RFID技術在計量檢測機構設備管理中的應用

劉海燕

（南通市計量檢定測試所，江蘇 南通 226001）

1 前言

計量檢測機構的設備管理包括兩大部分，一是客戶送檢的被檢計量設備和檢測機構人員去客戶現場檢測的被檢計量設備；二是計量檢測機構用于檢測客戶的計量設備而使用的計量標準設備及其配套設備。目前，大部分計量檢測機構對計量設備采用的是條形碼標簽管理方式，這種方式有明顯的缺點：（1）條碼容易被復制、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。（3）需要人工錄入，數據量大而易出錯。（4）由于交接環節多、工作量大，會造成被檢計量設備丟失、設備流轉追蹤缺乏信息化、人員依賴性強和信息更新不及時等問題。而對于計量檢測機構用于量值溯源的計量標準設備及其配套設備，大部分計量檢測機構則完全采用的手工管理方式，工作量大且不能及時更新設備的狀態信息。

隨著科技的進步，射頻識別技術（RFID：Radio Frequency Identification）這種非接觸式的自動識別技術，越來越廣泛地應用于定位跟蹤、監控和管理領域，這幾年在計量檢測行業中也大量開始使用。它通過無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信，對電子標簽或射頻卡進行讀寫，從而達到識別目標和數據交換的目的，其識別工作無須人工干預。

2 基于RFID的設備管理系統構成及部署情況

基于RFID技術的計量設備管理系統由硬件部分和軟件部分組成。

2.1 硬件部分

硬件部分由電子標簽、激活器、讀寫器以及定位服務器組成。硬件系統結構圖如圖1。

圖1 硬件系統結構圖

電子標簽與條碼相比，一是無須直接對準掃描，讀寫速度更快，可多目標識別、運動識別；二是容量更大（16～1024bit），數據可隨時更新、讀寫；三是體積小，容易封裝，可以嵌入產品內，使用方便；四是具有專業芯片，序列號唯一，很難復制，比較安全；五是使用壽命長，能抗惡劣環境且感應效果比一般的要好很多。電子標簽根據使用情況分有源電子標簽和無源電子標簽?？蛻羲蜋z的被檢設備和單位內計量標準及配套設備采用雙頻有源電子標簽（125KHz和2.4GHz），激活器通過激活天線主動近距離發射125KHz的低頻信號，處于信號范圍內的雙頻電子標簽被該低頻信號激活并獲取到激活天線的編號及場強，雙頻電子標簽隨后將標簽ID、標簽狀態值、激活天線的編號和RSSI場強通過2.4GHz發射出去?，F場檢測的被檢設備上使用無源電子標簽。有源電子標簽通過標簽內部的電池來供電,不需要閱讀器提供能量來啟動,標簽可主動發射電磁信號,識別距離較長,因此比較適用于定位跟蹤。無源電子標簽主要用于記錄被檢設備的相關信息。

低頻激活器主動發射連續的125kHz低頻脈沖信號（載波數據中含該激活器編號）；配套的標簽持續打開低頻接收功能，當收到某激活器的激活信號時，該標簽的低頻芯片將實時解析出該激活器編號，同時檢測出該低頻信號的RSSI場強值，然后喚醒并傳入MCU單片機，接著打開板載的2.4GHz無線射頻芯片進行一次強信號發射（無線發射的數據包中含標簽ID和激活器編號以及低頻場強RSSI值）讀寫器為固定式，部署在各實驗樓層的過道、電梯口，默認處于接收狀態，實時接收有源電子標簽發出的信號，并將接收到的數據通過RJ45或RS485傳送到定位服務器。

天線傳感器部署在各實驗室內，每個天線有唯一的ID號對應相應的實驗室位置信息。定位服務器對讀寫器上傳的數據進行分析，通過定位算法計算出每個電子標簽的位置，并將數據寫入數據庫中，為設備流轉管理提供數據支撐。

2.2 軟件部分

軟件部分主要包括定位算法和管理軟件。定位算法用來計算附著在待識別的計量設備上的電子標簽的精確位置即計量設備的位置，由于環境情況不一，同一張電子標簽可能處于多個激活天線覆蓋范圍，因此，需要對讀寫器上傳的數據進行分析，通過定位算法獲取到電子標簽的準確位置。本方案定位算法采用距離估計法，利用三角形的特點來估計待定位體的位置。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參考點所接收信號的到達角度，形成角度的兩條直線的交點即是所估計的位置。三邊測量法通過測量待定位點到至少3 個參考點的距離來估計待定位點的位置。這種測量技術利用接收信號強度（RSSI）、信號到達時間（Time Of Arrival）、信號到達時間差（TDOA）和接收信號相位(RSP)等方法。

管理軟件根據定位算法提供的設備位置對計量設備從前臺—庫房—實驗室—庫房—前臺等這樣的流轉過程進行便捷、準確和安全的監管。管理軟件提供接口接入計量檢測機構的業務管理系統。

