《電子技術應用》
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基于PDA的智能巡檢系統(tǒng)的設計
摘要: 提出了一種基于PDA來提高巡檢工作效率, 從而有效監(jiān)控設備工作狀態(tài)的智能巡檢系統(tǒng)的設計方法。該方法利用射頻識別自動進入相應的參數(shù)記錄界面, 并在記錄設備的工作參數(shù)信息后, 通過GPRS自動傳輸數(shù)據(jù), 以便為巡檢工作提供方便。
關鍵詞: 傳感技術 巡檢 智能 PDA
Abstract:
Key words :

  0 引言

  日常的設備巡檢工作往往存在著巡檢設備多、巡檢選項復雜等問題, 同時, 采用手工紙質記錄方式, 也會存在無監(jiān)督, 記錄不規(guī)范, 管理不便等人為因素, 因而無法保證巡檢結果的準確性。為此, 本文設計開發(fā)了一套基于PDA智能巡檢系統(tǒng)。PDA的優(yōu)點是輕便、小巧、移動性強, 辦公地點可以是非固定的。而通過射頻識別方式進入巡檢系統(tǒng), 則能夠保證巡檢到位, 而且其強大的網絡覆蓋優(yōu)勢也使系統(tǒng)可以遠距離使用。因此, 在巡檢工作中應用PDA能夠加快設備信息的收集及處理速度, 防止巡檢工作出現(xiàn)疏漏, 及時發(fā)現(xiàn)設備故障, 保證設備的正常運行。

  1 系統(tǒng)組成

  智能巡檢系統(tǒng)主要由射頻識別、參數(shù)記錄、數(shù)據(jù)上傳等三個模塊組成。其中, 射頻識別模塊主要用于識別特定的設備, 進入相應的巡檢項目填寫界面; 而參數(shù)記錄主要用于處理記錄的數(shù)據(jù), 包括對記錄數(shù)據(jù)進行編碼和加密等過程。數(shù)據(jù)上傳模塊可以不斷掃描是否有已記錄但未發(fā)送的數(shù)據(jù), 并通過GPRS網絡將記錄后的數(shù)據(jù)上傳到服務器。其工作過程如圖1所示。

智能巡檢系統(tǒng)工作過程示意圖

圖1 智能巡檢系統(tǒng)工作過程示意圖

  1.1 PDA的操作系統(tǒng)

  嵌入式操作系統(tǒng)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應用的操作系統(tǒng)軟件, 它能夠有效管理復雜的系統(tǒng)資源, 完成進程管理、處理器調度、存儲管理、設備管理、中斷處理等操作系統(tǒng)任務。本文所使用的PDA采用的是WINCE5.0系統(tǒng)。WindowsCE是微軟公司的嵌入式、移動計算平臺的基礎, 它是一個開放的、可升級的32位嵌入式操作系統(tǒng), 是基于掌上型電腦類電子設備的操作系統(tǒng), 該系統(tǒng)的圖形用戶界面相當出色。Windows CE是所有源代碼全部由微軟自行開發(fā)的嵌入式新型操作系統(tǒng),其操作界面雖來源于Windows 95/98, 但WindowsCE是基于WIN32 API重新開發(fā)的新型信息設備平臺。Windows CE 具有模塊化、結構化和基于Win32 應用程序接口且與處理器無關等特點。

  Windows CE不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面,并且在Windows CE平臺上可以使用Windows 95/98上的編程工具(如Visual Basic、Visual C++等),也可使用同樣的函數(shù)和同樣的界面風格, 從而使絕大多數(shù)應用軟件只需簡單的修改和移植, 就可以在Windows CE平臺上繼續(xù)使用。

  1.2 射頻識別模塊

  本設計中的射頻識別采用的是秀派公司的SP-RFS-300 閱讀器, 其工作頻段是2.4 GHz ~2.4835 GHz。該模塊的特點是識別速度快, 識別距離遠, 并采用固態(tài)封裝, 抗高強度跌落與振動, 因此, 比較適用于本巡檢系統(tǒng)的需要。系統(tǒng)中的標簽采用有源式主動發(fā)射信號給閱讀器, 以便閱讀器能及時收到標簽信息。

  1.3 數(shù)據(jù)采集和上傳模塊

  數(shù)據(jù)采集模塊主要用于記錄設備參數(shù)和檢查設備狀態(tài), 并將巡檢后的結果保存至本地。每一個巡檢設備都裝有一個固定的有源卡。巡檢人員到達巡檢室后, 可通過識別接收卡源信息進入不同的巡檢項目。在按照設備實際狀態(tài)記錄相應的參數(shù)后, 可保存巡檢結果, 且在保存的同時, 由系統(tǒng)自動激活發(fā)送線程并在后臺通過GPRS將巡檢結果發(fā)送至服務器。

 

  2 巡線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

  為了達到管理規(guī)范、巡檢自動化的要求, 本設計的基于PDA的智能巡檢系統(tǒng)應具有以下基本要求:

  ◇ 能夠通過無線射頻識別技術識別一定范圍內的對象, 并能獲取相關數(shù)據(jù);

  ◇ 能夠實時地與監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)交互;

  ◇ 具有友好的人機交互界面, 并具備數(shù)據(jù)處理能力;

