基于无线射频识别技术的表计信息自动采集系统

亢宝印 ，吴丽静 ，陈慧芬 ，曲晓峰 ，霍艳霞 ，李宜鹏

（1.聊城供电公司，山东 聊城 252000；2.日照山川电子信息技术有限公司，山东 日照 276800）

0 引言

20世纪80年代以来，随着全球的信息技术的飞速发展，信息技术已经渗透到社会经济的各个领域。目前电力营销现场作业的数据采集模式大多延续传统的手工录入或条码扫描模式，随着用户数量及设备的大量增加及对数据即时、批量、快速采集的需求，传统方式越来越不能适应标准化、规范化、信息化管理的要求。

国家电网公司于2008年开始推行大计量中心建设，将逐步实现表计集中校验、统一配送，计量中心所管理的表计数量大副度增加，以聊城供电公司为例，截止2009年底，该公司计量中心所管理的表计数量已达40万只，每月库房表计出入量超过2万只，2010年实行表计集中校验后，该公司计量中心所管理的表计数量已突破170万只，每月库房表计出入量将超4万只，并且仍将以每年5万只表计的速度在递增，面对如此大批量、流转环节多、流转频繁的表计，对表计信息的采集提出了更高的要求。

1 整体设计

2009年底，聊城供电公司与日照山川电子信息技术有限公司合作，结合目前表计管理工作的特点，在深入探索RFID自动识别技术的基础上，确定把无线射频这项新技术融入到供电公司的表计管理流程，利用无线射频技术和信息化技术的结合，实现数据采集的准确、快速、便捷、安全，提高工作效率。

设备选型与测试：根据计量器具的管理特点选择合适的电子标签并确定其尺寸、粘贴位置，确定采集设备的种类及数量、安装位置。

为计量器具建立电子身份证：为每一个计量器具加贴一个电子标签，并与之建立对应关系，该标签将伴随其全生命周期，作为其身份识别信息。

采集设备安装调试：结合自动化立体库房，分别在库房出入口、校验室表计出入库、校验台等区域设置无线射频读写装置，用于电子标签的识读。

开发管理系统：集成各射频读写设备，开发通讯、控制程序，结合工作流程实现信息的采集，开发与立库管理系统、营销MIS的接口，共享数据。

预留后续应用接口：最终实现各计量环节计量器具信息的自动、批量、快速采集，并为营销支持系统及其它系统提供接口支持。

2 无线射频识别技术

无线射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术，它的基本原理是利用射频信号和空间耦合或雷达发射的传输特性，实现对物体的自动识别，无线射频识别技术与目前广泛使用的识别技术例如条形码、磁卡、IC卡等相比具有很多突出优势。

1）非接触操作，长距离识别，可达到几米甚至几十米，完成识别工作无须人工干预，而且非常方便。

2）无机械磨损，无机械故障，寿命长，并可工作于各种油渍、灰尘污染等恶劣环境。

3）可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签。

4）具有全球唯一的序列号，不能更改，使其具有独特的防伪性能，数据安全方面除了电子标签的密码保护以外，数据部分可用一些加密程序实现更加安全化的管理。

5）可根据张贴物品的不同或工作流程的不同实时改变存储区内数据，更加便于物品的识别与跟踪。

6）读写器与标签之间存在相互识别的过程，达到安全通信和存储。

3 系统的组成

3.1 电子标签

电子标签选型。电子标签是实现表计信息自动采集的基础，是表计的电子身份证，根据对信息的采集距离及识别精度的要求，选择UHF的标签，遵循 EPC Class1 Gen2协议，频率 860～960MHz。该款标签识读距离远，识读精度高，经测试满足系统需要。考虑到电子标签的应用是一个渐进的过程，在一段时间里还会与条形码并存，按向前兼容的原则，选用的电子标签带面纸，表面可以打印上条形码等相关信息，便于在还没有RFID识别设备的管理环节应用。

电子标签粘贴位置。参照Q/GDW 356-2009《国家电网公司单相智能电能表型式规范》和Q/GDW 355-2009《国家电网公司单相智能电能表型式规范》中对于表计尺寸、材质、标签粘贴位置的要求，标签尺寸为：73.2 mm×17 mm，粘贴于表计的铭牌相应位置。电子标签可由供电公司根据定购表的数量及资产号分配情况，打印生成成品标签提供给表厂，由表厂按照要求粘贴到相应位置，也可在采购时把电子标签的技术参数及粘贴位置等说明，由厂家直接采购并粘贴。

电子标签数量。每块电能表粘贴一张电子标签，该标签存储空间中写入该表的资产编号，作为该表的一个电子身份证，伴随表计从出厂到报废的整个生命周期，表计报废后该表标签也作报废处理。为每个周转箱粘贴一枚电子标签，在其存储空间中写入相同的表箱号数据，与表箱上的条形码箱号一致。

3.2 电子标签打印机

标签打印机必须与所选的标签相匹配才能正常使用，因为电子标签是无线读写数据，在需要准确的一对一读写过程中很容易产生串扰，本次选用的标签为窄间距封装形式，即两个标签之间上沿到上沿的间隔只有20 mm，选用B-SX5T标签打印机，支持最低为20 mm的窄间距打印能力，此款打印机为工业机打印机，性能稳定，打印速度快，打印精度高306DPI，打印宽度127.5mm。具有独特的打印头抬起功能，检测出IC芯片上的无印字区域（20 mm以上），并将热敏打印头从印字面抬起，防止热敏打印头对IC芯片产生的压力或热量造成芯片损伤。

