基于RFID的型式試驗樣品管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

倪浩+馬宏波+王慧鋒

摘 要：針對特種設(shè)備型式試驗樣品的數(shù)字化管理，采用RFID技術(shù)，結(jié)合計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，研究設(shè)計了針對特種設(shè)備監(jiān)督研究檢察院的氣瓶、氣瓶閥門、壓力管道用閥門及管件四類樣品的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，并開發(fā)了基于Android操作系統(tǒng)的RFID手持終端，實現(xiàn)了樣品數(shù)據(jù)管理的無紙化、實時跟蹤樣品的狀態(tài)、信息的歸檔與報表導(dǎo)出，不但提高了工作效率，且減少了工作量和人為的差錯。

關(guān)鍵詞：型式試驗;Android;RFID技術(shù);數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：TP316 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? 文章編號：2095-1302（2015）01-00-04

0 ?引 ?言

型式試驗是為驗證產(chǎn)品能否滿足技術(shù)規(guī)范的全部要求所進(jìn)行的試驗，是新產(chǎn)品鑒定中必不可少的一個環(huán)節(jié)。上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院氣瓶閥門檢測中心是經(jīng)國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局授權(quán)，擁有氣瓶、氣瓶附件、金屬閥門及管件四項型式資質(zhì)的綜合性型式試驗中心。中心每年由型式試驗和委托檢驗業(yè)務(wù)產(chǎn)生的樣品約3 000多只，其中受理氣瓶試驗約100項、氣瓶樣品數(shù)量約300只，受理氣瓶閥門試驗約120項、氣瓶閥門樣品數(shù)量約1 800只，受理壓力管道閥門試驗約240項、壓力管道閥門樣品數(shù)量約1 200只，受理壓力管件試驗約20項、壓力管件樣品數(shù)量約20只。面對繁雜的樣品種類和巨大的樣品數(shù)量，樣品的管理面臨巨大的挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的試驗樣品標(biāo)識主要采用紙質(zhì)標(biāo)簽、不干膠等傳統(tǒng)方式，可記錄字符有限[1.2]。這種樣品的標(biāo)識方式無法反映樣品試驗的各個環(huán)節(jié)，而且這樣的標(biāo)簽易損壞，易受人的主觀判斷影響[3]。

為此，本文采用RFID技術(shù)，設(shè)計了基于RFID采集數(shù)據(jù)、計算機信息技術(shù)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)實現(xiàn)樣品的有序化、透明化及信息化管理，突破傳統(tǒng)樣品的統(tǒng)計和查詢的手段。因此，該系統(tǒng)的設(shè)計具有較大的實用價值和參考意義。

1 ?樣品管理系統(tǒng)的分析與整體設(shè)計

1.1 ?試驗樣品流程分析

型式試驗樣品整個流通過程分為流程、數(shù)據(jù)和文檔三個方面，如圖1所示。樣品的流程主要分為五步：抽樣、封樣，樣品接受，型式試驗，出具報告及證書，樣品歸檔，每一步都需要產(chǎn)生相應(yīng)的信息，包括人員、標(biāo)簽、試驗內(nèi)容、時間等。因此，樣品的RFID應(yīng)能夠涵蓋樣品整個流程中關(guān)鍵數(shù)據(jù)及文檔。

圖1 ?型式試驗樣品流通過程

1.2 ?系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計

根據(jù)以上的試驗流程，為了設(shè)計出符合用戶需求的、使用方便的型式試驗樣品RFID系統(tǒng)，設(shè)計系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示，它們通過局域網(wǎng)與后臺相連，每個虛線框內(nèi)完成標(biāo)簽對應(yīng)的流程。

1.3 ?硬件的選型與設(shè)計

（1）射頻標(biāo)簽

為滿足各種環(huán)境的試驗要求，選用防水，抗金屬的射頻標(biāo)簽;工作頻率選用13.56 MHz的高頻，保證了讀寫距離在5cm以內(nèi)，以防止多標(biāo)簽的誤讀[4];存儲容量為2 Kb，用來存儲樣品的基本信息及試驗信息;標(biāo)簽讀寫速度在1.2 s內(nèi)分別完成讀和寫工作（不包含數(shù)字簽名時間）。