  ◇ 能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝Ш桶踩?/p>

  2.1 系統(tǒng)設計方案與模塊劃分

  基于PDA的智能巡檢系統(tǒng)可由帶有GPRS模塊和射頻識別模塊的PDA以及數(shù)據(jù)處理軟件組成。系統(tǒng)設計方案是首先由射頻識別模塊識別設備, 并進入相應的巡檢界面, 然后由現(xiàn)場巡線員記錄相應設備的數(shù)據(jù)信息后, 再將巡檢結果保存至本機。同時, 系統(tǒng)后臺將自動檢測待發(fā)送的數(shù)據(jù), 并實時上傳到服務器, 以供上級部門進一步統(tǒng)計、分析和處理。該系統(tǒng)的通信內容主要由PDA與射頻識別模塊的通信和PDA與服務器端主機的通信兩部分組成。

  在巡檢工作中, 客戶端PDA不需要與服務器端實時交互。因此, 本系統(tǒng)采用C/S模式, 其系統(tǒng)總體架構如圖2所示。

系統(tǒng)總體構架圖

圖2 系統(tǒng)總體構架圖

  2.2 PDA與射頻識別模塊的串口通信

  本系統(tǒng)采用射頻識別技術, 其射頻識別范圍只有1~5米。因此, 要求巡線員必須到達設備所在地后才能進行相關設備的巡檢工作, 從而保證巡線員的到位率。射頻識別模塊安裝在PDA機身內部。PDA內部有一個串行端口和射頻識別模塊相接。串行端口的功能是作為芯片和串行設備之間的編碼轉換器。當數(shù)據(jù)從芯片經過串行端口發(fā)送出去時, 字節(jié)數(shù)據(jù)被轉換為串行位, 然后在一根數(shù)據(jù)信號線上一位一位地傳輸。在到達數(shù)據(jù)接收端后, 串行位又將被轉換為字節(jié)數(shù)據(jù)。由于應用程序不斷的從射頻識別模塊的串口中讀取數(shù)據(jù), 而且讀取數(shù)據(jù)的速度相對較慢, 因此應創(chuàng)建單獨的線程來讀取串口中的數(shù)據(jù), 以避免阻塞主線程。

 

  2.3 PDA數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)

  基于PDA的智能巡檢系統(tǒng)具有身份驗證模式, 因此, 巡線員使用PDA時, 要按照嚴格要求輸入用戶名和密碼后方能進入系統(tǒng)繼續(xù)操作。另外, 本系統(tǒng)還具有自檢功能, 在數(shù)據(jù)記錄過程中, 一旦有漏檢現(xiàn)象發(fā)生, 系統(tǒng)會立即提醒巡線員并且禁止巡檢員的下一步操作, 從而保證了數(shù)據(jù)記錄的完整性, 圖3所示是本系統(tǒng)中的無線抄表界面圖。在數(shù)據(jù)記錄后, 系統(tǒng)將自動對巡檢數(shù)據(jù)進行加密處理, 服務器端接收數(shù)據(jù)后再自動解密, 這樣可以保證敏感數(shù)據(jù)的安全性。

無線抄表界面圖

圖3 無線抄表界面圖

  2.4 PDA與服務器端主機的通信

  PDA與服務器之間的數(shù)據(jù)傳輸可通過GPRS無線網絡來完成, 所以, 在傳輸文件之前, 需要將插有SIM卡的PDA開通GPRS服務。PDA通過GPRS登陸公網后, 即可獲得一個IP地址。由于PDA登陸公網所獲得的IP地址是隨機的, 因此,要求服務器的IP地址或者域名必須是固定的。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕?本系統(tǒng)的傳輸形式應以面向連接TCP/IP方式進行。而其程序則可用基于TCP的socket編程實現(xiàn), 具體步驟如下:

  (1) 初始化Socket, 并建立客戶端的Socket,確定要連接的服務器的主機名和端口;

  (2) 發(fā)送連接請求到服務器, 并等待服務器的回饋信息;

  (3) 連接成功后, 與服務器進行數(shù)據(jù)交互;

  (4) 數(shù)據(jù)讀取可通過Receive () 來完成, 數(shù)據(jù)的發(fā)送則通過Send () 來實現(xiàn);

  (5) 數(shù)據(jù)處理完畢后, 關閉自身的Socket連接。

  由于數(shù)據(jù)要通過外網傳輸, 而服務器則放置在內網中。因此, 出于安全的考慮, 設計時要進行內外網隔離。具體過程是在外網服務器接收PDA發(fā)送的數(shù)據(jù)后, 通過PC機的串口將數(shù)據(jù)轉發(fā)至內網服務器, 從而在物理層上實現(xiàn)內外網的隔離, 從而成功完成數(shù)據(jù)傳輸。

  3 結束語

  基于PDA的智能巡檢系統(tǒng)采用模塊化的思想設計, 可實現(xiàn)日常設備數(shù)據(jù)的采集和自動上傳等功能。該系統(tǒng)不僅提高了設備參數(shù)采集的效率,還可保證巡檢人員的到位率, 避免數(shù)據(jù)輸入錯誤。目前, 該系統(tǒng)已經在設備巡檢中得到了實際應用。

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