基于PDA的智能巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

 摘要： 提出了一種基于PDA來(lái)提高巡檢工作效率， 從而有效監(jiān)控設(shè)備工作狀態(tài)的智能巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。該方法利用射頻識(shí)別自動(dòng)進(jìn)入相應(yīng)的參數(shù)記錄界面， 并在記錄設(shè)備的工作參數(shù)信息后， 通過(guò)GPRS自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)， 以便為巡檢工作提供方便。

　　0 引言

　　日常的設(shè)備巡檢工作往往存在著巡檢設(shè)備多、巡檢選項(xiàng)復(fù)雜等問(wèn)題， 同時(shí)， 采用手工紙質(zhì)記錄方式， 也會(huì)存在無(wú)監(jiān)督， 記錄不規(guī)范， 管理不便等人為因素， 因而無(wú)法保證巡檢結(jié)果的準(zhǔn)確性。為此， 本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套基于PDA 的智能巡檢系統(tǒng)。PDA的優(yōu)點(diǎn)是輕便、小巧、移動(dòng)性強(qiáng)， 辦公地點(diǎn)可以是非固定的。而通過(guò)射頻識(shí)別方式進(jìn)入巡檢系統(tǒng)， 則能夠保證巡檢到位， 而且其強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)勢(shì)也使系統(tǒng)可以遠(yuǎn)距離使用。因此， 在巡檢工作中應(yīng)用PDA能夠加快設(shè)備信息的收集及處理速度， 防止巡檢工作出現(xiàn)疏漏， 及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障， 保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

　　1 系統(tǒng)組成

　　智能巡檢系統(tǒng)主要由射頻識(shí)別、參數(shù)記錄、數(shù)據(jù)上傳等三個(gè)模塊組成。其中， 射頻識(shí)別模塊主要用于識(shí)別特定的設(shè)備， 進(jìn)入相應(yīng)的巡檢項(xiàng)目填寫(xiě)界面； 而參數(shù)記錄主要用于處理記錄的數(shù)據(jù)， 包括對(duì)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和加密等過(guò)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(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將記錄后的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器。其工作過(guò)程如圖1所示。

圖1 智能巡檢系統(tǒng)工作過(guò)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(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件， 它能夠有效管理復(fù)雜的系統(tǒng)資源， 完成進(jìn)程管理、處理器調(diào)度、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、中斷處理等操作系統(tǒng)任務(wù)。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(dòng)計(jì)算平臺(tái)的基礎(chǔ)， 它是一個(gè)開(kāi)放的、可升級(jí)的32位嵌入式操作系統(tǒng)， 是基于掌上型電腦類(lèi)電子設(shè)備的操作系統(tǒng)， 該系統(tǒng)的圖形用戶(hù)界面相當(dāng)出色。Windows CE是所有源代碼全部由微軟自行開(kāi)發(fā)的嵌入式新型操作系統(tǒng)，其操作界面雖來(lái)源于Windows 95/98， 但WindowsCE是基于WIN32 API重新開(kāi)發(fā)的新型信息設(shè)備平臺(tái)。Windows CE 具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基于Win32 應(yīng)用程序接口且與處理器無(wú)關(guān)等特點(diǎn)。

　　Windows CE不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，并且在Windows CE平臺(tái)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(fēng)格， 從而使絕大多數(shù)應(yīng)用軟件只需簡(jiǎn)單的修改和移植， 就可以在Windows CE平臺(tái)上繼續(xù)使用。

　　1.2 射頻識(shí)別模塊

　　本設(shè)計(jì)中的射頻識(shí)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(diǎn)是識(shí)別速度快， 識(shí)別距離遠(yuǎn)， 并采用固態(tài)封裝， 抗高強(qiáng)度跌落與振動(dòng)， 因此， 比較適用于本巡檢系統(tǒng)的需要。系統(tǒng)中的標(biāo)簽采用有源式主動(dòng)發(fā)射信號(hào)給閱讀器， 以便閱讀器能及時(shí)收到標(biāo)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(shè)備參數(shù)和檢查設(shè)備狀態(tài)， 并將巡檢后的結(jié)果保存至本地。每一個(gè)巡檢設(shè)備都裝有一個(gè)固定的有源卡。巡檢人員到達(dá)巡檢室后， 可通過(guò)識(shí)別接收卡源信息進(jìn)入不同的巡檢項(xiàng)目。在按照設(shè)備實(shí)際狀態(tài)記錄相應(yīng)的參數(shù)后， 可保存巡檢結(jié)果， 且在保存的同時(shí)， 由系統(tǒng)自動(dòng)激活發(fā)送線(xiàn)程并在后臺(tái)通過(guò)GPRS將巡檢結(jié)果發(fā)送至服務(wù)器。

[!--empirenews.page--]

　　2 巡線(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　為了達(dá)到管理規(guī)范、巡檢自動(dòng)化的要求， 本設(shè)計(jì)的基于PDA的智能巡檢系統(tǒng)應(yīng)具有以下基本要求:

