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        智慧水務領域硬件設備ID管理系統(tǒng)的設計

        2019-12-11 10:00:03鄭文輝
        物聯(lián)網技術 2019年11期
        關鍵詞:智慧水務生產管理

        鄭文輝

        摘 要:智慧水務領域硬件設備通常包括智能水表、各類傳感器、采集器、傳輸器、集中器及網關等,這些設備基數(shù)大、種類多,且大部分僅通過物理地址進行身份識別,給設備的管控、生產管理以及售后維護帶來了較大隱患與困難。為解決此問題,針對智慧水務領域硬件設備設計一套身份特征碼(ID)管理系統(tǒng),該系統(tǒng)利用現(xiàn)有設備的硬件資源,配合嵌入式軟件與平臺ID燒寫軟件,在不增加硬件成本的情況下,為設備增加ID功能,且此ID具有唯一性與可追溯性,易于管理。最后分析該系統(tǒng)在生產管理、售后維護以及設備管控等方面的實用效果。

        關鍵詞:智慧水務;設備ID;設備管控;生產管理;售后維護;可追溯

        中圖分類號:TP202文獻標識碼:A文章編號:2095-1302(2019)11-00-03

        0 引 言

        在智慧水務領域,伴隨著各種物聯(lián)網設備及無線通信技術的快速發(fā)展,相應的智能硬件設備的種類也越來越多[1-2]。但是此類設備的運行環(huán)境多數(shù)無法提供市電供電,采用電池供電且一般工作在低功耗模式;另一方面,此類設備的資源有限,對成本比較敏感,因此很多設備廠家直接將微控制器(Microcontroller Unit,MCU)內部的器件ID作為設備地址實現(xiàn)身份識別。雖然這種模式可以識別設備的唯一性,但是缺乏規(guī)律性與追溯性,不利于設備管控、生產管理與售后維護,無法大面積推廣。與此形成鮮明對比的是,在現(xiàn)有同樣數(shù)量龐大的移動終端中,其設備的ID早已普及,且具有全球唯一性,展現(xiàn)出其管控的便利性。

        基于以上背景,有必要根據智慧領域硬件設備的特點,設計適用于該類設備的ID管理系統(tǒng)。因此,本文在不增加硬件成本的前提下,利用設備的FLASH資源,結合嵌入式軟件以及平臺ID燒寫管理軟件,實現(xiàn)低成本的設備ID管理系統(tǒng),該系統(tǒng)可將有規(guī)律性、可追溯性的唯一ID植入設備,有效解決設備管控、生產管理及售后維護中的問題。

        1 系統(tǒng)總體架構及原理

        本文設計的設備ID管理系統(tǒng)總體架構如圖1所示,該系統(tǒng)主要由設備ID管理服務器、用戶電腦、通用串行總線(Universal Serial Bus,USB)轉串口設備、板級硬件設備組成。設備ID管理服務器用于存放設備ID數(shù)據庫,以及部署管理平臺實現(xiàn)設備ID的規(guī)則管理、權限管理、追溯管理,并提供應用接口給用戶和其他管理系統(tǒng)。各個用戶通過部署應用軟件,采用互聯(lián)網實現(xiàn)與服務器的ID數(shù)據庫建立連接。板級硬件設備通過USB轉串口設備與用戶電腦建立連接,實現(xiàn)設備ID燒寫軟件與板級設備的交互,并將有規(guī)律性、可追溯性的ID下載到設備中,同時將結果反饋至服務器實現(xiàn)雙向管理。

        從圖1可明顯看出,本文系統(tǒng)基本采用通用設備,不需要額外開發(fā)新的硬件設備,通用性較強,只需要板級的硬件設備預留串口與FLASH資源即可,這兩個硬件設備資源在目前的智慧水務領域基本是標配,所以該系統(tǒng)可在不增加硬件成本的情況下實現(xiàn)系統(tǒng)設計。

