物联网技术在大功率短波发射机巡检中的应用
石磊 高峰
（国家广电总局722台 ）
[摘要]文章阐述了物联网中的RFID系统的组成和所具有的优越性，并介绍了RFID系统在大功率广播发射机巡检过程中的成功应用，同时还对PDA巡检软件程序的实现进行了分析和介绍。 [关键字]物联网技术 RFID系统 发射机巡检应用 PDA巡检软件程序
1前言
随着物联网概念的出现，目前物联网在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信、计算机、传感器等技术，构造出一个能够覆盖世界上万事万物的实物互联网。RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别。RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象，并获取相关数据，识别工作无须人工干预，既支持只读工作模式，也支持读写工作模式；可工作于各种恶劣环境，可识别高速运动物体，并可同时识别多个标签，简单实用，操作快捷方便，特别适用于自动控制系统。我们成功地利用物联网中的射频识别（RFID）技术在发射机机房进行巡检，定时定点完成巡检任务，替代了过去人工巡机抄表的工作，并对发射机的运行状态数据进行实时采集、保村和分析，提高了在大功率广播发射机机房中的巡检能力。
2 RFID系统 RFID 系统通常具备两种关键能力，首先是自动识别的数据读写能力；其次是满足数据存储和数据转换的数据处理能力。RFID 系统由电子标签、阅读器和控制管理系统等三个部分组成，图1为RFID系统基本组成框图。
2.1电子标签 电子标签，也称之为射频识别卡，由芯片及耦合元器件组成， 主要功能是完成与阅读器之间的通信。其与条码、磁卡、IC卡等同期或早期的识别技术相比， 射频识别卡具有非接触、工作距离长、适于恶劣环境、可识别运动目标等优点。 按照能量供给方式的不同，电子标签可以分为被动标签、半主动标签和主动标签等三种，其中，半主动标签和主动标签中芯片的能量由电子标签所附加的电池提供，主动标签可以主动发出射频信号；按照工作频率的不同，电子标签可以分为微波、超高频（UFH） 、高频（HF） 和低频（LF）等不同类别。不同频段的电子标签，其工作原理各有不同，微波和超高频段的电子标签一般采用电磁发射原理；高频和低频段的电子标签一般采用电磁耦合原理。
2.2读写器 读写器是用于读取标签信息的设备。读写器可以控制自己内部的射频模块向电子标签发射读取信号，并接收电子标签的应答信号，对回复应答信号的电子标签对象的标识信息进行解码，并将对象标识信息连同标签上其它相关信息传输到主机上以供处理。本系统中的读写器采用PDA进行读取数据，完成巡检。 2.3控制管理系统 控制管理系统实际上就是一个软件管理系统，其控制过程如下： 读写器发送一定频率的射频信号，当电子标签（射频识别卡）进入发射天线的工作区域时，会产生感应电流，电子标签获得能量被激活，并将自身编码等识别信息发送出去，系统接收天线接收到从电子标签发送来的射频信号，经调节器传送到读写器，读写器对接收的信号进行解调和解码，然后送到控制管理系统进行相关处理，控制管理系统根据逻辑运算判断该电子标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，并发出指令信号控制执行机构动作。 控制管理系统是RFID应用框架中相当重要的一环，主要是用来管理读写器（PDA）、服务器或网络接口模块之间的通讯，负责实现与RFID硬件以及配套设备的信息交互和管理，同时作为一个软硬件集成的桥梁，完成与上层复杂应用信息之间的交换。控制管理系统连接并通过并行端口、串行端口或通讯总线访问电子标签，也可以通过编辑程序直接利用电子标签储存的数据来实现过程控制。 2.4 RFID系统的优越性 RFID系统具备有很多独特的优越性，主要表现在如下几个方面： （1）读取方便：数据的读取采用无线信号，采用自带电池的主动标签时，其有效识别距离可达30m。 （2）识别速度快：电子标签一进入有效识读范围，PDA就能即时读取标签的信息，且能同时处理多个标签，实现批量识别。 （3）数据容量大：标签容量可以根据用户的需要扩充到数十kB。 （4）使用寿命长，应用范围广：其无线通信方式，使其可以应用于高污染环境和放射性环境，其封闭式包装使其寿命大大超过裸露印刷条形码的使用寿命。 （5）标签数据可动态更改：利用阅读器可以向电子标签里写入数据，从而赋予标签交互式便携数据的功能。 （6）安全性好：电子标签不仅可以嵌入或附着在不同形状、不同类型的产品上，而且可以为标签数据的读写设置密码保护，从而具有较高的安全性。 （7）动态实时通信：标签以每秒发送50-100次的频率与PDA进行通信，所以只要电子签所附着的物体出现在阅读器的有效识别范围内，就可以对其进行动态的跟踪和监控。
