智能巡更巡检管理系统开发与设计

王 东，陈 阳

（1. 青海高等职业技术学院财经商贸系，海东 810006；2. 广州大学管理学院，广州 510006)

目前许多行业仍然采用古老的人工巡检模式，浪费了人力物力，也使信息传递的及时性受到了阻碍［1］。如何采用先进的巡检系统来配合当今时代各行业的需求成为了一个备受人们关注的焦点。

基于RFID 技术的智能巡更巡检管理系统，是一套融合无线电射频识别（radio frequency identification，RFID）、自动控制技术、数据库、管理系统于一体的智能化巡检系统。它由RFID电子标签、巡检器、PC 端巡更巡检管理系统三部分组成。电子标签采用美国德州仪器半导体公司出品的RFID，是全球应用最广泛的电子标签产品。巡更巡检管理系统采用Visual Basic 开发，数据库管理系统采用SQL Server，系统与数据库采用ODBC连接［2］。

1 需求分析

1.1 系统的设计思想

智能巡更巡检管理系统设计参照了相关的国家标准，其思路设计如下：

（1）先进性：采用行业领先和广泛使用的RFID 技术和产品，这种近距离、高频的无线技术在相当长一段时间内，仍会是主流的行业解决方案。

（2）实用性：电子标签因近年来在电商领域应用极为广泛，反倒促进了其在各行各业的广泛普及，并且在使用的便利性、安全性方面得到了很大的发展，而且价格相当便宜，使得整体解决方案的总拥有成本（TCO）下降［3］。

（3）可靠性：采用成熟的开发工具和数据库系统，确保巡检管理系统的稳定性，并提供完善的数据库备份方案，保证数据的一致性和完整性。

1.2 系统的设计目标

针对系统的使用情况，其设计目标如下：（1）操作界面简洁，容易上手，用户无需培训即可自行使用，体验良好。

（2）系统的响应速度要快。在低配硬件或旧系统上，仍能顺畅运行。

（3）要求原始数据只输入一次，通过设计的有效性检验机制，确保来自巡检机的数据的准确性和一致性。

（4）主界面所调用的子功能尽量都是独立的。

1.3 技术原理

美国德州仪器TIRIS 智能非接触式IC 卡技术是RFID 行业较为优质成熟的解决方案，本文在TIRIS的基础上，利用电子标签和巡检器实现自动化巡检［4］。在每个需要巡检的设备或位置安置一个电子标签，在执行巡检作业时，工作人员将巡检器在电子标签周围轻轻摇一摇，巡检器线圈发出的电磁波被电子标签的应答器线圈接收，在短时间内便聚集能量，能量足够时电子标签内部芯片执行指令，将该电子标签上全球唯一的序列号通过发射器发出，接着巡检器接收到电磁波后将其转译为电子标签的序列号，在巡检器的液晶屏幕就可以查询到该时刻扫描到的电子标签，巡检器还可以通过数据传输线将自身记录数据传到电脑［5］。如图1所示。

图1 电子标签感应电路示意图

RFID 是一种近距离、高频的无线通信技术，它具有非常灵活的使用范围，125 kHz 和134.3 kHz 低频（LF）无源RFID 标签的读取距离为10 cm内。在不利于人员操作的恶劣环境下可以使用13.56 MHz 高频（HF）无源RFID 标签，可在1～1.5 m 距离读取电子标签。如果使用2.45 GHz超高频（SHF）有源RFID 标签，甚至可以达到最高100 m的超远距离读取［6］。

1.4 系统的基本框架

系统的基本框架如图2所示［7］。

图2 主程序组成模块框架

2 系统设计

2.1 系统总体布局

整个巡检系统包括系统主模块和子模块两部分，子模块包含巡检管理、资源管理、巡检数据、系统维护四大模块［8］。其中巡检管理包括巡检器设置、下载档案、读取人员档案、读取地点档案、读取事件档案、巡检记录等内容。

由系统主模块支持各子模块功能的实现。如图3所示。

图3 巡检系统总体结构

2.2 巡检系统总体结构

巡检系统主模块的菜单如图4所示［9］。

图4 菜单结构

2.2.1 系统主模块的流程图

主程序在运行时首先将所有变量加载到内存，业务逻辑问题则显示登录界面，主程序还检查用户是否输入信息并确定登录，然后用户进入子功能，系统主模块的流程如图5所示。

图5 登录系统流程

2.2.2 系统登录文件的制作与说明

为了确保数据不被外人看到，用户在登录以后所做的每个操作，都可以记录下来并保存为日志文件。本系统设计了用户登录环节，当主程序进入以后，要求用户输入密码，再决定是否让用户进入程序。