        2 硬件設計

        設備ID管理系統(tǒng)中,板級硬件設備是系統(tǒng)設計的核心內容。智慧水務領域的硬件設備多采用電池供電,通常須保持低功耗休眠模式,因此在燒寫ID過程中需通過磁桿喚醒設備。設備喚醒后,MCU通過通用異步收發(fā)器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,UART)接口與USB轉串口設備連接,該轉接設備與電腦通過USB連接,從而實現(xiàn)MCU與電腦燒寫軟件之間的通信,進而可實現(xiàn)兩者之間的協(xié)議及數(shù)據交換[3]??紤]到很多設備采用的MCU資源有限,且后期有可能需要升級軟件,所以將設備ID信息存儲在外部FLASH可使系統(tǒng)具備更高的兼容性。板級設備硬件框圖如圖2所示。

        3 軟件設計

        本節(jié)重點闡述設備ID管理的業(yè)務流程及設備ID規(guī)則,在此基礎上給出設備ID管理的軟件流程。其中,業(yè)務流程闡明系統(tǒng)實現(xiàn)設備ID管理功能的步驟,設備ID規(guī)則明確通信的編碼規(guī)則。

        3.1 業(yè)務流程

        智慧水務領域硬件設備ID管理系統(tǒng)的業(yè)務流程如圖3所示。首先用戶通過燒寫軟件選擇相應的產品參數(shù)(如產品線、設備類型等)。然后選擇從服務器獲取ID號段,服務器收到獲取命令后從數(shù)據庫提取未被使用的ID號段并下發(fā)到用戶端,同時將這些號段鎖定,防止重復下發(fā)。用戶端獲取成功后即可選擇燒寫設備ID號,設備收到燒寫命令后對ID號進行鑒別,若設備本身無ID號且設備類型一致,則將該ID燒寫到外部FLASH,并返回成功應答碼,若失?。ㄈ缭O備ID已存在、設備類型不對、設置失敗等)則返回不同應答碼。

        當批量生產結束后,選擇上傳序列,將已燒寫與未燒寫的ID號段回傳至服務器數(shù)據庫,做相應的刪除與釋放工作,從而實現(xiàn)ID號段的統(tǒng)一管理與資源最大化。

        3.2 設備ID規(guī)則

        智慧水務領域的硬件設備多采用電池供電,對能耗的開銷非常敏感,而且多數(shù)設備采用無線通信方式。為了盡量減少無線通信帶來的耗能,本文系統(tǒng)在保證工作正常的前提下盡量減小設備ID的長度。

        本文設計的設備ID規(guī)則如圖4所示,其包含廠家編碼(1 B)、產品系列(1 B)、產品類型(1 B)、年(1 B)和序列號(3 B)共7 B。

        (1)廠家編碼:實際設備可能存在不同廠家代工現(xiàn)象,為了后期可追溯,不同的廠家編碼代表不同廠家。

        (2)產品系列、產品類型:由于智慧水務領域硬件設備系列種類較多,所以產品系列和產品類型用于區(qū)分不同系列不同類型的硬件設備,便于后期平臺對設備進行管理。

        (3)年、序列號:年與序列號配合使用,實現(xiàn)設備ID唯一性,最大可支持每年100萬臺某類型的設備。

        通過上述編碼規(guī)則可有效實現(xiàn)設備的云管控、售后管理及生產管理。

        3.3 設備ID軟件流程圖

        板級硬件設備進入設置狀態(tài)后,一旦收到設備ID燒寫指令,就會對數(shù)據進行解析、校驗及匹配,然后判斷設備ID是否為空,若為空則將收到的ID燒寫到設備的FLASH中,并返回成功應答碼,否則返回錯誤應答碼[4-5]。設備ID軟件流程如圖5所示。