標(biāo)簽依附方式針對閥門和氣瓶的具體形狀采用綁扎式和黏貼式，可以方便、快速地固定在形狀各異的氣瓶及閥門的可檢驗位置。

（2）手持式讀寫器

手持式標(biāo)簽讀寫器采用搭載Android操作系統(tǒng)的高性能、高可靠的工業(yè)級手持終端，具有RFID 模塊和與其它設(shè)備進(jìn)行無線通訊的Wi-Fi模塊，支持ISO 15693和ISO14443兩種標(biāo)簽協(xié)議[5，6]，具有3.5寸觸摸屏和按鍵的操作、讀寫穩(wěn)定、安全防暴等特點。讀寫器的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 ?RFID手持讀寫器的結(jié)構(gòu)圖

為了實現(xiàn)樣品標(biāo)簽讀寫特有的信息操作，需要對其進(jìn)行客戶端軟件的開發(fā)，針對樣品試驗的不同環(huán)節(jié)的具體管理要求，提供不同的信息輸入輸出界面和數(shù)據(jù)傳輸手段。

1.4 ?軟件架構(gòu)的技術(shù)方案

該系統(tǒng)的軟件主要由后臺數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和手持終端客戶端軟件兩部分組成，分別采用B/S與C/S混合模式的開發(fā)。其中，后臺管理系統(tǒng)存放在Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，Web服務(wù)器用來處理手持端與前端Web頁面發(fā)送的數(shù)據(jù)并與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，最終以JSP頁面的形式返回至前端顯示，因為它可以通過瀏覽器頁面隨意訪問，因此是典型的B/S架構(gòu)[7];客戶端軟件則是在手持器開發(fā)與射頻標(biāo)簽進(jìn)行讀寫的界面并且通過WiFi的形式發(fā)送數(shù)據(jù)至服務(wù)器，軟件安裝在手持終端，因此是典型的C/S架構(gòu)[8]。具體的實現(xiàn)方案如圖4所示。

2 ?基于Android的客戶端軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 ?軟件功能模塊設(shè)計

根據(jù)權(quán)限要求將工作人員按職能的不同劃分為樣品管理員、試驗員、試驗負(fù)責(zé)人三類，權(quán)限貫穿整個軟件的始終，以此為主線來劃分六個功能模塊，如圖5所示。其中，樣品管理員管理樣品入庫、用戶注冊;試驗員負(fù)責(zé)樣品試驗、領(lǐng)用、歸還;試驗負(fù)責(zé)人則負(fù)責(zé)樣品的選擇。模塊之間還存在數(shù)據(jù)共享的情況，如試驗?zāi)K需要獲取試驗選擇的結(jié)果。

圖4 ?系統(tǒng)架構(gòu)的實現(xiàn)方案

圖5 ?RFID讀寫器安卓系統(tǒng)的軟件功能模塊圖

2.2 ?主要功能模塊的實現(xiàn)

在手持器端主要的工作有樣品入庫，樣品試驗選擇，樣品試驗結(jié)果的提交三部分。

（1）樣品提交

樣品入庫的過程主要是從RFID讀寫器發(fā)送數(shù)據(jù)到后臺服務(wù)器的過程，只有樣品管理員才有權(quán)限進(jìn)行此項操作。對于新來的樣品，管理員需要將其基本信息（包括樣品名稱、樣品編號、型號規(guī)格、來樣日期和受檢單位）寫入空標(biāo)簽中，并與樣品綁定。完成之后，再將本批次的樣品信息提交到數(shù)據(jù)庫進(jìn)行保存。界面如圖6所示。

（2）試驗選擇

通過判斷樣品編號前兩位（PX/FX/FM/GJ）來確定樣品大類，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的試驗項目選擇界面，如圖7所示，用checkbox組件實現(xiàn)多選。

