支持多种接入方式的智能点检系统、其构建方法及点检方法

专利名称：支持多种接入方式的智能点检系统、其构建方法及点检方法
技术领域：
本发明涉及设备点检方法，数据采集和设备故障诊断领域，具体的说是一种支持 多种接入方式的智能点检系统、其构建方法及点检方法。
背景技术：
在工业领域，需要同时管理大量的设备，而且这些设备上安装了 RFID标签，各种 传感器，而对其进行点检的过程中，不仅需要对压力、温度、振动、速度等信号数据进行检 测，同时还需要对RFID标签进行读写。由于待检设备生产环境的复杂性，需要依靠大量的 人力到现场进行对设备进行点检，辨别设备修理情况，效率低，误差多。而现有的点检设备 只是具有对振动和温度等一两种信号数据进行采集，而且不能根据采集上来的数据对设备 的运行状态和未来的故障进行判断预测，无法满足工业企业对设备点检的要求；并且现有 点检设备的扩展性和通用性较差，提供的接口种类较少，和上位机的通讯也主要是采用串 口通讯，使得企业的点检效率降低。随着物联网技术在工业领域的发展，工业传感器和无线 传感器网络的应用，为点检方式提供了一种新的方法。发明内容
本发明是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种支持多种接入方式的智 能点检方法系统、其构建方法及点检方法，以提高点检工作的效率和质量。
本发明的目的通过以下技术方案来实现
一种支持多种接入方式的智能点检系统，包括上位机、点检设备和待检设备，所述 待检设备上设有传感器和RFID标签，在待检设备生产区域设置无线自主网络，所述点检设 备通过无线射频信号将RFID标签内的信息读取到点检设备中，通过无线自主网络将传感 器采集到的设备信息传输到点检设备中；点检设备对检测到数据进行分析，并对设备的运 行状态和未来的故障进行判断预测，并通过无线自主网络将点检数据及结果传送到上位 机。
所述点检设备包括
无线通讯模块，用于实现和无线自主网络节点连接，将传感器采集的数据传输到 点检设备中；
ARM最小系统，用于从上位机下载点检任务，通过通信接口与上位机相连，通过 SPI总线与单片机相连接，其通过DIM144接口模块和IXD以及触摸屏接口相连接；该ARM最 小系统可以支持普通的LCD显示屏，也可以支持触摸屏。两者都是用来数据显示的。不同 的是普通的LCD显示屏需要配合键盘接口扩展外接键盘，而触摸屏则不需要。
电子标签读写模块，通过单总线的接口将设备上电子标签信息体内的信息读取到 单片机内，再通过单片机将电子标签的测点编码发送给ARM最小系统的键盘驱动程序；
键盘，是指通过单片机端口扩展的键盘；4
电源管理及电压转换模块，当外界为DC时为锂电池充电，还将锂电池输出的电压 转换成系统需要的多路模拟电源、数字电源以及隔离电源，并且结合单片机完成各路电源 的使能控制，在不进行数据采集的情况下，点检系统将其电源关断。
所述通信接口包括有USB、SD和串口。
所述无线自主网络的网络节点采用无线收发电路和存储有zigbee网络协议栈软 件的中央处理器电路实现。
所述无线自主网络的网络节点的结构包括
传感器模块，用于完成监测区域内信息的采集和信号转换；
微处理器模块，用于负载控制整个传感器节点的操作、存储和处理本身采集的数 据以及其他节点发来的数据；
无线通信模块，用于负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制信息和收发 采集数据；
电源管理模块，用于为其他功能模块单元提供正常工作所必需的能源。
所述无线自主网络的网络节点无线收发范围为100-500米，不同网络节点分配 不同的IP地址，IP地址与设备位置信息实现绑定，即通过IP地址可以确定点检的设备位 置及其信号数据类型。
所述RFID标签内存储待检设备的唯一测点编码。RFID标签内除了存储测点编码， 还有待检设备的一些状态信息(例如待检设备是否维修过，维修的时间及次数等)。
所述RFID标签，为无源电子标签，其无线收发范围为0.5 10米，在该范围内采 用存储有点检计划的点检设备读取待检设备RFID标签内的设备状态信息。
一种构建上述的智能点检系统的方法，
对待检设备上的传感器中的有线传感器添加无线传输模块进行无线改造，与待检 设备上的传感器中的无线传感器组成无线自主网络，实现数据的无线传输；
为待检设备设定设备编码，设备编码和序号组成测点的唯一测点编码，唯一测点 编码储存在RFID标签中；