运行界面如图6所示。

图6 登录界面

如果输入了相关信息并点击确定，登录成功后会显示主界面，如图7所示。主界面上有一系列菜单，包括系统管理、资源管理、巡检数据、系统维护，还有快捷按钮，包括登录、注销、巡检器、计划设置、记录查询、巡检考核、参数设置。

图7 主界面

2.3 数据库设计

在一个应用系统中，数据库能充分描述数据之间的内在联系，人们建立数据库的目的，就是想用数据来反映客观事物及其之间的联系。为了使数据库具有正确反映这种联系的能力，在建立数据库的初期确定能够表达客观事物的数据库模型十分重要。

2.3.1 基本数据表

基本数据表保存了巡检管理系统的主要数据，这些数据包括了记录计划、地点名称、到达时间等信息。表1是巡检记录表，其中只记录了巡检记录的资料，所以用一个数据库表就可完成，并且Visual Basic 中所需要的数据是通过控件来输入的，数据库中的数据表项不需要在建立时填入数据，而是在Visual Basic 中通过控件传递得到，因此只需要建立空表即可。

表1 巡检记录数据库表

2.3.2 巡检计划数据表

巡检计划数据表就是要存放制定巡检计划的各种数据，如表2所示。

表2 巡检计划数据库表

2.3.3 巡检考核数据表

我们可以对从巡检计划的制定到巡检计划的执行进行考核，并把考核结果存入巡检考核数据表，如表3所示。

表3 巡检考核数据表

2.3.4 线路设置数据表和线路中的巡检地点表

在设置巡检线路时，会要求设置巡检线路和线路中的巡检地点，这些数据对于巡检来说至关重要，当然也需要用数据库来保存，如表4和表5所示。

表4 线路设置表

表5 线路中的巡检地点表

2.3.5 巡检事件数据表

巡检事件是巡检计划制定的一部分，其具体数据项如表6所示。

表6 巡检事件数据表

3 系统开发

3.1 系统主模块

系统主模块是系统的主要界面体现，它支持系统的各下属子模块功能的实现。在此设计的巡检系统中，包含有巡检管理、资源管理、巡检数据、巡检考核等主要子模块。系统主模块与各子模块通过主模块的支持和聚合作用有机地组成了一个整体［10］，实现了此巡检系统的各项功能。如图7所示。

3.2 巡检管理的设计

巡检器界面与主界面设计类似，在空白窗体中添加一个Sstab 控件、一个Datagrid 控件，考虑到要连接数据库，本设计采用ADO 方式连接，故需要添加6 个Adodc 控件，并且添加相关控件，界面如图8所示。

图8 巡检器的功能标签

设计完成后界面如图9所示。

图9 巡检器菜单

实现的功能如下：

（1）巡检记录。巡检器可采用RS-8232（或USB）接口与电脑连接，在电脑上可用厂商提供的测试工具来测试是否可以从巡检器上读取数据。如果测试工具操作成功，再在巡检管理系统中调用Windows通讯API接口将巡检器中的数据库读取到内存，然后存入数据库中。在完成操作后按“结束通讯”，将巡检器置回功能选择状态。

（2）下载档案。巡检器中的档案包括了计划、计划点、人员、事件等，在将档案下载到巡检器时，需要做相应的数量限制，超过该数量则无法执行下载操作。例如，计划数为20个，计划中包含的地点为1024 个，计划点总数为6000个，事件及人员数为250个。

（3）读取档案。从巡检器中读取地点、人员、事件等档案。

4 结语

基于RFID 的智能巡更巡检管理系统，可解决监管不完善、施工困难、布线复杂、信息不及时等问题，有效满足自动化巡检的需求，提高了巡检的效率，将巡检水平提高到一个新的高度［11］。笔者后续的工作将致力于将C/S架构管理后台迁移到GIS云平台，巡检器增加GPS定位功能和移动通信（GPRS、3G、4G 或5G）技术，实现更加智能、完善的巡更系统。