可向电子标签芯片中写入信息，在标签表面打印相应的条形码等信息。在标签表面信息打印之前，数据会被写入RFID智能标签的芯片中，数据写入后，会自动进行读取确认数据是否正确写入，然后再在标签表面打印条形码或文字，因RFID智能标签不良而导致数据无法写入时，会在标签表面自动打印NG图案，以防止不良标签的误用。

3.3 固定式识读器

选型。考虑到系统稳定性及读取距离的要求，选用了一款成熟的RFID固定式读书器，V750系列UHF读写器，一台读写器可配四个天线，读写器可直接通过网线与电能主机相连，实现数据的读写，该款读写器在相关的项目已经应用过，经过长时间的运行证明其性能可靠稳定，读取距离远，可满足本项目的需要。

设置。聊城供电公司的自动化库房共设了8个出入口，除一楼的表库总出口和一个新表入拆包区口外，其余一到三楼库房南侧各设一个出口及一个入口，这6个出入口都为双通道双进双出式。电能表以周转箱为单位在自动化库房中进出并定位，每一箱表一个存储位置，因此需要准确采集每一周转箱中所装表计的信息。

根据自动化库房的运转方式，当电能表装周转箱入库时，将该箱的箱号与所装表计的资产号通过RFID标签及识读器获取，实现箱号与所装表计及传输通道的绑定，并传给自动化库房管理系统。该周转箱进入自动化库房后由库房管理系统自动分配存储单元并在系统中记录，实现表计的定位存放。当需要表计时根据表计配送单由自动化库房管理系统选取合适的表计并完成出库。

综合考虑只需在库房的入口处设置RFID固定式读写器即可，1～3楼共3个双通道入库口，为了实现单箱表计装箱信息的准确采集，每一个通道设置一个读写器，另外在一楼的新表入拆包区口处设置一台固定式读写器，整个库房共设置7台固定式读写器，每个固定式读写器都设置有转换开关，方便在启用与禁用之间自由切换。

安装。每个固定式读写器由1个终端配4个天线组成，天线的安装方式、高度、角度对采集效果有直接影响。结合自动化库房的特点及多次测试，选用不锈钢制作天线安装支架，为门型结构，其高度与现有出入库口的高度一致，4个天线上下左右环绕式放置，采集范围聚焦于输送带上的周转箱，同时为了防止相临两通道读写器的相互干扰，采用了电磁屏蔽、光电感应分时读取、软件过滤等多项技术，实现周转箱及所装表计的一次百分百准确识读。

3.4 移动式识读器

选用7527C系统手持式读写器，该款读写器彩屏手写带操盘，操作方便，同时集成了一维条码扫描和RFID识别，可较好的满足现阶段表计管理环节中条码与RFID并存的状况，同时RFID的读写功率可调，这样就较好的满足了在RFID读写过程中对距离的远近调节要求。工业等级高，IP65防护等级，可抵抗1.2 m到水泥地面的摔落冲击，工作温度范围宽，可在-20℃～+50℃范围内正常工作。

针对该款手持式读写器，开发了相应的内置程序，用以实现表计装箱、表计校验、现场核查、封印管理等环节的RFID信息读写要求。聊城供电公司的电能表无线射频出入库管理系统中，主要实现表计装箱的抽查、复查功能，以及标签的读取、写入等检验功能。

3.5 管理系统

选用流行的JAVA开发平台，根据web的三层结构我们在表现层使用Struts框架，业务层使用Spring框架，而在持久层使用Hibernate处理与数据库相关的业务。

按照目前最流行的SOA开发理念，遵从敏捷软件开发的思路，大量使用接口，降低软件的耦合度，以利于将来软件的升级和功能扩展。

系统实现与现用设备的连接、通讯，发布指令并获取信息，系统在采集数据后经过硬件过滤、条件筛选、数据比对等环节对数据进行校验，确认无误后将信息打包后按约定格式发送至自动化库房、营销MIS等系统，如发现异常，即发出声光报警，提醒工作人员注意予以干预。同时发送一个异常标志给相关联的系统，启动异常处理机制。

3.6 扩展接口

系统按开放式的设计理念，为今后无线射频技术在表计的资产管理、库存、配送、装换、稽查、抄收等各个环节的应用预留了接口，同时也有利于以后系统升级、完善。

4 系统特点

自动化程度高。系统实现了表计周转信息的自动化采集，彻底解决了传统手工记录或条形码扫描等采集方式造成的管理工作效率低、劳动强度大、差错率高、信息采集不及时等弊端，提高了电能计量管理的现代化水平。

多门类技术的综合应用。该系统集无线射频识别技术、计算机技术和现代通信技术等多种现代技术相结合，技术先进。

系统安全、可靠兼容性强。采用无线射频识别技术作为表计管理的技术手段，利用电子标签无线识读、数据安全性及防伪性高、寿命长、性能稳定的特点，选用性能稳定经过实践检验的配套设备及开发平台，使系统运行更加可靠稳定、信息采集更为简捷准确。同时向前兼容条形码的应用，使用系统应用更加灵活。

操作简便。系统运行后即可按既定流程进行自动化运行，数据采集、校验、传输、储存无须人工干预，大屏实时显示运行状态及相关数据，配有声光报警提示，工作状态一目了然。

设计超前、考虑全面。为无线射频技术在电力系统的全方位应用提供了基础和框架，并提前预留了扩展接口，为今后无线射频技术的全面应用奠定了基础。

5 结语

系统于2010年5月投入试运行，运行良好，各项功能和性能指标均达到设计要求，系统操作简便，功能完善齐全，程序运转流畅，自动化程度高，能快速准确地完成各类表计的数据处理和传输，大大减轻电能计量管理人员的劳动强度，减少和避免了业务差错，提高了工作效率和工作质量。