（3）試驗結(jié)果提交

試驗員對上述試驗負(fù)責(zé)人指定的試驗項目進(jìn)行測試，測試完成后對結(jié)果進(jìn)行提交，流程實現(xiàn)如圖8所示。實驗結(jié)果的選擇使用QuickAction組件來實現(xiàn)，在它里面添加了“合格”、“不合格”及“復(fù)驗合格”三個選項。

圖6 ?樣品入庫界面 ? ?圖7 ?試驗選擇界面 ? ? 圖8 ?試驗提交界面

3 ?后臺管理系統(tǒng)功能模塊設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 ?系統(tǒng)需求分析

根據(jù)型式試驗的流程，主要有樣品的接受、發(fā)放、領(lǐng)用、試驗、回收這幾個階段，從而把軟件劃分為以下功能模塊，如圖9所示。

首先設(shè)置管理員權(quán)限，只有管理員才能登陸后臺管理界面。然后將信息分為五塊：人員信息、樣品基本信息、樣品試驗信息、樣品流動信息和樣品到期信息，其中樣品流動是從客戶端上傳的信息，其中每一個環(huán)節(jié)都是責(zé)任到人。在功能模塊圖的樹狀結(jié)構(gòu)中，每個節(jié)點就是一個很小的功能模塊。每個功能模塊要針對數(shù)據(jù)庫中不同的表來完成相似的操作，即添加記錄、修改記錄、刪除記錄、以及查詢和顯示記錄等。

圖9 ?樣品信息管理模塊

3.2 ?系統(tǒng)主要模塊的實現(xiàn)

3.2.1 ?樣品基本信息模塊的實現(xiàn)

樣品信息需要包括：樣品批號、樣品名稱、型號規(guī)格、來樣時間、受檢單位、樣品數(shù)量。這些信息以樣品批號為關(guān)鍵字段存入數(shù)據(jù)庫的表中，它是通過手持器將樣品信息上傳到上節(jié)提到的入庫模塊中，存入SQL數(shù)據(jù)庫。在此模塊中實現(xiàn)了這些信息的分頁和查詢，如圖10所示。

3.2.2 ?樣品試驗信息模塊的實現(xiàn)

針對不同種類的樣品，其試驗項目各不相同，需要根據(jù)樣品編號來查詢單個樣品的試驗信息。同時，還需要了解數(shù)據(jù)庫中已有樣品試驗的進(jìn)度。因此設(shè)置以下兩種查詢模式。

（1）試驗進(jìn)度查詢

樣品試驗進(jìn)度查詢模塊對手持器提交的試驗信息進(jìn)行統(tǒng)計得出試驗進(jìn)度。根據(jù)試驗負(fù)責(zé)人提交的試驗個數(shù)、試驗員提交的完成情況可知，某個樣品共需要試驗項目個數(shù)和已完成的試驗個數(shù)，以此做出進(jìn)度條來顯示試驗進(jìn)度，效果如圖11所示。具體方法是由HTML、JAVA語言結(jié)合CSS樣式實現(xiàn)。

圖10 ?基本信息查詢界面

圖11 ?樣品試驗進(jìn)度查詢

（2）試驗結(jié)果查詢

試驗結(jié)果查詢的主要信息為樣品編號、試驗名稱、試驗結(jié)果。因為這是單個樣品的查詢，為方便數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的存儲和工作人員的查詢，界面設(shè)置了可選擇的樣品分類，如圖12所示，首先樣品有氣瓶閥門、氣瓶、管道閥門、管件四大類，根據(jù)選擇進(jìn)入不同的頁面，然后選擇具體種類的樣品，如測試氣瓶主要有十類，最后輸入編號查詢。

圖12 ?樣品種類選擇

4 ?系統(tǒng)功能性優(yōu)化的分析與研究

4.1 ?提高數(shù)據(jù)傳輸速率

在整個系統(tǒng)中，提交樣品信息和試驗信息等環(huán)節(jié)多次涉及到安卓端與服務(wù)器端的數(shù)據(jù)傳輸，因此需要通過Web Service進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。Web Service 采用 XML 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，加大了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，尤其是在傳輸一些具有比較嚴(yán)格結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)時，會使得傳輸效率有所下降[9]。