        4 實用效果

        本文設計的設備ID管理系統(tǒng)可應用于智慧水務領域硬件設備的生產管理、售后管理及設備管控等,大大提升這些環(huán)節(jié)的工作效率與質量。

        4.1 生產管理

        本文系統(tǒng)給不同類型的設備賦予了唯一的身份標識,該標識可體現(xiàn)此設備的生產信息(如由哪條生產線生產、設備類型、生產批次等),結合制造企業(yè)的生產過程執(zhí)行系統(tǒng) (Manufacturing Execution System,MES),對應硬件設備的元器件廠家批次、生產人員、生產工藝等信息進行關聯(lián),有利于成品不良率的分析。此外,在做半成品檢測時,設備ID已經生成,因此結合自動化工裝,可自動生產對應信息,無需人員手工錄入,從而提升了生產效率與產品質量。

        4.2 售后管理

        在智慧水務領域,硬件設備的數(shù)量基數(shù)較大且設備種類較多,因此給售后人員的設備維護工作造成了較大壓力。通過引入設備ID管理系統(tǒng),售后人員利用手持設備掃描外殼二維碼或直接讀取設備ID,就可獲取到相應的設備信息,并將售后信息導入售后系統(tǒng)。而售后系統(tǒng)與研發(fā)系統(tǒng)掛鉤,研發(fā)人員將第一時間獲取設備情況,并通過生產MEX系統(tǒng)調閱該設備相關生產信息,從而獲取到完整的設備信息。在多維信息的支撐下,研發(fā)人員可迅速定位問題點,進而快速配合售后人員解決相關問題,從而有效降低售后維護成本,同時提高售后響應速度。

        4.3 設備管控

        通過硬件設備的ID,設備管控平臺有了抓力點,可對設備的運行狀況進行全生命周期的管控與調度。智慧水務領域的設備基數(shù)大且種類多,在沒有設備ID的情況下無法對數(shù)據快速篩選,通常都是發(fā)現(xiàn)一個,標記一個,篩選一個,當數(shù)據量大時工作效率很低。利用本文設計的設備ID管理系統(tǒng),設備管理平臺可根據相應的規(guī)則自動對數(shù)據進行過濾、分類和篩選,真正為大數(shù)據分析提供強有力的信息支撐。

        5 結 語

        在智慧水務領域,硬件設備數(shù)量基數(shù)大且種類多的特性給企業(yè)帶來了管理上的難題。本文設計的設備ID管理系統(tǒng)在不增加硬件成本的前提下,通過修改硬件設備,軟件配合現(xiàn)有硬件資源,即可高效完成設備ID管理,且該ID具有規(guī)律性、唯一性與可追溯性,利用其可打通研發(fā)設計、生產管理、售后維護及設備管控等環(huán)節(jié)的信息壁壘,使所有管理環(huán)節(jié)信息對稱,從而提高產品質量、降低售后成本,并提升數(shù)據分析能力。

        參 考 文 獻

        [1]熊建功,沈秀紅.智慧水務生產運營大數(shù)據平臺新構想[J].物聯(lián)網技術,2019,9(5): 43-45.

        [2]謝麗芳,邵煜,馬琦,等.國內外智慧水務信息化建設與發(fā)展[J].給水排水,2018,11(44):135-139.

        [3]馬洪連,吳振宇.電子系統(tǒng)設計面向嵌入式硬件電路[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2018.

        [4]譚浩強. C程序設計[M].4版.北京:清華大學出版社,2010.

        [5]彭偉.單片機C語言程序設計實訓100例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2015.

        [6]宛如意,李震.基于NB-IoT的智慧水務建設探討[J].電子測試,2017(12):72-73.

        [7]張善亮.智慧水務綜合信息管理平臺的智慧化應用[J].中國建設信息化,2017(4):67-69.

        [8]常亞林.關于“智慧水務”平臺系統(tǒng)的構建及關鍵技術分析[J].山東工業(yè)技術,2018(9):146-147.

        [9]丁承君,田軍強.面向水務監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據處理單元設計與實現(xiàn)[J].制造業(yè)自動化,2019,41(6):4-7.

        [10]謝善斌,袁杰,侯金霞.智慧水務信息化系統(tǒng)建設與實踐[J].給水排水,2018,44(4):134-140.

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