为无线自主网络的不同网络节点分配不同的IP地址，IP地址与设备位置信息实 现绑定，即通过IP地址可以确定点检的设备位置及其信号数据类型；
点检设备置于某网络节点无线收发范围内，通过IP地址实现与网络节点的连接 并读取信息传送至上位机。
—种上述的智能点检系统的点检方法，
1)点检设备从上位机接收点检任务，对RFID标签和无线传感器进行数据采集；
2)点检设备对点检任务进行解析，根据将要采集的设备类型RFID标签或传感器 设定不同的通讯模块工作；
3)验证测点与点检任务的一致性；
4)确认测点后，执行点检任务，点检设备开始数据采集并分析，再传送至上位机。
所述步骤1)中，点检设备从上位机接收点检任务到ARM最小系统，并将点检任务 通过SD接口保存到系统自带的SD卡上。
所述点检任务内容如下
点检时间；
点检编号；
测点的IP地址；
设备唯一编码；
设备位置信息；
采样的样本长度；
测点的数据类型；
要采集的样本的组数；
组间的间隔时间，单位为毫秒。
当对RFID标签采集信息时，点检任务中的测点IP地址为空；当对传感器采集信息 时，点检任务中的设备唯一编码为空。
所述步骤2)中点检设备的ARM最小系统对点检任务进行解析，根据将要采集的 设备类型RFID标签或传感器设定不同的通讯模块工作，其中无线通讯模块的通讯频率为 2. 4G，RFID读取器的通讯频率为915MHz。
所述步骤幻中的验证方法为(1)电子标签验证通过读取电子标签内的设备唯 一编码，与点检任务内的编码相比较，相同则表示任务与测点相对应，可以执行任务；⑵ 网络节点验证通过网络节点的IP地址来进行匹配。
所述步骤4)中点检设备的ARM最小系统给单片机发送开始采集指令，开始数据采 集；将采集到的数据保存在ARM最小系统的内存中，并对数据进行转换，将数据转换成对应 的加速度的浮点数；同时，ARM最小系统给单片机发送停止采集指令，单片机接收指令后关 闭相关模块的电源；将采集到的数据通过本系统内的数据分析方法进行分析，并将分析的 结果以图形的方式显示在IXD上和传送到上位机上。
所述的LCD为3. 5英寸屏幕、320X240分辨率、65536色的LCD。
由于采用了以上技术方案，本发明具有灵活多样的数据导出方式提供了无线、串 口、USB以及SD卡四种数据导出方式，方便了现场数据的回收。
待检设备无线自动网络的实现通过对原有传感器的无线改造和加入新的无线传 感器节点来实现的。待检设备自身具备RFID标签，用于对设备的状态信息的记录。
点检设备与无线传感器节点通过无线的形式进行数据传输。RFID标签的信息通过 点检设备中的电子标签读写模块来进行读取。
对无线传输的数据以规定的数据结构实现编码打包，从而可以实现对所有类型 传感器(例如温度，压力，振动等)的数据采集。无线传输的数据类型包括数据头(3 位)+节点IP地址(8位)+传输数据(16位)+数据尾O位)构成。通过节点IP地址可 以判断出采集的传感器类型，并对传输的数据进行相应的格式转换。例如传输的数据为 SMC0A80897########FF，其中SM是数据头，C0A80897为节点地址的16进制格 式，可以换算为192. 168. 8. 151，传输数据为16位的*，FF为数据尾。
点检设备可以对采集上来的数据可以进行综合的分析，对设备的故障进行预判。
采用本发明提供的方法和系统，以组网灵活的无线网络配合设备标记装置，既能 改进点检方式，提高点检效率，还能保证检测结果的回送质量。本发明实施简单方便，能够 在设备管理领域发挥重要作用。


图1为本发明的原理框架图。
图2为本发明的网络节点结构框架图。
图3为本发明的RFID系统原理框图。
图4为本发明的点检设备整体硬件架构框图。
图5为本发明的S3C2410X最小系统结构框图。
图6为本发明的电源管理模块的结构框图。
图7为本发明的设备点检的流程图是软件结构框图。
图8为本发明的软件结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，支持多种接入方式的智能点检方法及系统，包括
