基于PDA的智能巡检系统的设计

     摘要： 提出了一种基于PDA来提高巡检工作效率， 从而有效监控设备工作状态的智能巡检系统的设计方法。该方法利用射频识别自动进入相应的参数记录界面， 并在记录设备的工作参数信息后， 通过GPRS自动传输数据， 以便为巡检工作提供方便。

　　0 引言

　　日常的设备巡检工作往往存在着巡检设备多、巡检选项复杂等问题， 同时， 采用手工纸质记录方式， 也会存在无监督， 记录不规范， 管理不便等人为因素， 因而无法保证巡检结果的准确性。为此， 本文设计开发了一套基于PDA 的智能巡检系统。PDA的优点是轻便、小巧、移动性强， 办公地点可以是非固定的。而通过射频识别方式进入巡检系统， 则能够保证巡检到位， 而且其强大的网络覆盖优势也使系统可以远距离使用。因此， 在巡检工作中应用PDA能够加快设备信息的收集及处理速度， 防止巡检工作出现疏漏， 及时发现设备故障， 保证设备的正常运行。

　　1 系统组成

　　智能巡检系统主要由射频识别、参数记录、数据上传等三个模块组成。其中， 射频识别模块主要用于识别特定的设备， 进入相应的巡检项目填写界面； 而参数记录主要用于处理记录的数据， 包括对记录数据进行编码和加密等过程。数据上传模块可以不断扫描是否有已记录但未发送的数据， 并通过GPRS网络将记录后的数据上传到服务器。其工作过程如图1所示。

图1 智能巡检系统工作过程示意图

　　1.1 PDA的操作系统

　　嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件， 它能够有效管理复杂的系统资源， 完成进程管理、处理器调度、存储管理、设备管理、中断处理等操作系统任务。本文所使用的PDA采用的是WINCE5.0系统。WindowsCE是微软公司的嵌入式、移动计算平台的基础， 它是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统， 是基于掌上型电脑类电子设备的操作系统， 该系统的图形用户界面相当出色。Windows CE是所有源代码全部由微软自行开发的嵌入式新型操作系统，其操作界面虽来源于Windows 95/98， 但WindowsCE是基于WIN32 API重新开发的新型信息设备平台。Windows CE 具有模块化、结构化和基于Win32 应用程序接口且与处理器无关等特点。

　　Windows CE不仅继承了传统的Windows图形界面，并且在Windows CE平台上可以使用Windows 95/98上的编程工具(如Visual Basic、Visual C++等)，也可使用同样的函数和同样的界面风格， 从而使绝大多数应用软件只需简单的修改和移植， 就可以在Windows CE平台上继续使用。

　　1.2 射频识别模块

　　本设计中的射频识别采用的是秀派公司的SP-RFS-300 阅读器， 其工作频段是2.4 GHz ～2.4835 GHz。该模块的特点是识别速度快， 识别距离远， 并采用固态封装， 抗高强度跌落与振动， 因此， 比较适用于本巡检系统的需要。系统中的标签采用有源式主动发射信号给阅读器， 以便阅读器能及时收到标签信息。

　　1.3 数据采集和上传模块

　　数据采集模块主要用于记录设备参数和检查设备状态， 并将巡检后的结果保存至本地。每一个巡检设备都装有一个固定的有源卡。巡检人员到达巡检室后， 可通过识别接收卡源信息进入不同的巡检项目。在按照设备实际状态记录相应的参数后， 可保存巡检结果， 且在保存的同时， 由系统自动激活发送线程并在后台通过GPRS将巡检结果发送至服务器。

　　2 巡线数据采集系统的设计与实现

　　为了达到管理规范、巡检自动化的要求， 本设计的基于PDA的智能巡检系统应具有以下基本要求:

