RFID技術(shù)在計(jì)量檢測機(jī)構(gòu)設(shè)備管理中的應(yīng)用

劉海燕

（南通市計(jì)量檢定測試所，江蘇 南通 226001）

1 前言

計(jì)量檢測機(jī)構(gòu)的設(shè)備管理包括兩大部分，一是客戶送檢的被檢計(jì)量設(shè)備和檢測機(jī)構(gòu)人員去客戶現(xiàn)場檢測的被檢計(jì)量設(shè)備；二是計(jì)量檢測機(jī)構(gòu)用于檢測客戶的計(jì)量設(shè)備而使用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備及其配套設(shè)備。目前，大部分計(jì)量檢測機(jī)構(gòu)對計(jì)量設(shè)備采用的是條形碼標(biāo)簽管理方式，這種方式有明顯的缺點(diǎn)：（1）條碼容易被復(fù)制、容易受污、不防潮且容易掉落。（2）讀取信息的距離短，需在可視范圍內(nèi)。（3）需要人工錄入，數(shù)據(jù)量大而易出錯(cuò)。（4）由于交接環(huán)節(jié)多、工作量大，會(huì)造成被檢計(jì)量設(shè)備丟失、設(shè)備流轉(zhuǎn)追蹤缺乏信息化、人員依賴性強(qiáng)和信息更新不及時(shí)等問題。而對于計(jì)量檢測機(jī)構(gòu)用于量值溯源的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備及其配套設(shè)備，大部分計(jì)量檢測機(jī)構(gòu)則完全采用的手工管理方式，工作量大且不能及時(shí)更新設(shè)備的狀態(tài)信息。

隨著科技的進(jìn)步，射頻識(shí)別技術(shù)（RFID：Radio Frequency Identification）這種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，越來越廣泛地應(yīng)用于定位跟蹤、監(jiān)控和管理領(lǐng)域，這幾年在計(jì)量檢測行業(yè)中也大量開始使用。它通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，對電子標(biāo)簽或射頻卡進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的，其識(shí)別工作無須人工干預(yù)。

2 基于RFID的設(shè)備管理系統(tǒng)構(gòu)成及部署情況

基于RFID技術(shù)的計(jì)量設(shè)備管理系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成。

2.1 硬件部分

硬件部分由電子標(biāo)簽、激活器、讀寫器以及定位服務(wù)器組成。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

電子標(biāo)簽與條碼相比，一是無須直接對準(zhǔn)掃描，讀寫速度更快，可多目標(biāo)識(shí)別、運(yùn)動(dòng)識(shí)別；二是容量更大（16～1024bit），數(shù)據(jù)可隨時(shí)更新、讀寫；三是體積小，容易封裝，可以嵌入產(chǎn)品內(nèi)，使用方便；四是具有專業(yè)芯片，序列號(hào)唯一，很難復(fù)制，比較安全；五是使用壽命長，能抗惡劣環(huán)境且感應(yīng)效果比一般的要好很多。電子標(biāo)簽根據(jù)使用情況分有源電子標(biāo)簽和無源電子標(biāo)簽?？蛻羲蜋z的被檢設(shè)備和單位內(nèi)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)及配套設(shè)備采用雙頻有源電子標(biāo)簽（125KHz和2.4GHz），激活器通過激活天線主動(dòng)近距離發(fā)射125KHz的低頻信號(hào)，處于信號(hào)范圍內(nèi)的雙頻電子標(biāo)簽被該低頻信號(hào)激活并獲取到激活天線的編號(hào)及場強(qiáng)，雙頻電子標(biāo)簽隨后將標(biāo)簽ID、標(biāo)簽狀態(tài)值、激活天線的編號(hào)和RSSI場強(qiáng)通過2.4GHz發(fā)射出去?，F(xiàn)場檢測的被檢設(shè)備上使用無源電子標(biāo)簽。有源電子標(biāo)簽通過標(biāo)簽內(nèi)部的電池來供電,不需要閱讀器提供能量來啟動(dòng),標(biāo)簽可主動(dòng)發(fā)射電磁信號(hào),識(shí)別距離較長,因此比較適用于定位跟蹤。無源電子標(biāo)簽主要用于記錄被檢設(shè)備的相關(guān)信息。

低頻激活器主動(dòng)發(fā)射連續(xù)的125kHz低頻脈沖信號(hào)（載波數(shù)據(jù)中含該激活器編號(hào)）；配套的標(biāo)簽持續(xù)打開低頻接收功能，當(dāng)收到某激活器的激活信號(hào)時(shí)，該標(biāo)簽的低頻芯片將實(shí)時(shí)解析出該激活器編號(hào)，同時(shí)檢測出該低頻信號(hào)的RSSI場強(qiáng)值，然后喚醒并傳入MCU單片機(jī)，接著打開板載的2.4GHz無線射頻芯片進(jìn)行一次強(qiáng)信號(hào)發(fā)射（無線發(fā)射的數(shù)據(jù)包中含標(biāo)簽ID和激活器編號(hào)以及低頻場強(qiáng)RSSI值）讀寫器為固定式，部署在各實(shí)驗(yàn)樓層的過道、電梯口，默認(rèn)處于接收狀態(tài)，實(shí)時(shí)接收有源電子標(biāo)簽發(fā)出的信號(hào)，并將接收到的數(shù)據(jù)通過RJ45或RS485傳送到定位服務(wù)器。

