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(gòu)的設(shè)備管理包括兩大部分，一是客戶送檢的被檢計量設(shè)備和檢測機構(gòu)人員去客戶現(xiàn)場檢測的被檢計量設(shè)備；二是計量檢測機構(gòu)用于檢測客戶的計量設(shè)備而使用的計量標準設(shè)備及其配套設(shè)備。目前，大部分計量檢測機構(gòu)對計量設(shè)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(fù)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(nèi)。（3）需要人工錄入，數(shù)據(jù)量大而易出錯。（4）由于交接環(huán)節(jié)多、工作量大，會造成被檢計量設(shè)備丟失、設(shè)備流轉(zhuǎn)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(gòu)用于量值溯源的計量標準設(shè)備及其配套設(shè)備，大部分計量檢測機構(gòu)則完全采用的手工管理方式，工作量大且不能及時更新設(shè)備的狀態(tài)信息。

隨著科技的進步，射頻識別技術(shù)（RFID：Radio Frequency Identification）這種非接觸式的自動識別技術(shù)，越來越廣泛地應(yīng)用于定位跟蹤、監(jiān)控和管理領(lǐng)域，這幾年在計量檢測行業(yè)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)交換的目的，其識別工作無須人工干預(yù)。

2 基于RFID的設(shè)備管理系統(tǒng)構(gòu)成及部署情況

基于RFID技術(shù)的計量設(shè)備管理系統(tǒng)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(wù)器組成。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)可隨時更新、讀寫；三是體積小，容易封裝，可以嵌入產(chǎn)品內(nèi)，使用方便；四是具有專業(yè)芯片，序列號唯一，很難復(fù)制，比較安全；五是使用壽命長，能抗惡劣環(huán)境且感應(yīng)效果比一般的要好很多。電子標簽根據(jù)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(shè)備和單位內(nèi)計量標準及配套設(shè)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(fā)射125KHz的低頻信號，處于信號范圍內(nèi)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(tài)值、激活天線的編號和RSSI場強通過2.4GHz發(fā)射出去?，F(xiàn)場檢測的被檢設(shè)備上使用無源電子標簽。有源電子標簽通過標簽內(nèi)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(fā)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(shè)備的相關(guān)信息。

低頻激活器主動發(fā)射連續(xù)的125kHz低頻脈沖信號（載波數(shù)據(jù)中含該激活器編號）；配套的標簽持續(xù)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(fā)射（無線發(fā)射的數(shù)據(jù)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(tài)，實時接收有源電子標簽發(fā)出的信號，并將接收到的數(shù)據(jù)通過RJ45或RS485傳送到定位服務(wù)器。

天線傳感器部署在各實驗室內(nèi)，每個天線有唯一的ID號對應(yīng)相應(yīng)的實驗室位置信息。定位服務(wù)器對讀寫器上傳的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫中，為設(shè)備流轉(zhuǎn)管理提供數(shù)據(jù)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(shè)備上的電子標簽的精確位置即計量設(shè)備的位置，由于環(huán)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(shù)據(jù)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(shù)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(jù)定位算法提供的設(shè)備位置對計量設(shè)備從前臺—庫房—實驗室—庫房—前臺等這樣的流轉(zhuǎn)過程進行便捷、準確和安全的監(jiān)管。管理軟件提供接口接入計量檢測機構(gòu)的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。

管理軟件主要具備如下功能：（1）能夠提供計量檢測機構(gòu)工作人員綁定電子標簽與設(shè)備的渠道；（2）可通過電子標簽查詢設(shè)備的實時軌跡圖和某時間段內(nèi)的設(shè)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(tǒng)能快速并準確地告知該設(shè)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(chǔ)信息部分能對實驗室信息、設(shè)備信息等進行維護并產(chǎn)生設(shè)備與實驗室的關(guān)聯(lián)信息；（5）查詢統(tǒng)計功能部分能根據(jù)組合搜索條件進行查詢與統(tǒng)計。

