基于RFID的智能工具柜系统设计

2020-05-06任志强周正文

通信电源技术 2020年24期

田智，任志强，周正文，高华

（武汉中车四方维保中心有限公司，湖北武汉 430083）

0 引言

在制造业尤其是高铁维保企业中，工具种类多、数量大且管理复杂，传统的工具管理方式为人工管理，车间班组从企业的工具室领用后放置在车间的普通工具柜中，每天领用或归还工具时都需要在纸单上签字登记，但不能直观地知道工具是否被借出，导致其他作业人员在借用同一工具时需要花费较多时间找工具，工作效率低。此外，传统的工具管理方式繁琐，信息化程度低，工具盘点及查询也不方便，增加了管理难度，易造成工具丢失而不容易发现的现象。鉴于上述情况，本文研发了一种智能工具柜系统，实现工具的智能管理，降低管理强度，提高工作效率。

1 系统总体结构

智能工具柜系统由工具柜机械本体和工具柜管理系统组成，其结构如图1所示。

图1 智能工具柜结构

工具柜由若干层组成，每一层隔板上安装RFID天线用于读取该层内带有RFID标签工具的信息。为防止串读标签，工具柜每层空间制作成独立的电磁屏蔽空间，每层柜门通过电磁锁控制柜门开关，门腔上装有微动开关，用以感应门的开关状态，此外每层内有抽屉方便工具取出和放置[1]。

智能工具柜上层为控制单元，其内布置有工控机、触控显示屏、多通道RFID读写器、IO控制器、身份识别的IC卡读卡器以及指静脉识别模块等，每层柜门装有电磁锁及相应的门状态感应开关，同时工具柜顶部装有监控摄像头及声光报警器。智能工具柜控制系统结构示意如图2所示。

图2 智能工具柜控制系统结构示意图

2 上位机程序设计

智能工具柜用于存放贴有FRID芯片标签的工具，通过身份辨识后即可打开柜门，进行工具领用或归还操作。借助FRID射频技术，管理系统可自动确定抽屉内的工具是否取用或归还，实现工具自动盘点等，同时可以通过系统监控模块实时监测柜门的开关状态，当出现门异常开启时启动报警功能模块进行报警。

2.1 用户登录模块

登录模块采用账号密码登录、刷卡（员工IC卡）以及指静脉登录3种方式。账号登录方式通过将用户输入的有效账号和密码发送给系统数据库，由数据库进行查询匹配，匹配成功后即可登录系统，指静脉登录是由现场实时采集操作人员的指静脉信息与存储在数据库中的信息进行匹配，匹配成功后即可登录系统，刷卡登录则是通过卡内的账号实现和用户账号的匹配然后进行登录。

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2.2 工具功能模块

用户登录系统后即可进行工具浏览，查询工具柜所有的工具状态，查看个人用户的工具领用情况，查询需要检修的工具，实现工具跟踪检查，进行工具领用或归还操作，在完成操作后系统进行核对此次用户对工具的操作结果，并将其记录到数据库。同时，系统还可以完成工具的盘点和汇总统计等。图3为工具领用/归还操作界面。

图3 工具领用/归还操作界面

2.3 通信模块

系统运行过程中涉及大量数据交互，数据的CRUD操作由数据库系统支持，上位机程序通过对象关系映射层（ORM）与数据库通信，无需直接编写传统SQL代码，在降低了系统开发复杂度的同时又增加程序的柔性，支持后期按需切换不同数据库系统。图4为数据库通信结构。

图4 数据库通信结构

3 数据库设计

工具柜系统主要实现对人员与工具的智能化管理，数据库的设计也围绕这两个方面展开[2]。根据企业管理实际需求，数据库由工具信息（Tool）、工人信息（Worker）、班组信息（Team）、工具领还记录（LogWorkerTool）以及用户操作记录（LogWorkerAction）等组成，主要结构如图5所示。