3 RFID技术在发射机设备巡检中的设计与应用 RFID系统将发射机运行状态监测和设备巡检管理进行了有机融合，在线监测功能可向值班员提供监视画面，值班员可在设备区，手持PDA即可获取所在巡检点的设备运行实时状态数据，充分发挥了移动通信的优越性，设备区无需安装昂贵的现场显示装置。RFID系统提供了统一的界面，在线监测、巡检管理均可以WEB方式登录主站系统。 近年来，无线局对大量短波发射机先后进行了不同程度的数字化改造，但对发射机设备自身状态的在线监测并未涉及。设备的健康状况、能否正常工作，是保证安全播音过程能否可靠进行的基础。目前，对发射机的维护管理方式，还是以人工定时巡检为主，由于缺乏对设备的在线监测，无法做到“预防性发现问题”，难以在发射机出现故障前，发现系统的运行缺陷，从而不能确保发射机在工作期间能够安全稳定运行。 为此，有必要对发射机及辅助设备以及运行环境进行在线监测，当出现细小的问题后，通过PDA立即报告值班员，可以做到防患于未然，将事故发生的可能性大大降低。通过设备运行状态综合监测，将以往人工定时巡检设备的被动发现问题的方式改变为主动发现缺陷的新方式，从而对设备异常能够及早预先发现，以预防为主，杜绝停播事故，保护运行设备的安全。
3.1 PDA设备巡检的设计 PDA设备巡检功能建立在无线网络通信、电子标签和在线监测系统三者基础之上。在线监测系统采集现场设备运行的实时数据，PDA向在线检测系统发出实时数据请求，PDA与在线监测系统之间通过无线局域网WLAN方式通信。利用PDA设备系统可以轻松实现巡检和缺陷数据的采集功能，以现场巡检采集数据实时传送到控制管理系统进行分析的方式，实现巡检到位控制和缺陷信息输入等规范化的管理。 值班员在对发射机进行巡检时，手持PDA，靠近放置电子标签的设备巡视点，PDA读取电子标签中的特定信息，即巡视点ID，之后PDA与在线监测系统进行网络通信，获取该巡视点相关设备的当前运行数据，并显示于PDA屏幕。 设备巡检人员拿着手持移动终端（PDA）到达发射机以外的巡视区后，通过读取该区域设置的电子标签的信息，进行设备身份识别后，PDA通过无线网向主控计算机请求其所在设备区的当前运行状态信息，主控计算机响应其请求，提供相关设备的实时数据。 图2为模拟PDA在巡检中数据的登陆界面，巡视点选择界面可选择巡检点，并在巡检点位置附近进行数据接收，由数据接收界面就可看到所检测数据。 根据大功率短波发射机的组成，我们分别在高周部分、发射机面板、低周PSM模块、水泵房设立了四个巡视区，如图3所示。 对发射机中及外围设备监测点的设定如下： （1）低周变压器本体温度； （2）48路PSM板运行状态信号； （3）发射机电子管表面温度； （4）电子管风冷系统两台风机的风量； （5）3个大型真空可变电容器温度； （6）盘形线圈温度； （7）大型电感线圈温度； （8）水冷系统水箱水位； （9）水冷系统进水温度、压力、流量； （10）水冷系统出水温度、压力、流量。 在以上各监测点，分别安装有各类传感器，如：光纤光栅传感器，风速传感器，水位传感器，位移传感器等，进行各种数据的采集。 监测点分布图，如图4所示。
3.2 RFID系统的应用 按照既有的设备巡检制度，巡视时间到后，RFID系统将提醒值班员开始巡检。值班员对巡视区域逐一巡视，到达巡视区后，用自己的PDA靠近相应的电子标签，读取标签中的信息，PDA根据该标签信息获取该设备区所有采集点的实时数据，用以检测设备的运行状态（正常，异常）。值班员通过操作PDA予以确认，之后，在PDA的引导下，前往下一个巡视区，直至全部设备巡视完成。在巡视过程中，值班员发现设备缺陷后，可以直接在PDA上填写异常信息，并通过无线局域网存入后台的设备巡视数据库。 RFID系统不仅对巡检记录、缺陷情况做详细的分析和处理，还可通过图5报表等形式，对巡检数据、缺陷情况进行直观地表述，既可以满足自动巡检的要求，也可以满足复杂数学计算和三维动态显示的需要；同时，还具有在线数据库功能，可以长期保留历史数据；尤其是还具有灵活、方便的扩展功能，通过简单的修改软件和配置参数，就可以具备极强的功能扩展能力，适合本系统不断扩展，形成更加实用的综合系统。
3.3 PDA设备巡检软件的实现 本系统中，PDA本身带有读写模块，巡检时，PDA读取巡视区的标识ID，PDA根据该ID获取该巡视区所包含的设备监测点，随后通过无线局域网获取这些监测点的实时数据。 系统采用基于MicroSoft最新Mobile操作系统的PDA终端，携带操作非常便捷，运行稳定，在很大程度上提高了巡检的便利性和准确性。PDA存储容量大，有足够的空间来存储巡检数据；PDA配置有高性能的CPU，相对其它手持机，能够提供更强的处理能力；PDA还提供了汉字输入功能及全屏手写功能，能直接在屏幕上通过手写输入字符和汉字。 为了确保数据的安全性，系统提供了数据自动备份与恢复功能。 数据自动备份：系统设置在电池电量低于25%或者退出系统时，自动将数据备份到PDA扩展的SD卡上，备份的数据包括：PDA端安装程序、用户注册信息、设备台帐信息、历史巡检数据和巡检任务；数据恢复：当PDA终端数据丢失，通过SD卡备份安装程序可直接安装PDA端程序，并在运行程序前导入用户注册信息、设备台帐信息、历史巡检数据和巡检任务。
4总结 无线局域网 WLAN通讯与RFID非接触式的自动识别技术是在无线通信领域近年来发展成熟起来的新技术，这些新技术在大功率广播发射领域的应用是一次尝试，也是一种创新，它们在大功率广播发射领域必将有很广泛的应用前景。运用物联网中RFID技术实现大功率短波发射机的设备巡检，是物联技术在大功率短波发射机巡检中应用的实例，为我们探索“有人留守，无人值班”的新型工作方式打下了良好的基础。 参考文献： 1 郎为民 射频识别(RFID)技术原理与应用[M] 北京 机械工业出版社 2006. 2 [德]Klaus Finkenzeller著 陈大才译 射频识别(RFID)技术[M] 北京 电子工业出版社 2001.
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