　　◇ 能够通过无线射频识别技术识别一定范围内的对象， 并能获取相关数据；

　　◇ 能够实时地与监控中心进行数据交互；

　　◇ 具有友好的人机交互界面， 并具备数据处理能力；

　　◇ 能够保证数据传输的高效和安全。

　　2.1 系统设计方案与模块划分

　　基于PDA的智能巡检系统可由带有GPRS模块和射频识别模块的PDA以及数据处理软件组成。系统设计方案是首先由射频识别模块识别设备， 并进入相应的巡检界面， 然后由现场巡线员记录相应设备的数据信息后， 再将巡检结果保存至本机。同时， 系统后台将自动检测待发送的数据， 并实时上传到服务器， 以供上级部门进一步统计、分析和处理。该系统的通信内容主要由PDA与射频识别模块的通信和PDA与服务器端主机的通信两部分组成。

　　在巡检工作中， 客户端PDA不需要与服务器端实时交互。因此， 本系统采用C/S模式， 其系统总体架构如图2所示。

图2 系统总体构架图

　　2.2 PDA与射频识别模块的串口通信

　　本系统采用射频识别技术， 其射频识别范围只有1~5米。因此， 要求巡线员必须到达设备所在地后才能进行相关设备的巡检工作， 从而保证巡线员的到位率。射频识别模块安装在PDA机身内部。PDA内部有一个串行端口和射频识别模块相接。串行端口的功能是作为芯片和串行设备之间的编码转换器。当数据从芯片经过串行端口发送出去时， 字节数据被转换为串行位， 然后在一根数据信号线上一位一位地传输。在到达数据接收端后， 串行位又将被转换为字节数据。由于应用程序不断的从射频识别模块的串口中读取数据， 而且读取数据的速度相对较慢， 因此应创建单独的线程来读取串口中的数据， 以避免阻塞主线程。

　　2.3 PDA数据采集的实现

　　基于PDA的智能巡检系统具有身份验证模式， 因此， 巡线员使用PDA时， 要按照严格要求输入用户名和密码后方能进入系统继续操作。另外， 本系统还具有自检功能， 在数据记录过程中， 一旦有漏检现象发生， 系统会立即提醒巡线员并且禁止巡检员的下一步操作， 从而保证了数据记录的完整性， 图3所示是本系统中的无线抄表界面图。在数据记录后， 系统将自动对巡检数据进行加密处理， 服务器端接收数据后再自动解密， 这样可以保证敏感数据的安全性。

图3 无线抄表界面图

　　2.4 PDA与服务器端主机的通信

　　PDA与服务器之间的数据传输可通过GPRS无线网络来完成， 所以， 在传输文件之前， 需要将插有SIM卡的PDA开通GPRS服务。PDA通过GPRS登陆公网后， 即可获得一个IP地址。由于PDA登陆公网所获得的IP地址是随机的， 因此，要求服务器的IP地址或者域名必须是固定的。为了保证数据传输的完整性， 本系统的传输形式应以面向连接TCP/IP方式进行。而其程序则可用基于TCP的socket编程实现， 具体步骤如下：

　　(1) 初始化Socket， 并建立客户端的Socket，确定要连接的服务器的主机名和端口；

　　(2) 发送连接请求到服务器， 并等待服务器的回馈信息；

　　(3) 连接成功后， 与服务器进行数据交互；

　　(4) 数据读取可通过Receive () 来完成， 数据的发送则通过Send () 来实现；

　　(5) 数据处理完毕后， 关闭自身的Socket连接。

　　由于数据要通过外网传输， 而服务器则放置在内网中。因此， 出于安全的考虑， 设计时要进行内外网隔离。具体过程是在外网服务器接收PDA发送的数据后， 通过PC机的串口将数据转发至内网服务器， 从而在物理层上实现内外网的隔离， 从而成功完成数据传输。

　　3 结束语

　　基于PDA的智能巡检系统采用模块化的思想设计， 可实现日常设备数据的采集和自动上传等功能。该系统不仅提高了设备参数采集的效率，还可保证巡检人员的到位率， 避免数据输入错误。目前， 该系统已经在设备巡检中得到了实际应用。

  

参考文献:

[1]. GPRS datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/GPRS_1594650.html.