基于射頻識(shí)別技術(shù)的石油管道巡檢車(chē)載應(yīng)用系統(tǒng)

基于射頻識(shí)別技術(shù)的石油管道巡檢車(chē)載應(yīng)用系統(tǒng)

1巡檢人員檢測(cè)原油管道巡邏是指石油管道管理部門(mén)通過(guò)定期檢查和檢查其管轄范圍內(nèi)的原油管道，確保原油運(yùn)輸安全，防止發(fā)生逃油和逃油現(xiàn)象。長(zhǎng)期以來(lái),石油管道巡檢工作沿用著“一表制”的工作方式。巡檢車(chē)沿著石油管道行駛,每到一個(gè)巡檢站點(diǎn)(一千米一個(gè)),巡檢人員下車(chē)檢查;然后記錄有關(guān)情況,返回管道管理處統(tǒng)計(jì)巡檢情況。由于巡檢員的文化素質(zhì)參差不齊,而且很多巡檢員來(lái)自當(dāng)?shù)毓蛡虻墓と?難免有少數(shù)責(zé)任心不夠的巡檢人員,使得安全巡檢工作質(zhì)量大打折扣。RFID(RadioFrequencyIdentification,射頻識(shí)別技術(shù))是通過(guò)讀寫(xiě)器和黏附在物體上的標(biāo)簽之間的電磁耦合或電感耦合來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,以達(dá)到對(duì)物品的自動(dòng)識(shí)別。愛(ài)森哲實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)家弗格森認(rèn)為RFID是一種突破性的技術(shù):第一,可以識(shí)別單個(gè)的非常具體的物體,而不是像條形碼那樣只能識(shí)別一類物體;第二,其采用無(wú)線電射頻,可以透過(guò)外部材料讀取數(shù)據(jù),而條形碼必須靠激光來(lái)讀取信息;第三,可以同時(shí)對(duì)多個(gè)物體進(jìn)行識(shí)讀,而條形碼只能一個(gè)一個(gè)地讀。此外,儲(chǔ)存的信息量也非常大。RFID還是惟一可以實(shí)現(xiàn)多標(biāo)簽同時(shí)識(shí)別的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。2系統(tǒng)的組成和工作原則2.1rfid系統(tǒng)的工作原理典型的射頻識(shí)別系統(tǒng)由射頻標(biāo)簽、讀寫(xiě)器和應(yīng)用系統(tǒng)3部分構(gòu)成。標(biāo)簽(Tag)由耦合元件及芯片組成,每個(gè)標(biāo)簽具有惟一的電子編碼,附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。標(biāo)簽相當(dāng)于條碼技術(shù)中的條碼符號(hào),用來(lái)存儲(chǔ)需要識(shí)別傳輸?shù)男畔?另外,與條碼不同的是,標(biāo)簽必須能夠自動(dòng)或在外力的作用下,把存儲(chǔ)的信息主動(dòng)發(fā)射出去。閱讀器(Reader)是讀取(有時(shí)還可以寫(xiě)入)標(biāo)簽信息的設(shè)備,可設(shè)計(jì)為手持式或固定式。天線(Antenna)在標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號(hào)。在實(shí)際應(yīng)用中,除了系統(tǒng)功率,天線的形狀和相對(duì)位置也會(huì)影響數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收,需要專業(yè)人員對(duì)系統(tǒng)的天線進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝。RFID系統(tǒng)的工作原理是:閱讀器通過(guò)天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號(hào);當(dāng)RFID標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器工作場(chǎng)時(shí),其天線產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而RFID標(biāo)簽獲得能量被激活并向閱讀器發(fā)送出自身編碼等信息;閱讀器接收到來(lái)自標(biāo)簽的載波信號(hào),對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼后送至計(jì)算機(jī)主機(jī)進(jìn)行處理;計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該標(biāo)簽的合法性,針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制,發(fā)出指令信號(hào);RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出數(shù)據(jù)并送到控制邏輯,控制邏輯接收指令完成存儲(chǔ)、發(fā)送數(shù)據(jù)或其他操作。