本发明提供的方法是在待检设备生产区域构建无线自主网络，无线自主网络的网 络节点支持近距离无线收发，主要是以对有线传感器进行改造来实现的；待检设备的设备 参数信息存储在RFID标签中；点检设备对待检设备进行点检时，通过无线射频信号将RFID 标签内的信息读取到点检设备中，通过无线自主网络将传感器采集到的设备信息传输到点 检设备中；点检设备可以对检测到数据进行分析，并对设备的运行状态和未来的故障进行 判断预测，最后还可以通过无线自主网络将点检数据及结果传送到上位机。所谓无线自主 网络，是指构建了网络节点后，能够自动建立网络联系进行信息传播的无线网络，适应性 强，能够灵活应对增删网络节点、监管区域改变的各种可能情况。每一个网络节点能够近距 离无线收发，则这些布置在监管区域的网络节点，不仅相互间以无线收发方式进行网络传 递，而且在其收发范围内，能够与现场其他具有相应无线收发功能的设备配合作用，本发明 选择了由工作人员带到现场的点检设备。由于点检工作涉及不同类型的测量，甚至同一设 备的不同检测位置(测点)，而且待检设备上具有RFID标签，有线传感器和无线传感器，通 过对有线传感器添加无线传输模块进行无线改造，使得改造过的有线传感器和无线传感器 能够组成无线自主网络，实现数据的无线传输，而RFID标签内的信息则可以通过无线射频 信号进行传输。点检设备具备对无线自主网络和无线射频信号的采集功能。
本发明选择100 500米作为网络节点的无线收发工作范围，因为一般的待检设 备的生产厂房范围有限，而且工作环境恶劣，这个范围既不过远而导致传输质量下降，也不 过近而导致布点密集实施不易。网络节点之间组成无线自主网络，通过汇聚节点实现与上 位机的通讯。不同网络节点分配不同的IP地址，IP地址与设备位置信息实现绑定，即通过 IP地址可以确定点检的设备位置及其信号数据类型。工作人员携带点检设备至某网络节点 无线收发范围内，通过IP地址实现与网络节点的连接便并读取信息，这种方案进一步提高 了点检效率。点检设备与网络节点以同样频率进行无线收发工作。
因为不可能经常为大量设备更换电子标签的电源，同时考虑到成本，使用无源电 子标签。无源电子标签(被动标签)没有内装电池，在RFID读写器在读取范围之外时，电 子标签处于无源状态，在RFID读写器的读取范围之内时，电子标签从阅读器发出的射频能 量中提取其工作所需的电源。无源电子标签一般均采用反射调制方式完成电子标签信息向7阅读器的传送，其无线收发范围一般在0. 5 10米左右。
为了数据处理方便，还可为监管设备设定设备编码，设备编码和序号组成测点的 唯一编码，测点唯一编码储存在电子标签中。设备点检时，工作人员携带点检设备至某网络 节点无线收发范围内，根据点检任务，通过网络节点的IP地址和测点唯一编码实现与网络 节点和电子标签的连接，读取设备信息。
为了实现本发明的方法，本发明的系统包括上位机、点检设备，底层无线自主网 络，RFID标签。其中上位机和RFID标签为已有的设备。
底层无线自主网络的实现，需要对现场有线传感器进行无线改造。无线自主网络 的网络节点采用射频收发电路和存储有zigbee网络协议栈软件的中央处理器电路实现， 如图2所示。
网络节点的结构包括传感器模块、微处理器模块(由嵌入式系统构成，包括CPU、 存储器等)、无线通信模块和电源模块。其中传感器模块完成监测区域内信息的采集和信号 转换，处理器模块负载控制整个传感器节点的操作、存储和处理本身采集的数据以及其他 节点发来的数据，无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制信息和收 发采集数据，电源管理模块为其他功能模块单元提供正常工作所必需的能源。选用Chipcon 公司的CCM30芯片作为网络系统的硬件节点。CC2430在芯片上集成了 ZigBee射频CCM20 芯片、内存和一个8位的8051微控制器，具有U8KB的RAM，还包含模拟数字转换器(ADC)、 几个定时器(Timer)、AESU8协同处理器、看门狗定时器、32KHz晶振的休眠模式定时器、上 电复位电路、掉电检测电路，以及21个可编程I/O引脚。CCM30只需极少外部元器件，性 能稳定且功耗极低。CCM30的选择性和敏感性指数超过了 IEEE802. 15. 4标准的要求，可 确保短距离通信的有效性和可靠性。利用此芯片设置无线传输硬件，支持数据传输率高达 2501ApS，可以实现多点对多点的快速组网。为了满足传输效果和距离需要，射频信号通过 射频放大电路才连接天线。
由于zigbee技术组网灵活，添放主要起中转作用的节点也很容易，完全能够满足 从监管区域到上位机所在管理区域的无线传播需要。有线传感器直接与CCM30相连接，加 上简单的外围电路就可以实现无线通讯的功能。电源可以由原有现场工业总线来提供。
