实落实巡采工作，方便的对历史巡采数据进行归纳、统计，从而大幅度降低事故发生的频率；并且操作方便快捷，提高企业的设备管理和运作效率以及企业的信息化水平。除工业巡采外，本发明还可用于生产、物流、交通、医疗、防伪、跟踪等需要收集和处理数据的扩展领域。

附图说明

图1为本发明智能巡采仪的结构框图。

图2为图1中的电压转换电路的电路原理图。

图3为本发明巡采系统示意图。

图4为本发明上位管理软件架构。

图5为本发明巡采仪中的巡采软件系统架构。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种智能工业巡采仪，包括微处理器CPU，CPU连接有存储模块、接口模块、时钟模块以及显示及触摸屏电路；CPU还通过一个电压转换电路连接一个射频识别电路模块，该射频识别电路模块可识别贴在被巡采设备上对应的射频电子标签。除射频识别电路模块外，其他电路模块都是一般智能手持终端(PDA、个人数字助理)所具有。接口模块中的各种接口电路可以根据实际需要有选择性的添加。射频读卡电路输出高电平为5V，但CPU通用IO口能承受的电压为3.3V，因此需要有电压转换电路。

微处理器CPU可采用韩国三星公司的ARM9芯片S3C2410A，射频识别电路模块中的射频基站芯片采用瑞士EM公司的EM4095，频率为125KHz，属于低频范围。采用符合ISO11784/5协议的125KHz的射频电子标签。

如图2所示，以EM4095为核心的射频读卡电路输出两路信号：时钟信号CLK和解调输出信号D_OUT。这两路信号先经过电阻R1和电阻R2分压(5V到3.3V)，然后通过CPU的通用IO口输入CPU，CPU结合D_OUT信号的编码规则以及CLK和D_OUT的波形，解码得出被巡采设备射频电子标签的ID信息，从而识别出设备的“身份”。SHD是由巡采工人手动控制的一路用来切换射频读卡电路工作模式的信号，巡采人员可以通过控制其高低电平来使射频识别电路模块在休眠模式和工作模式之间切换。巡采仪中巡采软件系统架构如图5所示，操作系统为Windows CE 5.0，采用SQL Server CE2.0 SP4来管理其数据库。

射频识别电路模块有两种状态：休眠模式和工作模式，大多数时候，它处于休眠模式。当需要对设备“身份”进行识别时，巡采人员可以通过切换信号SHD激活射频识别电路模块，使其从休眠模式进入工作模式，这时射频识别电路模块中的天线开始发出能量寻找与其匹配的设备上的射频电子标签。找到合适的射频电子标签并成功识别设备“身份”后，巡采人员可以再次通过切换信号SHD使射频识别电路模块进入休眠模式，这样既降低了CPU功耗又减少了能量的损耗。

如图3所示，巡采系统由上位管理系统、基于射频识别的手持式巡采仪1、2...k...n、贴有射频电子标签的设备群组成。上位管理机中管理统软件架构如图5所示，采用Windows 2003 Server操作系统；上位管理机同时设有数据库服务器，数据库管理软件采用SQL Server 2000 SP4。

为了完成巡采任务，本发明可配备n台上述的巡采仪，它们可共同完成对n个待巡采设备群的巡采任务。这n台巡采仪统一受上位管理机的管理，上位管理机为它们随机分配巡采任务，定制巡采路线。

设某工厂n个巡采设备群中的一个设备群有j个需要巡采的设备。在构建系统的初期，对该设备群所有需要巡采的设备进行了统一编号(如图3中所示设备i、设备j的编号分别为i和j)，把这些编号写入射频电子标签后，每个射频电子标签就同相应的设备对应了起来，该设备就有了一个唯一的身份标识，最后，把这些标签贴到设备上。

某次巡采开始后，巡采人员随机选择巡采仪k准备巡采。首先，巡采人员输入用户名和密码登陆巡采仪上的巡采软件系统，只有登陆巡采软件系统后才能开始巡采。一旦巡采仪进入巡采软件系统，巡采仪会自动调整当前系统时间至当地标准时间，同时后台被锁定，巡采人员不能人为修改巡采仪中的某些状态信息(比如系统时间等)。然后到控制室把上位管理机同巡采仪通过USB接口连接起来，进行本次巡采任务以及相关设备信息的下载。任务下载完成后，开始进行巡采。按照图3所示，此次巡采路线为从设备1到设备j。

现假设n＝10，k＝4，j＝20，则巡采过程如下：

巡采人员甲手持巡采仪k开始本次巡采。到达设备1后，寻找设备1对应的射频电子标签，找到射频电子标签并成功识别后，射频电子标签返回ID信息“1”，巡采软件系统接收到信息“1”后，自动调出设备1的信息，若设备1为电机，系统调出以下几项与其相关的信息：

1)电机声音状态？A：正常；B：有异响

2)电机振动情况？A：正常；B：较大振动；C：剧烈振动

3)电机是否过热？A：正常；B：过热；C：冒烟

4)是否有其它异常？(由巡采人员根据实际情况总结填写)

巡采人员甲在巡采软件系统中对以上信息进行确认或填写，处理完所有项目后，即完成了对设备1的巡采。巡采仪提示对下一个设备——设备2进行巡采，依次类推，直到对此次巡采路线中的最后一个设备20巡采完毕。

巡采人员甲回到控制室，再次通过USB接口把巡采仪同上位管理机连接起来，通过上位机管理软件使数据库服务器中的数据同巡采仪中的巡采数据进行同步，即把巡采数据上传到数据库服务器。巡采数据包括此次巡采中各设备的状态信息、巡采人员甲的信息以及巡采人员到位的时间等等。这些状态信息基本能够真实、全面的反映出设备的状态。上传完毕后，巡采人员甲即可退出巡采仪中的巡采软件系统，从而完成此次巡采。在退出巡采软件系统的同时，后台锁定解除。巡采数据被存储到历史巡采信息数据库中后，上位机管理员可以随时调出历史巡采数据进行查看或处理。上位管理系统也可以根据历史数据给出诸如特定设备的历史状态曲线、某个巡采人员的日常表现曲线等比较直观的信息供管理人员参考。与巡采人员甲类似，其他巡采人员各自完成上位管理机分配给自己的其它设备群的巡采任务。

通过以上实施方式，使本发明所述的一种基于射频识别技术的工业巡采仪的功能及相应的巡采方法得以实现。本发明巡采仪以及巡采方法的使用可以达到以下目的：工厂可以很方便的调配巡采人员，切实的落实巡采工作，方便的对历史巡采数据进行归纳、统计，从而大幅度降低事故发生的频率，并且操作方便快捷，提高企业的设备管理和运作效率和企业的信息化水平。