基于RFID技术的电梯检验系统的优化设计

胡攀攀，宾新凤

（1桂林特种设备检验所 广西 桂林 541004）

（2桂林电子科技大学商学院 广西 桂林 541004）

1 引言

自从加入WTO后，我国电梯检验行业面临更加严峻的挑战。首先，经济全球化使得国外先进检验技术和管理方式不断涌入，对我国现行检验手段和管理方式带来很大的冲击。其次，特种设备检验机构面临转企改制的问题，这无疑对特种设备检验机构既是机遇又是挑战。最后就是近年来我国电梯万台事故起数和死亡人数持续下降，安全形势稳定向好，但随着电梯保有量持续增长，老旧电梯逐年增多，电梯困人故障和安全事故时有发生，社会影响较大，当前我国的电梯质量安全工作面临异常严酷的环境。为进一步加强电梯质量安全工作，保障人民群众乘用安全和出行便利，我国电梯检验行业要如何应对才能求得生存和发展呢？本论文认为应该按照高质量发展的要求，进一步强化质量安全意识，以改革创新为动力，以落实生产使用单位主体责任为重点，以科学监管为手段，预防和减少事故，降低故障率，不断提升电梯质量安全水平，让人民群众安全乘梯、放心乘梯，满足人民日益增长的美好生活需要，然而，其中一个重要举措就是改善和优化电梯检验系统[1-3]。

2 我国电梯检验工作的现状

近年来，由于我国二胎政策的开放，使得新生婴儿的数量不断增加，同时由于我国经济的稳定发展，人们的物质生活得到明显提高，故对电梯的需求随之增加，这无疑对电梯检验工作既是机遇又是挑战。然而，目前我国电梯检验工作是由检验人员自带工具到现场进行检验，主要以目测电梯运行状况为主，以测量实验为辅的手段来进行电梯检验工作，检验人员主要通过低效率的纯手工方式来记录检验的结果，这样的记录方法不仅浪费时间而且还浪费人力，甚至还会受检验人员的检验水平以及工作方式的影响，因此无法满足市场需求。

基于以上分析可以看出：目前我国电梯检验工作面临竞争激烈的市场环境，因此，为解决目前我国电梯检验工作面临的困境，本论文认为其中一个不错的方法就是充分利用RFID技术来优化和改善电梯辅助检验系统，即给每台电梯都安装一个RFID电子标签[7]，在后台数据库中建立电梯身份档案，利用嵌入式方法[4-6]给每台受检电梯安装一个手持终端设备，要求该手持终端设备必须具备RFID识别功能，进而它可以快速准确识别电梯的身份信息，最终保证检验工作的正常进行。故本论文以电梯检验系统为研究对象，基于RFID识别技术对电梯检验系统进行系统的研究分析，然后设计出优化方案，使其满足检验工作的需求。

3 电梯检验系统的总体框架

为便于读者可以清晰并且直观的了解到整个电梯检验辅助系统的总体情况，本论文采用绘图的方式将其呈现，如图1所示。在本论文中，数据中心[8]的作用主要是存储有关电梯的相关数据信息，并且为整个电梯辅助检验系统提供所需的数据，包括历史的数据以及最新的数据，为实现各个检验功能鉴定良好的基础；RFID电子标签的功能主要是为整个电梯辅助检验系统存储电梯的有关信息，以及确认电梯是否满足现场检验条件，确保检验人员到达现场后可以进行检验工作；在实际的检验工作过程中，RFID电子标签与电梯辅助检验系统需要进行信息的交互，二者的信息交互需要一个中转站，这个中转站就是每台受检电梯上安装的手持终端设备，在取得受检电梯的有关信息之后，手持终端设备立即与数据中心交互信息，这种交互方式是通过GPRS进行的，而且一旦建立起RFID电子标签，用户可以随时查看维保记录，用户也可以自己记录在使用电梯过程中发现的问题。

本论文的研究对象是RFID系统，即图1虚线框中的内容。众所周知，电梯硬件故障的情况时有发生，这样一来，检验人员到达现场时，经常发现现场不具备检验条件（如停电、故障等），影响检验人员的检验工作。而RFID电子标签附着于电梯上，在现场检验之前，电子标签能确认电梯是否满足现场检验条件，可以确保检验人员到达现场后可以进行检验工作。在实际的检验工作中，将读写器安装于手持终端之中，当工作人员对电梯进行检验时，首先可以通过手持终端对电子标签进行识别，然后通过GPRS从数据中心下载检验任务，检验人员对检验任务进行专业的研究分析后对其进行检验工作，完成检验工作之后，需要将检验的结果数据上传到数据中心，这个过程是通过GPRS进行传递的。此外，手持终端中的读写器兼有读与写的功能，检验人员就可以利用读写器将检验的结果写入电子标签中。所以，借助RFID技术可以方便调取以往的检验档案，便于做出更加全面准确的判断以及更新设备信息，方便使用单位和维保单位整改及排查隐患，降低了电梯故障率以及事故率的发生。并且在电梯检验后，使用单位可以随时查看该电梯检验报告的出具情况。