天線傳感器部署在各實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，每個(gè)天線有唯一的ID號(hào)對應(yīng)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室位置信息。定位服務(wù)器對讀寫器上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過定位算法計(jì)算出每個(gè)電子標(biāo)簽的位置，并將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫中，為設(shè)備流轉(zhuǎn)管理提供數(shù)據(jù)支撐。

2.2 軟件部分

軟件部分主要包括定位算法和管理軟件。定位算法用來計(jì)算附著在待識(shí)別的計(jì)量設(shè)備上的電子標(biāo)簽的精確位置即計(jì)量設(shè)備的位置，由于環(huán)境情況不一，同一張電子標(biāo)簽可能處于多個(gè)激活天線覆蓋范圍，因此，需要對讀寫器上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過定位算法獲取到電子標(biāo)簽的準(zhǔn)確位置。本方案定位算法采用距離估計(jì)法，利用三角形的特點(diǎn)來估計(jì)待定位體的位置。具體分為三角測量法和三邊測量法。三角測量法通過測量不少于兩個(gè)參考點(diǎn)所接收信號(hào)的到達(dá)角度，形成角度的兩條直線的交點(diǎn)即是所估計(jì)的位置。三邊測量法通過測量待定位點(diǎn)到至少3 個(gè)參考點(diǎn)的距離來估計(jì)待定位點(diǎn)的位置。這種測量技術(shù)利用接收信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）、信號(hào)到達(dá)時(shí)間（Time Of Arrival）、信號(hào)到達(dá)時(shí)間差（TDOA）和接收信號(hào)相位(RSP)等方法。

管理軟件根據(jù)定位算法提供的設(shè)備位置對計(jì)量設(shè)備從前臺(tái)—庫房—實(shí)驗(yàn)室—庫房—前臺(tái)等這樣的流轉(zhuǎn)過程進(jìn)行便捷、準(zhǔn)確和安全的監(jiān)管。管理軟件提供接口接入計(jì)量檢測機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。

管理軟件主要具備如下功能：（1）能夠提供計(jì)量檢測機(jī)構(gòu)工作人員綁定電子標(biāo)簽與設(shè)備的渠道；（2）可通過電子標(biāo)簽查詢設(shè)備的實(shí)時(shí)軌跡圖和某時(shí)間段內(nèi)的設(shè)備流程信息；（3）庫房人員通過輸入總單號(hào)或唯一性編號(hào)，系統(tǒng)能快速并準(zhǔn)確地告知該設(shè)備在庫房具體位置，甚至能定位到某個(gè)貨架的某層某個(gè)單元；（4）基礎(chǔ)信息部分能對實(shí)驗(yàn)室信息、設(shè)備信息等進(jìn)行維護(hù)并產(chǎn)生設(shè)備與實(shí)驗(yàn)室的關(guān)聯(lián)信息；（5）查詢統(tǒng)計(jì)功能部分能根據(jù)組合搜索條件進(jìn)行查詢與統(tǒng)計(jì)。

