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1、 工控技术折宏图等:射频识别技术(RFID 在石油管道巡检中的应用射频识别技术(RFID 在石油管道巡检中的应用折宏图, 康厚强, 陈虹(国防科学技术大学光电科学与工程学院湖南长沙410073摘要:为了解决在石油管道巡检中的管理问题, 采用了前沿的射频识别技术, 集成iPico 公司的射频识别阅读器和性能较好的工业标签, 在石油管线上实现巡检管理, 并且采用EVB 编程技术基于PDA (Personal Digital Assistant 的WindowsCE 操作平台, 实现了便携的石油管道巡检车载应用系统。经过静态和动态中的车载试验, 已经成功应用于石油管线巡检上, 且带来良好的应用成效。
2、关键词:RFID; PDA ; 石油管道巡检;Windows CE中图分类号:TN919文献标识码:B文章编号:1004373X (2007 0518403Application of RFID in Petroleum Conduit PatrollingSH E Hongtu , KAN G Houqiang ,CH EN Hong(Photoelectric Science &Engineering College ,National University Defence Abstract :In order to solve management problem in exerts a
3、dvanced RFID technolo 2gy ,and integrates with iPico company s U HF RFID are very good ,we apply them around the petroleum conduit to achieve better Basic technology is used to demonstrate the de 2tailed design of the Windows on PDA hardware ,it implements carry 2home s car 2carried ap 2plication sy
4、stem With static and dynamic test ,we have applied the system in petroleum conduit patrolling ,and excellent effects.K eywords PDA ;petroleum conduit patrolling ;Windows CE1引言石油管道巡检是指石油管道管理部门通过对其所管辖范围内的石油管道进行的定期巡视、检查, 以保证石油输送的安全, 防止偷油、漏油的现象发生。长期以来, 石油管道巡检工作沿用着“一表制”的工作方式。巡检车沿着石油管道行驶, 每到一个巡检站点(一千米一个 ,
5、 巡检人员下车检查; 然后记录有关情况, 返回管道管理处统计巡检情况。由于巡检员的文化素质参差不齐, 而且很多巡检员来自当地雇佣的工人, 难免有少数责任心不够的巡检人员, 使得安全巡检工作质量大打折扣。RFID (Radio Frequency Identification , 射频识别技术一个一个地读。此外, 储存的信息量也非常大。RFID 还是惟一可以实现多标签同时识别的自动识别技术。2系统组成及工作原理2. 1RFID 工作原理典型的射频识别系统由射频标签、读写器和应用系统3 部分构成。是通过读写器和黏附在物体上的标签之间的电磁耦合或电感耦合来进行数据通信, 以达到对物品的自动识别。爱森
6、哲实验室首席科学家弗格森认为RFID 是一种突破性的技术:第一, 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; 第二, 其采用无线电射频, 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; 第三, 可以同时对多个物体进行识读, 而条形码只能收稿日期:20060802图1RFID 系统结构标签(Tag 由耦合元件及芯片组成, 每个标签具有惟一的电子编码, 附着在物体上标识目标对象。标签相当于条码技术中的条码符号, 用来存储需要识别传输的信息, 另外, 与条码不同的是, 标签必须能够自动或在外力的作用下, 把存储的信息主动发射出去。阅读器(Reader 是读取(有