　　◇ 能夠通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)識(shí)別一定范圍內(nèi)的對(duì)象， 并能獲取相關(guān)數(shù)據(jù)；

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

　　◇ 具有友好的人機(jī)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(shè)計(jì)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(shí)別模塊的PDA以及數(shù)據(jù)處理軟件組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是首先由射頻識(shí)別模塊識(shí)別設(shè)備， 并進(jìn)入相應(yīng)的巡檢界面， 然后由現(xiàn)場(chǎng)巡線(xiàn)員記錄相應(yīng)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息后， 再將巡檢結(jié)果保存至本機(jī)。同時(shí)， 系統(tǒng)后臺(tái)將自動(dòng)檢測(cè)待發(fā)送的數(shù)據(jù)， 并實(shí)時(shí)上傳到服務(wù)器， 以供上級(jí)部門(mén)進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)、分析和處理。該系統(tǒng)的通信內(nèi)容主要由PDA與射頻識(shí)別模塊的通信和PDA與服務(wù)器端主機(jī)的通信兩部分組成。

　　在巡檢工作中， 客戶(hù)端PDA不需要與服務(wù)器端實(shí)時(shí)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(shí)別模塊的串口通信

　　本系統(tǒng)采用射頻識(shí)別技術(shù)， 其射頻識(shí)別范圍只有1~5米。因此， 要求巡線(xiàn)員必須到達(dá)設(shè)備所在地后才能進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的巡檢工作， 從而保證巡線(xiàn)員的到位率。射頻識(shí)別模塊安裝在PDA機(jī)身內(nèi)部。PDA內(nèi)部有一個(gè)串行端口和射頻識(shí)別模塊相接。串行端口的功能是作為芯片和串行設(shè)備之間的編碼轉(zhuǎn)換器。當(dāng)數(shù)據(jù)從芯片經(jīng)過(guò)串行端口發(fā)送出去時(shí)， 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(hào)線(xiàn)上一位一位地傳輸。在到達(dá)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(yīng)用程序不斷的從射頻識(shí)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(duì)較慢， 因此應(yīng)創(chuàng)建單獨(dú)的線(xiàn)程來(lái)讀取串口中的數(shù)據(jù)， 以避免阻塞主線(xiàn)程。

[!--empirenews.page--]

　　2.3 PDA數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)

　　基于PDA的智能巡檢系統(tǒng)具有身份驗(yàn)證模式， 因此， 巡線(xiàn)員使用PDA時(shí)， 要按照嚴(yán)格要求輸入用戶(hù)名和密碼后方能進(jìn)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(guò)程中， 一旦有漏檢現(xiàn)象發(fā)生， 系統(tǒng)會(huì)立即提醒巡線(xiàn)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(wú)線(xiàn)抄表界面圖。在數(shù)據(jù)記錄后， 系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理， 服務(wù)器端接收數(shù)據(jù)后再自動(dòng)解密， 這樣可以保證敏感數(shù)據(jù)的安全性。

圖3 無(wú)線(xiàn)抄表界面圖

　　2.4 PDA與服務(wù)器端主機(jī)的通信

　　PDA與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸可通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成， 所以， 在傳輸文件之前， 需要將插有SIM卡的PDA開(kāi)通GPRS服務(wù)。PDA通過(guò)GPRS登陸公網(wǎng)后， 即可獲得一個(gè)IP地址。由于PDA登陸公網(wǎng)所獲得的IP地址是隨機(jī)的， 因此，要求服務(wù)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(yīng)以面向連接TCP/IP方式進(jìn)行。而其程序則可用基于TCP的socket編程實(shí)現(xiàn)， 具體步驟如下：

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

　　(2) 發(fā)送連接請(qǐng)求到服務(wù)器， 并等待服務(wù)器的回饋信息；

　　(3) 連接成功后， 與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；

　　(4) 數(shù)據(jù)讀取可通過(guò)Receive () 來(lái)完成， 數(shù)據(jù)的發(fā)送則通過(guò)Send () 來(lái)實(shí)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(guò)外網(wǎng)傳輸， 而服務(wù)器則放置在內(nèi)網(wǎng)中。因此， 出于安全的考慮， 設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行內(nèi)外網(wǎng)隔離。具體過(guò)程是在外網(wǎng)服務(wù)器接收PDA發(fā)送的數(shù)據(jù)后， 通過(guò)PC機(jī)的串口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器， 從而在物理層上實(shí)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(yǔ)

　　基于PDA的智能巡檢系統(tǒng)采用模塊化的思想設(shè)計(jì)， 可實(shí)現(xiàn)日常設(shè)備數(shù)據(jù)的采集和自動(dòng)上傳等功能。該系統(tǒng)不僅提高了設(shè)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(cuò)誤。目前， 該系統(tǒng)已經(jīng)在設(shè)備巡檢中得到了實(shí)際應(yīng)用。