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基于RFID电子标签电力计量设备管理系统

RFID技术简述RFID(Radio Frequency Identification)，即射频识别。又称电子标签。RFID技术是从20世纪8O年代走向成熟的一项非接触式的自动识别技术，与传统的条形码识别技术相比有很多优点：一是可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体：二是采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；三是可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读Ⅲ；另外，它还具有普通条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、读取距离远及标签数据的可重复读写等特点。

　　最基本的RFID系统由三部分组成：标签(Tag)。由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；读写器(Reader)，读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna)，在标签和读写器问传递射频信号。

　　RFID系统的工作原理：如下图表1所示，标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号。凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签)；读写器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。　　Ø  读写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，射频卡获得能量被启动。
　　Ø  射频卡将自身编码等信息透过卡内天线发送出去。
　　Ø  读写器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读写器，读写器对接收的信号进行解调和译码然后送到后台软件系统处理。
　　Ø  后台软件系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行相应的动作。

　　1.1  RFID电子标签对比条码标签的优势

　　条形码技术已经出现多年，对于资产生命周期的管理，起着至关重要的作用，在一定程度上提高工作效率。它以其价格低廉的优势，深受各行各业的欢迎，并得以广泛应用，但条形码标签较之RFID电子标签也存在着很多弱点。

　　1）  条形码标签一次只能读一次，而RFID电子标签具有复读功能，一次能识别多个标签，可以实现大批量快速的交换识别，提高生产效率。例如：在电力计量器具的出入库，可以实现群体识别。

　　2）  条码标签容易被污染且寿命短，而RFID标签的耐磨损及污染，寿命可达15年。

　　3）  条形码标签必须正面识别，而RFID标签的方向感比较弱，可以在任何方为识别。例如：在电力巡检时，可以识别设备柜内的电力设施。

　　4）  条形码扫描识别距离有限，而RFID识别距离在5-8M之间。例如：在电力巡视时，识别高处的电力设别，同时远离高压，增加人身安全。

　　5）  条形码标签可以直视阅读且能够复制，而RFID标签内容不可更改和复制，具有一定的防伪防盗功能。

　　6）  RFID技术的应用，可以使整个资产管理进一步信息化、数字化、从而使管理上一个台阶。

　　1.2  电力计量器管理概况

　　电力系统各网省公司与各直辖市公司在电力计量器具方面，都有自己独特的管理手段。就某电力电能计量中心来说，采用的是“属地局需求→集中采购→集中检定→统一配送”的原则。为了达到器具的全生命周期的管理，每只器具均设定了“待到货→到货→库存待检 →工区待检→……→报废检定→报废”等30多个状态，这些状态的改变均需要特定操作，即要对每只器具进行至少一次的识度操作。目前每年大约有50万器具的检定工作，对于这样一个数字级的器具，其出入库、关口交接都是必须的。可想而知，工作量巨大。如果需要手工录入或利用条形码扫描，都是不实用的。这就需要我们寻找一种快速、准确识度批量设备的方式，这就是射频识别。

　　根据该电力电能计量中心的具体需求，我们设计出一整套RFID应用解决方案----基于超高频电子标签电力计量设备系统。该系统实现了计量工具的群体识别，使得库房、检定、配送等各关节的交接识别确认变得轻松，大大提高了电力电能中心的生产效率，同时，更高一层次的实现了电能计量器具的全生命周期的管理，使电力资产管理水平上升了一个新台阶，深受用户的好评论。
从图可以看出，电力计量自采购入库交付用户基本上都是在仓库和检定室之间完成的。对于这种作业流程需要对关键点进行设备的数据的RFID自动采集。为此，我们针对其现有的流程，进行了RFID设计规划，具体如图表3 RFID规划作业流程：
　　2.1.1 RFID整体设计

　　RFID整体设计如下图表4
该RFID系统，基本上可以划分为两个子系统

　　2.1.1.1 RFID电子标签批量制作

　　电子标签按照供电方式分：有源和无源两种。无源标签没有电源，采用感应起电产生的电流为标签供电。作用距离相对较短，但免换电池，特别适合于电力系统应用，也是目前市场应用的主流方向。

　　电子标签按照频率分：低频（125K）、高频（13.56M)、超高频（915M-48G）针对此项目，我们采用超高频，无源电子标签。通过大量的实验，此类电子标签，适合于长时间粘贴在电力设备上，阅读距离远（5-8M），且群读效果优于其他频段，他完全能满足此项目的要求。

　　由于该计量中心的工序要求，保证检验台的单体识别和条形码的直接性，我们设计条形码标签和电子标签同时并存，来标示设备。一只电子标签，同时具有条形码。

　　在电子标签正式使用之前，必须有读写设备对其进行初始化--赋ID号。小批量不规则的电子标签，可由读写器进行赋值，大批量电子标签，可使用RFID打印机，进行逐个写入。根据本系统的要求，我们采用RFID打印机进行ID号赋值。我饿定义的电子标签，通过发卡器打印预先赋ID号，ID号是由后台(MIS）根据用户的要求产生的，具有唯一性。RFID打印机，一是写电子标签ID，二是打印条形码电子标签，粘贴在电力计量设备内部，以便群体识别。

      Ø  携带RFID标签设备的群体识别系统

　　固定式阅读器是固定安装在供需分界点，完成群读、录入、识别、确认功能，要求阅读数量准确，无漏读，并且群读数量越多越好。我们定制四套固定式阅读器，分别安装在，A库房与外界分界点；B三相电度表检验室与外界分界点；C单项电度表检验室与外界分界点；D互感器检验室与外界分界点。每个分界点阅读器均配置四天线，可群读设备上的标签，并与MIS接口，实现群体录入功能。硬件接口为LAN、串口可选。

　　多个带有电子标签的电力设备，在进出库、出入检定室时，均有固定式阅读器群体识别，所识别的ID号进入数据库，完成数据的采集。

　　安装在各关节群体识别设备：1）识别门　2.2  系统功能指标及特点
　　1.      成品电子标签批量打印，生产能力：2——4万只/天。
　　2.      利用射频门形式，实现128只电子标签（以≤0.5M/S速度）通过识别区被全部读出，数据读写正确率达100%。
　　3.      利用识别室形式，实现128只电子标签在室内识别区被全部读出，数据读写正确率达100%。
　　4.      建立基于超高频电子标签的RFID中间件系统（MIS接口）。

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