7、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 在标签和阅读器间传递射频信号。在实际应用中, 除了系统功率, 天线的形状和相对位184 现代电子技术2007年第5期总第244期置也会影响数据的发射和接收, 需要专业人员对系统的天线进行设计、安装。RFID 系统的工作原理是:阅读器通过天线发送出一编号12345678 电子技术应用表1巡检管理系统的硬件器件列表设备名称电子标签(U HF 电子标签(U HF 读头及天线(U HF 控制终端测试软件蓝牙设备PDA 设备型号说明超高频工业标签超高频线型标签超高频读头笔记本电脑Show Tags数量1111备注定频率的射频信
8、号; 当RFID 标签进入阅读器工作场时, 其天线产生感应电流, 从而RFID 标签获得能量被激活并向阅读器发送出自身编码等信息; 阅读器接收到来自标签的载波信号, 对接收的信号进行解调和解码后送至计算机主机进行处理; 计算机系统根据逻辑运算判断该标签的合法性, 针对不同的设定做出相应的处理和控制, 发出指令信号; RFID 标签的数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑, 控制逻辑接收指令完成存储、发送数据或其他操作。2. 2巡检业务流程巡检业务操作流程如图2所示, 说明如下:(1 在现有巡检检测点处埋藏RFID 标签, 标签记录串口汽车逆变电源电源逆变器12DC 220VA
9、C ,300W232转蓝牙111带蓝牙接口产品均选用iPico 公司的产品, iPico (Intellect ualProperty and Innovation Company 是国际知名企业, 致力于自动识别市场的知识创新与发展。iPico 设计的产品也广泛被中国RFID 设备厂商所采用。(1 射频标签:选择超高频、巡检检测点基本信息, 如:巡检点编号等。(2 建立巡检管理信息系统, 主要包括:巡检派送管由于实际中, , , 这样。基于实际考虑, 我(可达几米至十几米 , 适应物体高, 电子标签天线有较强的方向性。被动式标签不用电池, 具有永久的使用期。超高频工业标签和超高频阅读器如图3
10、和图4 所示。理; 巡检线路管理; 巡检信息下传管理; 巡检信息上传管理; 巡检信息查询管理; 巡检信息报表管理。(3 巡检管理系统将巡检数据, 如:检人员、巡检路线、巡检出发时间、检管理系统发送到识, 管部门出发。(4 , 巡检人员将RFID (距离约1m ,RFID 识读器便可自动记录检测人员检测情况, 如:检测点编号、检测时间、检测状况(可以手写输入 等信息。(5 巡检车返回管道管理部门时, 将巡检采集数据上传到巡检管理信息系统中。(6 管道管理部门便可以查询、 打印巡检信息。图3 超高频工业标签图4超高频阅读器(2 阅读器:选用超高频阅读器。长距离识别(根据发射功率和标签型号可以达到2
11、0m , 有利于读取数据的图2巡检业务流程示意图准确性。使用充电电池可读7000次, 使用时间很长。(3 逆变电源:巡检车上只有直流电源, 所以必须通3硬件设计硬件部分主要由表1中器件构成。过电源逆变器将12V 直流转变成220V 交流电源。电子标签安装方式示意图如图5所示。阅读器安装185 工控技术方式示意图略(在车顶由人掌控 。折宏图等:射频识别技术(RFID 在石油管道巡检中的应用至读写器中。标签数据的读写涉及包括了编码和解码工作, 具体来说:(1 在初始化过程中, 读写器将相应的巡检点编码写入标签中, 实际上写入标签的数据信息不是巡检点的编码, 而是读写器经过编码调制后的编码调制信号,
12、 这一信号是写入到标签的具体内容。(2 标签收到读写器发送的射频能量后, 被唤醒并向读写器反射回标签中存贮的数据信息, 读写器收到此编码图5电子标签安装方式示意图调制信号后, 进行解调解码, 获得相应的编码信息, 这样就完成了整个读写过程。对于每一种读写器和标签来说, 这一块流程都是读写器自带的功能, 作为使用者, 可以不需要详细地探讨具体的编码解码、调制解调, 当读写器读取信息时已经是我们所需要的标签真正内容, 我们需要探讨的是如何将读写器读取的信息写入PDA 系统中。静态测试距离能达到13m ; 动态测试(距离在215m 左右车速80码范围内 可读, 读取速率不定。安装时应注意:(1 标签
13、安装位置附近尽量减少干扰物;(2 标签安装方向和读头方向横直尽量一致, 读头安装角度一定尽可能调试到较好程度;(3 环境指标:标签安装位置选取在间隔满足巡更设置下周边环境尽量开阔、少干扰;(4 震动指标:读头安装符合产品规定的震动指标要求。4软件设计4. 1操作系统Windows ,是可定制的、4. 2开发工具PDA 程序用Embedded Visual Basic 310(EVB 开发。EVB 是微软推出的基于WindowsCE 平台的开发程序, 可图6读写器读写数据流程图以开发掌上电脑, 手机上的应用程序。EVB 只能用于MSWindow N T 以上平台,Win 9x 不能安装。微软已经