2.2巡檢信息采集巡檢業(yè)務(wù)操作流程如圖2所示,說(shuō)明如下:(1)在現(xiàn)有巡檢檢測(cè)點(diǎn)處埋藏RFID標(biāo)簽,標(biāo)簽記錄巡檢檢測(cè)點(diǎn)基本信息,如:巡檢點(diǎn)編號(hào)等。(2)建立巡檢管理信息系統(tǒng),主要包括:巡檢派送管理;巡檢線路管理;巡檢信息下傳管理;巡檢信息上傳管理;巡檢信息查詢管理;巡檢信息報(bào)表管理。(3)巡檢管理系統(tǒng)將巡檢數(shù)據(jù),如:巡檢車(chē)輛牌號(hào)、巡檢人員、巡檢路線、巡檢出發(fā)時(shí)間、巡檢要求等信息通過(guò)巡檢管理系統(tǒng)發(fā)送到RFID識(shí)讀器上,從管道管理部門(mén)出發(fā)。(4)巡檢人員隨巡檢車(chē)來(lái)到巡檢檢測(cè)點(diǎn),巡檢人員將RFID識(shí)讀器靠近巡檢檢測(cè)點(diǎn)(距離約1m),RFID識(shí)讀器便可自動(dòng)記錄檢測(cè)人員檢測(cè)情況,如:檢測(cè)點(diǎn)編號(hào)、檢測(cè)時(shí)間、檢測(cè)狀況(可以手寫(xiě)輸入)等信息。(5)巡檢車(chē)返回管道管理部門(mén)時(shí),將巡檢采集數(shù)據(jù)上傳到巡檢管理信息系統(tǒng)中。(6)管道管理部門(mén)便可以查詢、打印巡檢信息。3檢測(cè)點(diǎn)標(biāo)簽安裝硬件部分主要由表1中器件構(gòu)成。產(chǎn)品均選用iPico公司的產(chǎn)品,iPico(IntellectualPropertyandInnovationCompany)是國(guó)際知名企業(yè),致力于自動(dòng)識(shí)別市場(chǎng)的知識(shí)創(chuàng)新與發(fā)展。iPico設(shè)計(jì)的產(chǎn)品也廣泛被中國(guó)RFID設(shè)備廠商所采用。(1)射頻標(biāo)簽:選擇超高頻、被動(dòng)式的電子標(biāo)簽由于實(shí)際中,石油管道巡檢車(chē)與巡檢檢測(cè)點(diǎn)的距離一般比較遠(yuǎn),因此需要選擇讀取距離較大的電子標(biāo)簽,這樣才能準(zhǔn)確地讀到檢測(cè)點(diǎn)標(biāo)簽上的信息。基于實(shí)際考慮,我們選擇超高頻電子標(biāo)簽。超高頻電子標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較大、閱讀距離較遠(yuǎn)(可達(dá)幾米至十幾米),適應(yīng)物體高速運(yùn)動(dòng)性能好,電子標(biāo)簽天線有較強(qiáng)的方向性。被動(dòng)式標(biāo)簽不用電池,具有永久的使用期。超高頻工業(yè)標(biāo)簽和超高頻閱讀器如圖3和圖4所示。(2)閱讀器:選用超高頻閱讀器。長(zhǎng)距離識(shí)別(根據(jù)發(fā)射功率和標(biāo)簽型號(hào)可以達(dá)到20m),有利于讀取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。使用充電電池可讀7000次,使用時(shí)間很長(zhǎng)。(3)逆變電源:巡檢車(chē)上只有直流電源,所以必須通過(guò)電源逆變器將12V直流轉(zhuǎn)變成220V交流電源。電子標(biāo)簽安裝方式示意圖如圖5所示。閱讀器安裝方式示意圖略(在車(chē)頂由人掌控)。靜態(tài)測(cè)試距離能達(dá)到13m;動(dòng)態(tài)測(cè)試(距離在2.5m左右車(chē)速80碼范圍內(nèi))可讀,讀取速率不定。安裝時(shí)應(yīng)注意:(1)標(biāo)簽安裝位置附近盡量減少干擾物;(2)標(biāo)簽安裝方向和讀頭方向橫直盡量一致,讀頭安裝角度一定盡可能調(diào)試到較好程度;(3)環(huán)境指標(biāo):標(biāo)簽安裝位置選取在間隔滿足巡更設(shè)置下周邊環(huán)境盡量開(kāi)闊、少干擾;(4)震動(dòng)指標(biāo):讀頭安裝符合產(chǎn)品規(guī)定的震動(dòng)指標(biāo)要求。4軟件方案的設(shè)計(jì)4.1操作系統(tǒng)WindowsCE是微軟為嵌入式設(shè)備打造的操作系統(tǒng),是可定制的、模塊化的操作系統(tǒng)。4.2evb平臺(tái)開(kāi)發(fā)PDA程序用EmbeddedVisualBasic3.0(EVB)開(kāi)發(fā)。EVB是微軟推出的基于WindowsCE平臺(tái)的開(kāi)發(fā)程序,可以開(kāi)發(fā)掌上電腦,手機(jī)上的應(yīng)用程序。EVB只能用于MSWindowNT以上平臺(tái),Win9x不能安裝。