因此，用JSON來進(jìn)行數(shù)據(jù)的封裝是比較可行的一種優(yōu)化方法。一方面是因為Android支持JSON，另一方面JSON的封裝格式簡單，不像XML那樣需要有嚴(yán)格的閉合標(biāo)簽，這就讓有效數(shù)據(jù)量與總數(shù)據(jù)包比大大提升，從而減少同等數(shù)據(jù)流量的情況下，網(wǎng)絡(luò)的傳輸壓力[8]。除此之外，還可以減少傳輸次數(shù)，減少數(shù)據(jù)庫的調(diào)用，將多個傳輸?shù)臄?shù)據(jù)一次發(fā)送，如此，用戶只用等待一次的數(shù)據(jù)傳輸時間，而其他的工作都在服務(wù)器端進(jìn)行處理。

4.2 ?提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全性

系統(tǒng)主要采用的是B/S架構(gòu)的設(shè)計，代碼與數(shù)據(jù)都存放在服務(wù)器上，前端的頁面只提供用戶交互，無法修改代碼和數(shù)據(jù)，這樣增加了系統(tǒng)的安全性。本系統(tǒng)的Web前端和手持器的客戶端都需要通過身份驗證，只有授權(quán)了的用戶才可以進(jìn)入系統(tǒng)。但這個基于JSP的系統(tǒng)依然存在一些安全隱患，比如，用戶不恰當(dāng)?shù)腢RL請求會導(dǎo)致數(shù)據(jù)暴露，JSP之間傳遞表單數(shù)據(jù)時可以在前端頁面查看，調(diào)用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的安全等。

解決方法：

（1）對于一般不恰當(dāng)?shù)腢RL請求，采用filter過濾器過濾用戶輸入的敏感詞匯，并且用Filter接口中一個doFilter方法來判斷用戶是否處于登陸狀態(tài)，如果保存在session中的登錄信息已經(jīng)失效，那要跳轉(zhuǎn)頁面時會自動跳轉(zhuǎn)到登陸界面重新登陸。

（2）對于JSP之間傳遞表單的數(shù)據(jù)，把它存在session中，通過調(diào)用request的getSession（）方法獲得數(shù)據(jù)，這樣不會把數(shù)據(jù)暴露在客戶端。

（3）JSP連接數(shù)據(jù)庫時，會在頁面中寫代碼，如下：

Class.forName（"com.microsoft.sqlserver.jdbc.SQLServerDriver"）;

Connection ct = DriverManager.getConnection（"jdbc：

sqlserver： // localhost： 1434; DatabaseName = RFID"， "sa"， "***"）;

Statement smt = ct.createStatement（）;

ResultSet rs = smt.executeQuery（"select * from Table where sampleId = '2014-0010-001'"）;

可以看到，數(shù)據(jù)庫的所有信息，包括數(shù)據(jù)庫所在主機的IP地址，數(shù)據(jù)庫連接端口，用戶名和密碼都直接編寫在了JSP代碼中，如果JSP源代碼泄漏給非法用戶，就可以通過SQLServer客戶端程序?qū)?shù)據(jù)庫進(jìn)行各種操作，那將對數(shù)據(jù)庫的安全造成巨大的威脅[10]。

因此，解決辦法就是將數(shù)據(jù)庫的連接封裝在JavaBean中，在JSP中直接調(diào)用JavaBean完成數(shù)據(jù)庫的連接，即采用MVC的模式開發(fā)系統(tǒng)。

5 ?結(jié) ?語

隨著RFID技術(shù)的廣泛應(yīng)用，將RFID的硬件與軟件管理系統(tǒng)相結(jié)合的需求日益迫切。本文設(shè)計了一個適用于特種設(shè)備樣品管理的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，提出了幾點系統(tǒng)優(yōu)化的建議。它是利用RFID電子標(biāo)簽實現(xiàn)樣品設(shè)備的數(shù)字化存儲，并采用JSP技術(shù)實現(xiàn)樣品信息的管理。該系統(tǒng)的實現(xiàn)，降低了企業(yè)的人力成本，提高了企業(yè)的效率，帶來了一定的經(jīng)濟效益。

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