14、宣布EVB 不再支持Windows CE. N ET ,EVB 适合Windows CE 310平台上小型应用程序的快速开发。(3 读写器与PDA 接口读写器与PDA 接口程序中读操作流程图如图7 所示。4. 2. 1初始化在整个应用中, 首先需要对系统进行初始化, 也即是射频标签数据的初始写入。在巡检过程中, 需要写入数据库表的信息是巡检车辆牌号、巡检人员、巡检路线、巡检出发时间、巡检要求, 检测点编号、检测时间、检测状况(可以手写输入 等信息。将检测点编号、检测时间、检测状况(可以手写输入 等信息一一写入各射频标签中, 完成系统的初始化。4. 2. 2阅读器读取数据读写器读写数据流程图如图
15、6所示。巡检中, 首先需要解决的是读写器读写射频标签数据的正确性。读写器与射频标签之间通过空间信道进行数据交换, 以达到识别功能。读写器首先发送射频能量, 在相应范围内的标签收到读写器发送的射频能量时, 即被唤醒并向读写器反射标签中存贮的数据信息, 即将数据发送186图7读写器与PDA 接口程序中读操作流程图通常, 读写器与应用系统之间的接口用一组标准接口函数来表示。读写器与PDA 之间的接口也调用标准的接口函数。标准接口函数的功能大致包括以下4个方面:应用系统根据需要向读写器发出读写器配置命令。(下转第189页 现代电子技术2007年第5期总第244期 电子技术应用可进行节能控制、在线故障诊
16、断、井口信息的实时遥控, 为生产管理人员提供及时诊断工况的第一手资料, 及时了解抽油机工作状态, 发现问题, 及时排除, 尽快使抽油机恢复图5油井事故报警显示界面生产, 避免不必要的损失, 实现分散式设备的集中实时数 据处理和监控。(2 人工远程数据提取功能:监控中心通过指令提取抽油机的三相电、载荷、位移等参数。(3 远程设置采油井的工作参数:数据采集时间间隔、采集持续时间、参数上下限、报警上下限等。(4 远程控制抽油机的开启。(5 油井工况分析功能:利用获得的数据绘制电流图、示功图等来分析该井的工作情况, 图6是实测的电流曲线图, 反映了抽油机的运行情况。(6 统计功能:根据用户的要求, 将
17、各类信息统计并图6电机运行电流曲线图参考文献1韩冰, 李芬华. GPRS .8 22美 M .朱打印成报表。(7 上网功能:进入企业局域网, 经授权用户可以查看油井工作状况信息。4结语, 译. :,20043, 郑建勇, 等. 基于GPRS 通讯技术的新型配J.电力系统及其自动化学报,2005,17(3 :82286.作者简介, 硕士研究生。主要研究GPRS 远程监控系统的应用。,1984年生, 硕士研究生。主要进行嵌入式系统的研究, 计算机软件的编程。(上接第186页读写器向应用系统返回的所有可能的读写器当前配置状态。应用系统向读写器发送的各种命令。读写器向应用系统返回的所有可能命令的执行结
18、果。5结语在石油管道巡检系统中, 射频识别的突出优点体现在如下几个方面:(1 无接触识别、阅读距离远。无接触识别则不需要识别速度快可以大量减少巡检所需要的时间。(3 适应物体高速度移动。巡检车辆在高速行驶过程中也能很好地识别电子标签, 读取数据。(4 可穿过布、皮、木等材料阅读。(5 抗恶劣环境工作能力强, 可全天候工作。参考文献1张成海, 张铎. 现代自动识别技术与应用M .北京:清华大学出版社,2003.2德Klaus Finkenzeller. 射频识别(RFID 技术M .2版. 陈人工干预, 可以提高巡检人员巡检的方便性, 大大降低了巡检人员的工作量。阅读距离远可以实现远距离数据采集
19、, 更好地实现远距离石油管线巡检。(2 识别速度快。石油管道上巡检站点一公里一个,大才, 译. 北京:电子工业出版社,2001.3李志宁. RFID :令人期待的技术DB/CD .中国计算机用户,2004.4游战清, 李苏剑, 张益强. 无线射频识别技术(RFID 理论与应用M .北京:电子工业出版社,2004.作者简介折宏图男,1971年出生,1995年7月毕业于解放军广州通信学院有线电通信专业, 获军事学学士学位;2004年考入国防科学技术大学光电科学与工程学院攻读硕士学位。主要研究方向是野战无线激光通信。康厚强男,1974年出生, 国防科学技术大学电子科学与工程学院电子科学与技术系, 讲师。189