微軟已經(jīng)宣布EVB不再支持WindowsCE.NET,EVB適合WindowsCE3.0平臺(tái)上小型應(yīng)用程序的快速開(kāi)發(fā)。4.2.1巡檢車(chē)輛巡檢流程和數(shù)據(jù)表在整個(gè)應(yīng)用中,首先需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化,也即是射頻標(biāo)簽數(shù)據(jù)的初始寫(xiě)入。在巡檢過(guò)程中,需要寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)表的信息是巡檢車(chē)輛牌號(hào)、巡檢人員、巡檢路線、巡檢出發(fā)時(shí)間、巡檢要求,檢測(cè)點(diǎn)編號(hào)、檢測(cè)時(shí)間、檢測(cè)狀況(可以手寫(xiě)輸入)等信息。將檢測(cè)點(diǎn)編號(hào)、檢測(cè)時(shí)間、檢測(cè)狀況(可以手寫(xiě)輸入)等信息一一寫(xiě)入各射頻標(biāo)簽中,完成系統(tǒng)的初始化。4.2.2讀寫(xiě)器的總體程序讀寫(xiě)器讀寫(xiě)數(shù)據(jù)流程圖如圖6所示。巡檢中,首先需要解決的是讀寫(xiě)器讀寫(xiě)射頻標(biāo)簽數(shù)據(jù)的正確性。讀寫(xiě)器與射頻標(biāo)簽之間通過(guò)空間信道進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,以達(dá)到識(shí)別功能。讀寫(xiě)器首先發(fā)送射頻能量,在相應(yīng)范圍內(nèi)的標(biāo)簽收到讀寫(xiě)器發(fā)送的射頻能量時(shí),即被喚醒并向讀寫(xiě)器反射標(biāo)簽中存貯的數(shù)據(jù)信息,即將數(shù)據(jù)發(fā)送至讀寫(xiě)器中。標(biāo)簽數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)涉及包括了編碼和解碼工作,具體來(lái)說(shuō):(1)在初始化過(guò)程中,讀寫(xiě)器將相應(yīng)的巡檢點(diǎn)編碼寫(xiě)入標(biāo)簽中,實(shí)際上寫(xiě)入標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息不是巡檢點(diǎn)的編碼,而是讀寫(xiě)器經(jīng)過(guò)編碼調(diào)制后的編碼調(diào)制信號(hào),這一信號(hào)是寫(xiě)入到標(biāo)簽的具體內(nèi)容。(2)標(biāo)簽收到讀寫(xiě)器發(fā)送的射頻能量后,被喚醒并向讀寫(xiě)器反射回標(biāo)簽中存貯的數(shù)據(jù)信息,讀寫(xiě)器收到此編碼調(diào)制信號(hào)后,進(jìn)行解調(diào)解碼,獲得相應(yīng)的編碼信息,這樣就完成了整個(gè)讀寫(xiě)過(guò)程。對(duì)于每一種讀寫(xiě)器和標(biāo)簽來(lái)說(shuō),這一塊流程都是讀寫(xiě)器自帶的功能,作為使用者,可以不需要詳細(xì)地探討具體的編碼解碼、調(diào)制解調(diào),當(dāng)讀寫(xiě)器讀取信息時(shí)已經(jīng)是我們所需要的標(biāo)簽真正內(nèi)容,我們需要探討的是如何將讀寫(xiě)器讀取的信息寫(xiě)入PDA系統(tǒng)中。(3)讀寫(xiě)器與PDA接口讀寫(xiě)器與PDA接口程序中讀操作流程圖如圖7所示。通常,讀寫(xiě)器與應(yīng)用系統(tǒng)之間的接口用一組標(biāo)準(zhǔn)接口函數(shù)來(lái)表示。讀寫(xiě)器與PDA之間的接口也調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的接口函數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)接口函數(shù)的功能大致包括以下4個(gè)方面:①應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)需要向讀寫(xiě)器發(fā)出讀寫(xiě)器配置命令。②讀寫(xiě)器向應(yīng)用系統(tǒng)返回的所有可能的讀寫(xiě)器當(dāng)前配置狀態(tài)。③應(yīng)用系統(tǒng)向讀寫(xiě)器發(fā)送的各種命令。④讀寫(xiě)器向應(yīng)用系統(tǒng)返回的所有可能命令的執(zhí)行結(jié)果。5巡檢車(chē)輛閱讀離遠(yuǎn)的優(yōu)勢(shì)在石油管道巡檢系統(tǒng)中,射頻識(shí)別的突出優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:(1)無(wú)接觸識(shí)別、閱讀距離遠(yuǎn)。無(wú)接觸識(shí)別則不需要人工干預(yù),可以提高巡檢人員巡檢的方便性,