3 RFID技術(shù)在計量檢測及計量標準設(shè)備管理中的具體應(yīng)用

3.1 RFID技術(shù)在計量檢測中的應(yīng)用

（1）對客戶送檢的被檢計量設(shè)備的定位跟蹤。收件時，計量業(yè)務(wù)系統(tǒng)中錄入完被檢設(shè)備信息后，將每個被檢設(shè)備都綁定有源電子標簽。有源電子標簽內(nèi)含芯片和電池。芯片寫入計量業(yè)務(wù)系統(tǒng)中被檢設(shè)備的ID號和電子標簽ID號的對應(yīng)信息。電子標簽進入天線磁場后，發(fā)送標簽ID號和天線ID號，讀寫器讀取信息并傳送至RFID數(shù)據(jù)定位服務(wù)器，數(shù)據(jù)定位服務(wù)器傳送信息至后臺控制中心進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。從而通過RFID技術(shù)實現(xiàn)對被檢設(shè)備的接收、入庫、流轉(zhuǎn)、出庫等全過程的實時監(jiān)測和信息自動更新。工作人員通過管理軟件實現(xiàn)了對計量器具樣品的遠距離自動身份識別與定位，能夠?qū)崟r查看計量設(shè)備的流轉(zhuǎn)軌跡，實現(xiàn)了對計量設(shè)備流轉(zhuǎn)信息的動態(tài)化管理，而且準確度高，節(jié)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(shè)備的丟失，避免了因送檢設(shè)備的丟失而與客戶產(chǎn)生糾紛。（2）對客戶現(xiàn)場被檢計量設(shè)備的相關(guān)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(shè)備。如是首次檢測，則在現(xiàn)場寫入設(shè)備相關(guān)信息，如設(shè)備名稱、型號規(guī)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(shè)備的相關(guān)信息，避免了檢測人員抄寫名牌內(nèi)容的過程中造成的人為錯誤。現(xiàn)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(shù)據(jù)記錄。但現(xiàn)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(guān)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(xiàn)場檢測的數(shù)據(jù)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(xiàn)整個檢測過程的無紙化。

3.2 RFID技術(shù)在計量標準設(shè)備管理中的應(yīng)用

計量檢測機構(gòu)的計量標準設(shè)備及其配套設(shè)備是保證其正常開展檢定工作，并取得準確可靠測量數(shù)據(jù)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(shè)備及配套設(shè)備上千臺，分布在各個檢測室，而且部分設(shè)備經(jīng)常要被帶至檢測現(xiàn)場。但是，在實際使用過程中，經(jīng)常會遇到這些情況，如多個檢定員使用同一計量標準設(shè)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(shè)備，不經(jīng)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(tǒng)的人工管理，采用表格記錄設(shè)備相關(guān)信息的方式不能覆蓋所有設(shè)備和環(huán)節(jié)，造成清查盤點困難，甚至設(shè)備遺失了還無從知曉。自從采用RFID技術(shù)來進行計量標準設(shè)備及其配套設(shè)備的管理后，這些問題就迎刃而解。在計量業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)中，將計量標準設(shè)備及配套設(shè)備綁定電子標簽，這樣隨時可查詢設(shè)備的位置信息，同時，系統(tǒng)還能統(tǒng)計出設(shè)備的使用頻率，為以后購買標準設(shè)備提供參考。

4 RFID技術(shù)在設(shè)備管理使用中的一些注意事項

（1）由于基于RFID技術(shù)的設(shè)備管理系統(tǒng)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(shè)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(tǒng)能否穩(wěn)定運行完全依賴于局域網(wǎng)能否穩(wěn)定工作。如果網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障和斷網(wǎng)，系統(tǒng)不僅會暫時陷入癱瘓狀態(tài)，還會導(dǎo)致部分數(shù)據(jù)的丟失，影響數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。（4）需加強相關(guān)人員的學習培訓(xùn)，使其能熟練操作RFID系統(tǒng)，以便能及時地識別出系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，避免給設(shè)備管理造成損失。

5 結(jié)語

隨著計量檢測業(yè)務(wù)量的不斷增加，針對計量設(shè)備管理中存在的效率低下的問題而構(gòu)建的基于RFID技術(shù)的設(shè)備管理系統(tǒng)，在為客戶提高優(yōu)質(zhì)計量檢測服務(wù)的同時，降低了成本，節(jié)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(zhì)量和效率。隨著RFID技術(shù)的不斷發(fā)展，必將在計量檢測機構(gòu)中得到更廣泛的應(yīng)用。