基于PDA的智能巡檢系統(tǒng)的設計

 摘要： 提出了一種基于PDA來提高巡檢工作效率， 從而有效監(jiān)控設備工作狀態(tài)的智能巡檢系統(tǒng)的設計方法。該方法利用射頻識別自動進入相應的參數(shù)記錄界面， 并在記錄設備的工作參數(shù)信息后， 通過GPRS自動傳輸數(shù)據(jù)， 以便為巡檢工作提供方便。

　　0 引言

　　日常的設備巡檢工作往往存在著巡檢設備多、巡檢選項復雜等問題， 同時， 采用手工紙質(zhì)記錄方式， 也會存在無監(jiān)督， 記錄不規(guī)范， 管理不便等人為因素， 因而無法保證巡檢結(jié)果的準確性。為此， 本文設計開發(fā)了一套基于PDA 的智能巡檢系統(tǒng)。PDA的優(yōu)點是輕便、小巧、移動性強， 辦公地點可以是非固定的。而通過射頻識別方式進入巡檢系統(tǒng)， 則能夠保證巡檢到位， 而且其強大的網(wǎng)絡覆蓋優(yōu)勢也使系統(tǒng)可以遠距離使用。因此， 在巡檢工作中應用PDA能夠加快設備信息的收集及處理速度， 防止巡檢工作出現(xiàn)疏漏， 及時發(fā)現(xiàn)設備故障， 保證設備的正常運行。

　　1 系統(tǒng)組成

　　智能巡檢系統(tǒng)主要由射頻識別、參數(shù)記錄、數(shù)據(jù)上傳等三個模塊組成。其中， 射頻識別模塊主要用于識別特定的設備， 進入相應的巡檢項目填寫界面； 而參數(shù)記錄主要用于處理記錄的數(shù)據(jù)， 包括對記錄數(shù)據(jù)進行編碼和加密等過程。數(shù)據(jù)上傳模塊可以不斷掃描是否有已記錄但未發(fā)送的數(shù)據(jù)， 并通過GPRS網(wǎng)絡將記錄后的數(shù)據(jù)上傳到服務器。其工作過程如圖1所示。

圖1 智能巡檢系統(tǒng)工作過程示意圖

　　1.1 PDA的操作系統(tǒng)

　　嵌入式操作系統(tǒng)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應用的操作系統(tǒng)軟件， 它能夠有效管理復雜的系統(tǒng)資源， 完成進程管理、處理器調(diào)度、存儲管理、設備管理、中斷處理等操作系統(tǒng)任務。本文所使用的PDA采用的是WINCE5.0系統(tǒng)。WindowsCE是微軟公司的嵌入式、移動計算平臺的基礎(chǔ)， 它是一個開放的、可升級的32位嵌入式操作系統(tǒng)， 是基于掌上型電腦類電子設備的操作系統(tǒng)， 該系統(tǒng)的圖形用戶界面相當出色。Windows CE是所有源代碼全部由微軟自行開發(fā)的嵌入式新型操作系統(tǒng)，其操作界面雖來源于Windows 95/98， 但WindowsCE是基于WIN32 API重新開發(fā)的新型信息設備平臺。Windows CE 具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基于Win32 應用程序接口且與處理器無關(guān)等特點。

　　Windows CE不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，并且在Windows CE平臺上可以使用Windows 95/98上的編程工具(如Visual Basic、Visual C++等)，也可使用同樣的函數(shù)和同樣的界面風格， 從而使絕大多數(shù)應用軟件只需簡單的修改和移植， 就可以在Windows CE平臺上繼續(xù)使用。

　　1.2 射頻識別模塊

　　本設計中的射頻識別采用的是秀派公司的SP-RFS-300 閱讀器， 其工作頻段是2.4 GHz ～2.4835 GHz。該模塊的特點是識別速度快， 識別距離遠， 并采用固態(tài)封裝， 抗高強度跌落與振動， 因此， 比較適用于本巡檢系統(tǒng)的需要。系統(tǒng)中的標簽采用有源式主動發(fā)射信號給閱讀器， 以便閱讀器能及時收到標簽信息。

　　1.3 數(shù)據(jù)采集和上傳模塊

　　數(shù)據(jù)采集模塊主要用于記錄設備參數(shù)和檢查設備狀態(tài)， 并將巡檢后的結(jié)果保存至本地。每一個巡檢設備都裝有一個固定的有源卡。巡檢人員到達巡檢室后， 可通過識別接收卡源信息進入不同的巡檢項目。在按照設備實際狀態(tài)記錄相應的參數(shù)后， 可保存巡檢結(jié)果， 且在保存的同時， 由系統(tǒng)自動激活發(fā)送線程并在后臺通過GPRS將巡檢結(jié)果發(fā)送至服務器。

　　2 巡線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

　　為了達到管理規(guī)范、巡檢自動化的要求， 本設計的基于PDA的智能巡檢系統(tǒng)應具有以下基本要求:

　　◇ 能夠通過無線射頻識別技術(shù)識別一定范圍內(nèi)的對象， 并能獲取相關(guān)數(shù)據(jù)；

　　◇ 能夠?qū)崟r地與監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)交互；

　　◇ 具有友好的人機交互界面， 并具備數(shù)據(jù)處理能力；

　　◇ 能夠保證數(shù)據(jù)傳輸的高效和安全。

　　2.1 系統(tǒng)設計方案與模塊劃分

　　基于PDA的智能巡檢系統(tǒng)可由帶有GPRS模塊和射頻識別模塊的PDA以及數(shù)據(jù)處理軟件組成。系統(tǒng)設計方案是首先由射頻識別模塊識別設備， 并進入相應的巡檢界面， 然后由現(xiàn)場巡線員記錄相應設備的數(shù)據(jù)信息后， 再將巡檢結(jié)果保存至本機。同時， 系統(tǒng)后臺將自動檢測待發(fā)送的數(shù)據(jù)， 并實時上傳到服務器， 以供上級部門進一步統(tǒng)計、分析和處理。該系統(tǒng)的通信內(nèi)容主要由PDA與射頻識別模塊的通信和PDA與服務器端主機的通信兩部分組成。

　　在巡檢工作中， 客戶端PDA不需要與服務器端實時交互。因此， 本系統(tǒng)采用C/S模式， 其系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體構(gòu)架圖

　　2.2 PDA與射頻識別模塊的串口通信

　　本系統(tǒng)采用射頻識別技術(shù)， 其射頻識別范圍只有1~5米。因此， 要求巡線員必須到達設備所在地后才能進行相關(guān)設備的巡檢工作， 從而保證巡線員的到位率。射頻識別模塊安裝在PDA機身內(nèi)部。PDA內(nèi)部有一個串行端口和射頻識別模塊相接。串行端口的功能是作為芯片和串行設備之間的編碼轉(zhuǎn)換器。當數(shù)據(jù)從芯片經(jīng)過串行端口發(fā)送出去時， 字節(jié)數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為串行位， 然后在一根數(shù)據(jù)信號線上一位一位地傳輸。在到達數(shù)據(jù)接收端后， 串行位又將被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。由于應用程序不斷的從射頻識別模塊的串口中讀取數(shù)據(jù)， 而且讀取數(shù)據(jù)的速度相對較慢， 因此應創(chuàng)建單獨的線程來讀取串口中的數(shù)據(jù)， 以避免阻塞主線程。

　　2.3 PDA數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)

　　基于PDA的智能巡檢系統(tǒng)具有身份驗證模式， 因此， 巡線員使用PDA時， 要按照嚴格要求輸入用戶名和密碼后方能進入系統(tǒng)繼續(xù)操作。另外， 本系統(tǒng)還具有自檢功能， 在數(shù)據(jù)記錄過程中， 一旦有漏檢現(xiàn)象發(fā)生， 系統(tǒng)會立即提醒巡線員并且禁止巡檢員的下一步操作， 從而保證了數(shù)據(jù)記錄的完整性， 圖3所示是本系統(tǒng)中的無線抄表界面圖。在數(shù)據(jù)記錄后， 系統(tǒng)將自動對巡檢數(shù)據(jù)進行加密處理， 服務器端接收數(shù)據(jù)后再自動解密， 這樣可以保證敏感數(shù)據(jù)的安全性。

圖3 無線抄表界面圖

　　2.4 PDA與服務器端主機的通信

　　PDA與服務器之間的數(shù)據(jù)傳輸可通過GPRS無線網(wǎng)絡來完成， 所以， 在傳輸文件之前， 需要將插有SIM卡的PDA開通GPRS服務。PDA通過GPRS登陸公網(wǎng)后， 即可獲得一個IP地址。由于PDA登陸公網(wǎng)所獲得的IP地址是隨機的， 因此，要求服務器的IP地址或者域名必須是固定的。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕?本系統(tǒng)的傳輸形式應以面向連接TCP/IP方式進行。而其程序則可用基于TCP的socket編程實現(xiàn)， 具體步驟如下：

　　(1) 初始化Socket， 并建立客戶端的Socket，確定要連接的服務器的主機名和端口；

　　(2) 發(fā)送連接請求到服務器， 并等待服務器的回饋信息；

　　(3) 連接成功后， 與服務器進行數(shù)據(jù)交互；

　　(4) 數(shù)據(jù)讀取可通過Receive () 來完成， 數(shù)據(jù)的發(fā)送則通過Send () 來實現(xiàn)；

　　(5) 數(shù)據(jù)處理完畢后， 關(guān)閉自身的Socket連接。

　　由于數(shù)據(jù)要通過外網(wǎng)傳輸， 而服務器則放置在內(nèi)網(wǎng)中。因此， 出于安全的考慮， 設計時要進行內(nèi)外網(wǎng)隔離。具體過程是在外網(wǎng)服務器接收PDA發(fā)送的數(shù)據(jù)后， 通過PC機的串口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至內(nèi)網(wǎng)服務器， 從而在物理層上實現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)的隔離， 從而成功完成數(shù)據(jù)傳輸。

　　3 結(jié)束語

　　基于PDA的智能巡檢系統(tǒng)采用模塊化的思想設計， 可實現(xiàn)日常設備數(shù)據(jù)的采集和自動上傳等功能。該系統(tǒng)不僅提高了設備參數(shù)采集的效率，還可保證巡檢人員的到位率， 避免數(shù)據(jù)輸入錯誤。目前， 該系統(tǒng)已經(jīng)在設備巡檢中得到了實際應用。