管理軟件主要具備如下功能：（1）能夠提供計量檢測機構工作人員綁定電子標簽與設備的渠道；（2）可通過電子標簽查詢設備的實時軌跡圖和某時間段內的設備流程信息；（3）庫房人員通過輸入總單號或唯一性編號，系統能快速并準確地告知該設備在庫房具體位置，甚至能定位到某個貨架的某層某個單元；（4）基礎信息部分能對實驗室信息、設備信息等進行維護并產生設備與實驗室的關聯信息；（5）查詢統計功能部分能根據組合搜索條件進行查詢與統計。

3 RFID技術在計量檢測及計量標準設備管理中的具體應用

3.1 RFID技術在計量檢測中的應用

（1）對客戶送檢的被檢計量設備的定位跟蹤。收件時，計量業務系統中錄入完被檢設備信息后，將每個被檢設備都綁定有源電子標簽。有源電子標簽內含芯片和電池。芯片寫入計量業務系統中被檢設備的ID號和電子標簽ID號的對應信息。電子標簽進入天線磁場后，發送標簽ID號和天線ID號，讀寫器讀取信息并傳送至RFID數據定位服務器，數據定位服務器傳送信息至后臺控制中心進行有關數據處理。從而通過RFID技術實現對被檢設備的接收、入庫、流轉、出庫等全過程的實時監測和信息自動更新。工作人員通過管理軟件實現了對計量器具樣品的遠距離自動身份識別與定位，能夠實時查看計量設備的流轉軌跡，實現了對計量設備流轉信息的動態化管理，而且準確度高，節約了人工成本，提高了工作效率；智能化的定位與跟蹤有效地防止了計量設備的丟失，避免了因送檢設備的丟失而與客戶產生糾紛。（2）對客戶現場被檢計量設備的相關信息采集。一般選擇VIP客戶的一些大型的，價格較高的、場所比較固定的設備。如是首次檢測，則在現場寫入設備相關信息，如設備名稱、型號規格、出廠編號等至無源電子標簽中。下一周期檢測時，檢測人員用手持的集成讀取器，自動讀取計量設備的相關信息，避免了檢測人員抄寫名牌內容的過程中造成的人為錯誤?，F場檢測過程中，很多時候檢測人員需要用手寫的形式進行數據記錄。但現在我們通過給檢測人員配備平板電腦，無源電子標簽中的儀器相關信息自動錄入電子記錄中，檢測人員只需在電子記錄中記錄現場檢測的數據信息，返回單位后上傳電子記錄，自動生成電子證書，從而實現整個檢測過程的無紙化。

3.2 RFID技術在計量標準設備管理中的應用

計量檢測機構的計量標準設備及其配套設備是保證其正常開展檢定工作，并取得準確可靠測量數據的重要資源，在量值傳遞中起著舉足輕重的作用。本單位有計量標準設備及配套設備上千臺，分布在各個檢測室，而且部分設備經常要被帶至檢測現場。但是，在實際使用過程中，經常會遇到這些情況，如多個檢定員使用同一計量標準設備，由于沒有及時放到固定位置，就存在另一檢定員無法找到的情況；還有些配套設備，不經常使用，某次檢定時需要使用，一時又找不到在哪里等等情況。以前傳統的人工管理，采用表格記錄設備相關信息的方式不能覆蓋所有設備和環節，造成清查盤點困難，甚至設備遺失了還無從知曉。自從采用RFID技術來進行計量標準設備及其配套設備的管理后，這些問題就迎刃而解。在計量業務管理系統中，將計量標準設備及配套設備綁定電子標簽，這樣隨時可查詢設備的位置信息，同時，系統還能統計出設備的使用頻率，為以后購買標準設備提供參考。

4 RFID技術在設備管理使用中的一些注意事項

（1）由于基于RFID技術的設備管理系統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，因此要定期進行維護，如有源電子標簽電池要定期更換，軟件程序也要定期維護等。（2）當設備表面為金屬時，因RFID標簽對金屬比較敏感，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簽。（3）整個RFID系統能否穩定運行完全依賴于局域網能否穩定工作。如果網絡出現故障和斷網，系統不僅會暫時陷入癱瘓狀態，還會導致部分數據的丟失，影響數據的完整性和可靠性。（4）需加強相關人員的學習培訓，使其能熟練操作RFID系統，以便能及時地識別出系統出現的故障，避免給設備管理造成損失。

5 結語

隨著計量檢測業務量的不斷增加，針對計量設備管理中存在的效率低下的問題而構建的基于RFID技術的設備管理系統，在為客戶提高優質計量檢測服務的同時，降低了成本，節省了人力和物力，還可以避免在管理的過程中由于人員疏忽而造成的錯誤，大大提高了原有工作的質量和效率。隨著RFID技術的不斷發展，必將在計量檢測機構中得到更廣泛的應用。