图1

4 RFID系统的设计

4.1 RFID系统的硬件设计

目前，行业内主要是依据电子标签的工作频率的高低这个指标将RFID系统划分为不同的频段系统，人们可以根据自己所需要的电子标签的工作频率的高低来选择RFID系统。基于以上分析，本次设计要求系统具有较高的工作频率，因此，本次设计选择超高频系统，该超高频系统的工作频率为930MHz的，满足本次设计对于高工作频率的需求。

（1）电子标签

无源电子标签（电子标签又称射频标签，电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合，在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据交换。）具有市场最为重视的优势，即该标签的价格同比与其他的标签的价格要便宜，因此，该标签被企业大量应用于各种频段的系统，具有巨大的市场潜力，超高频无源电子标签芯片的设计主要是基于ISO/IEC18000-6C新标准，具有工作频率高以及成本低等优势。根据目前我国的特种设备（包括电梯设备）基本上都是金属材质的现状，为了满足本次优化设计的需求，RFID卡的选择标准必须具有抗金属的性能，基于以上分析，因此本次优化设计选择的电子标签应该同时包含以上优点，而抗金属超高频无源电子标签正好具备以上所有优点，因此本次优化设计选择该电子标签。

（2）读写器

手持终端上的读写器具备读与写的功能，可以识别电梯上的RFID电子标签，可以根据电梯上RFID电子标签的信息来识别电梯的状况，是RFID的读写终端设备，因此，读写器的应用非常广泛，目前主要广泛应用于身份识别等方面。

①射频前端电路的设计

射频前端芯片对移动终端具有举足轻重的作用，它的性能直接决定了移动终端的重要性能指标，例如：通信模式、通话稳定性等，甚至直接影响到终端用户的体验。本次设计选择IMPINJ R2000射频前端芯片，该芯片的接收灵敏度可达82dbm，比其他型号的芯片更加适合恶劣的应用环境，因此，其性能在业界居于最高位置。

②数字基带电路的设计

数字基带电路[9]是指数字逻辑电路或者系统，它的制作设计主要是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上。目前业界主要是根据数字基带电路中包含的门电路或元器件数，将其划分为不同的集成电路，即小、中、大、超大规模集成电路。

③电源电路的设计

读写模块的供电主要是借助于电梯检验辅助系统中的手持终端，该手持终端为其提供芯片和电池，该芯片的作用主要是管理电源，该电池的容量很大，可以实现软件控制读写模块的电源输入，然而，为了解决读写模块上的芯片对电源纹波都比较敏感这个问题，而LDO器件对电源纹波的敏感度比较低，所以本次电源电路的优化设计全部采用该器件。

（3）数据的交互方式

RFID数据的交互方式[10]是读写器与电子标签之间的射频耦合。电子标签天线驱动标签工作以及为芯片供电的能量主要来自于电磁波，而该电磁波的来源主要是读写器天线发射出去之后，电子标签芯片将该电磁波吸收。而芯片工作之后会使内部信息以电磁波形式发射出去，这些电磁波被读写器接收后即可转化为有用信息。

4.2 RFID系统的软件设计

基于我国综合国力的日渐增强，计算机技术、通讯技术也迅猛发展，目前我国很多生产和制造RFID模块硬件的企业都开发了驱动程序，该驱动程序是基于WindowsCE并且由C++语言编写而成的。为了满足检验人员的工作需要，因此本次优化设计介绍的读写器是手持式的终端设备，并且应该兼有RFID识别功能，由于手持终端的应用程序由专业的程序员使用C++语言进行开发，因此，RFID模块的软件设计也使用C++语言进行开发。

5 结语

为解决我国目前电梯检验工作效率低、电梯故障率以及电梯事故率逐年增多等问题，以电梯检验系统为研究对象，基于RFID识别功能对电梯检验辅助系统进行系统的研究分析，然后设计出优化方案，使其满足检验工作的需求。研究表明：经过电梯检验系统的优化改善，提升了检验效率，降低了电梯故障率以及电梯事故率的发生，为电梯检验人员的检验工作提供了便利。

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