3 RFID技術(shù)在計(jì)量檢測及計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備管理中的具體應(yīng)用

3.1 RFID技術(shù)在計(jì)量檢測中的應(yīng)用

（1）對客戶送檢的被檢計(jì)量設(shè)備的定位跟蹤。收件時(shí)，計(jì)量業(yè)務(wù)系統(tǒng)中錄入完被檢設(shè)備信息后，將每個(gè)被檢設(shè)備都綁定有源電子標(biāo)簽。有源電子標(biāo)簽內(nèi)含芯片和電池。芯片寫入計(jì)量業(yè)務(wù)系統(tǒng)中被檢設(shè)備的ID號(hào)和電子標(biāo)簽ID號(hào)的對應(yīng)信息。電子標(biāo)簽進(jìn)入天線磁場后，發(fā)送標(biāo)簽ID號(hào)和天線ID號(hào)，讀寫器讀取信息并傳送至RFID數(shù)據(jù)定位服務(wù)器，數(shù)據(jù)定位服務(wù)器傳送信息至后臺(tái)控制中心進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。從而通過RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)對被檢設(shè)備的接收、入庫、流轉(zhuǎn)、出庫等全過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測和信息自動(dòng)更新。工作人員通過管理軟件實(shí)現(xiàn)了對計(jì)量器具樣品的遠(yuǎn)距離自動(dòng)身份識(shí)別與定位，能夠?qū)崟r(shí)查看計(jì)量設(shè)備的流轉(zhuǎn)軌跡，實(shí)現(xiàn)了對計(jì)量設(shè)備流轉(zhuǎn)信息的動(dòng)態(tài)化管理，而且準(zhǔn)確度高，節(jié)約了人工成本，提高了工作效率；智能化的定位與跟蹤有效地防止了計(jì)量設(shè)備的丟失，避免了因送檢設(shè)備的丟失而與客戶產(chǎn)生糾紛。（2）對客戶現(xiàn)場被檢計(jì)量設(shè)備的相關(guān)信息采集。一般選擇VIP客戶的一些大型的，價(jià)格較高的、場所比較固定的設(shè)備。如是首次檢測，則在現(xiàn)場寫入設(shè)備相關(guān)信息，如設(shè)備名稱、型號(hào)規(guī)格、出廠編號(hào)等至無源電子標(biāo)簽中。下一周期檢測時(shí)，檢測人員用手持的集成讀取器，自動(dòng)讀取計(jì)量設(shè)備的相關(guān)信息，避免了檢測人員抄寫名牌內(nèi)容的過程中造成的人為錯(cuò)誤?，F(xiàn)場檢測過程中，很多時(shí)候檢測人員需要用手寫的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。但現(xiàn)在我們通過給檢測人員配備平板電腦，無源電子標(biāo)簽中的儀器相關(guān)信息自動(dòng)錄入電子記錄中，檢測人員只需在電子記錄中記錄現(xiàn)場檢測的數(shù)據(jù)信息，返回單位后上傳電子記錄，自動(dòng)生成電子證書，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)檢測過程的無紙化。

3.2 RFID技術(shù)在計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備管理中的應(yīng)用

計(jì)量檢測機(jī)構(gòu)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備及其配套設(shè)備是保證其正常開展檢定工作，并取得準(zhǔn)確可靠測量數(shù)據(jù)的重要資源，在量值傳遞中起著舉足輕重的作用。本單位有計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備及配套設(shè)備上千臺(tái)，分布在各個(gè)檢測室，而且部分設(shè)備經(jīng)常要被帶至檢測現(xiàn)場。但是，在實(shí)際使用過程中，經(jīng)常會(huì)遇到這些情況，如多個(gè)檢定員使用同一計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，由于沒有及時(shí)放到固定位置，就存在另一檢定員無法找到的情況；還有些配套設(shè)備，不經(jīng)常使用，某次檢定時(shí)需要使用，一時(shí)又找不到在哪里等等情況。以前傳統(tǒng)的人工管理，采用表格記錄設(shè)備相關(guān)信息的方式不能覆蓋所有設(shè)備和環(huán)節(jié)，造成清查盤點(diǎn)困難，甚至設(shè)備遺失了還無從知曉。自從采用RFID技術(shù)來進(jìn)行計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備及其配套設(shè)備的管理后，這些問題就迎刃而解。在計(jì)量業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)中，將計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備及配套設(shè)備綁定電子標(biāo)簽，這樣隨時(shí)可查詢設(shè)備的位置信息，同時(shí)，系統(tǒng)還能統(tǒng)計(jì)出設(shè)備的使用頻率，為以后購買標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備提供參考。

4 RFID技術(shù)在設(shè)備管理使用中的一些注意事項(xiàng)

（1）由于基于RFID技術(shù)的設(shè)備管理系統(tǒng)由硬件和軟件部分組成，其硬件模塊和軟件程序都存在出故障的可能性，因此要定期進(jìn)行維護(hù)，如有源電子標(biāo)簽電池要定期更換，軟件程序也要定期維護(hù)等。（2）當(dāng)設(shè)備表面為金屬時(shí)，因RFID標(biāo)簽對金屬比較敏感，最好用泡沫隔膜隔在兩者之間黏貼或者選用抗金屬電子標(biāo)簽。（3）整個(gè)RFID系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行完全依賴于局域網(wǎng)能否穩(wěn)定工作。如果網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障和斷網(wǎng)，系統(tǒng)不僅會(huì)暫時(shí)陷入癱瘓狀態(tài)，還會(huì)導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)的丟失，影響數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。（4）需加強(qiáng)相關(guān)人員的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，使其能熟練操作RFID系統(tǒng)，以便能及時(shí)地識(shí)別出系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，避免給設(shè)備管理造成損失。

5 結(jié)語

隨著計(jì)量檢測業(yè)務(wù)量的不斷增加，針對計(jì)量設(shè)備管理中存在的效率低下的問題而構(gòu)建的基于RFID技術(shù)的設(shè)備管理系統(tǒng)，在為客戶提高優(yōu)質(zhì)計(jì)量檢測服務(wù)的同時(shí)，降低了成本，節(jié)省了人力和物力，還可以避免在管理的過程中由于人員疏忽而造成的錯(cuò)誤，大大提高了原有工作的質(zhì)量和效率。隨著RFID技術(shù)的不斷發(fā)展，必將在計(jì)量檢測機(jī)構(gòu)中得到更廣泛的應(yīng)用。