待检设备上的RFID标签与RFID读写模块之间的通讯的原理，如图3所示。使用 的无源电子标签由标签芯片和标签天线或线圈组成，利用电感耦合或电磁反向散射耦合原 理实现与读写器之间的通讯。RFID标签中存储一个唯一编码，通常为64bits、96bits甚至 更高，其地址空间大大高于条码所能提供的空间，因此可以实现单品级的物品编码。当RFID 标签进入读写器的作用区域，就可以根据电感耦合原理(近场作用范围内)或电磁反向散 射耦合原理(远场作用范围内)在标签天线两端产生感应电势差，并在标签芯片通路中形 成微弱电流，如果这个电流强度超过一个阈值，就将激活RFID标签芯片电路工作，从而对 标签芯片中的存储器进行读/写操作。而RFID读写模块内嵌在点检设备当中，这里不过多 叙述。
为了适用于本发明的方法，点检设备不仅具有与无线传感器通讯的功能，还能够 读取RFID标签内的信息，同时还能对采集上来的数据进行分析，并对设备的运行状态和未 来的故障进行判断预测，最后还可以通过无线，串口、USB或者SD卡的方式将点检数据及结 果传送到上位机。
如图4所示，点检设备包括ARM最小系统、无线通讯模块、DIM144接口模块、电子标 签读写模块、键盘接口模块、单片机、电源管理及电压转换模块、通信接口(USB，SD、串口) 以及触摸屏接口模块。无线通讯模块通过DIM144接口模块与ARM最小系统相连接。电子标 签读取模块、键盘接口与AT89S52单片机模块相连接。单片机模块与电源管理及电压转换 模块连接，并且通过DIM144接口模块与ARM最小系统相连接。通信接口(USB、SD、$D)， IXD以及触摸屏接口模块通过DIM144接口模块与ARM最小系统相连接。所述的电源管理及 电压转换模块与系统的所有模块均有连接关系。
如图5所示，ARM最小系统包括主频达到230MHz的强大的32位嵌入式ARM处理器 S3C2410X，8M的NAND FLASH，32M的SDRAM以及其他的复位电路、电源、JTAG接口等电路，在 此基础之上，移植了嵌入式LINUX操作系统，在操作系统之上开发了专用的功能强大的图 形用户程序，通过图形化的、友好的用户程序来控制数据采集以及数据分析。为采集和分析 工业现场的振动加速度信号提供一种通用的、便携式的、功能强大的、界面友好、操作方便、 与企业点检管理系统紧密结合的一体化解决方案。
本实施例在硬件的整体架构上采用的是以S3C2410X为核心的ARM最小系统加ARM 最小系统之外的所有模块，以AT89S52单片机为控制器的分体设计，通过一个DIM144的接 口器件相连接，主处理器(S3CM10X)与从控制器(AT89S52单片机)之间通过SPI总线通 信。主从控制器和分体模块的结构，其最突出的优点是方便软硬件升级。在接口板有变动 的情况下，只需修改单片机内驱动程序以及核心板内相关的驱动程序即可；而核心板内的 数据采集分析软件亦可实现轻松的升级。再者，采用分体结构的设计，在单个部件出现问题 的情况下，可轻松的实现模块的替换。方便系统的维护。
以S3C2410X为核心的ARM最小系统是整个系统的核心模块，是嵌入式LINUX操作 系统的硬件平台，也是整个应用软件运行的硬件平台。负责数据的采集、存储、分析等功能。 该款ARM芯片具有丰富外部接口，如存储器控制器、IXD控制器、SPI接口控制器、IIC接口 控制器、硬件定时器等，大大简化了用户在扩展外部接口的难度。
该模块中，扩展了一 8M的NAND FLASH存储器作为程序存储器；扩展了一 32M的 SDRAM作为系统的内存，同时，将该系统用到的ARM资源如数据线、地址线、LCD接口、定时器 接口、USB 口、串口、SPI 口、RTC以及一些中断接口资源通过一个DIM144引出到接口底板。
接口板的主要作用是对采集到的信号进行调理、AD转换以及为整个系统提供一个 完整的便携式产品电源解决方案。它包括一个从控制器AT89S52单片机、无线通讯模块以 及一些通用的接口电路(USB、串口、SD卡接口、IXD接口、键盘接口等)；单片机的主要功能 是控制接口板的各个功能模块以及通过SPI总线与ARM核心板进行通信。
无线通讯模块选用Chipcon公司的CCM20芯片。利用此芯片设置无线传输硬件， 支持数据传输率高达2501ApS，可以实现多点对多点的快速组网。与网络节点采用相同的 zigbee协议栈，可以方便的实现数据传输。
电源管理模块，除了当外界为DC时为锂电池充电，还将锂电池输出的电压转换成 系统需要的多路模拟电源、数字电源以及隔离电源，并且结合单片机完成各路电源的使能 控制，在不进行数据采集的情况下，系统将其电源关断，以最大化的节省电能，延长仪器的 运行时间；
由于本实施例采用的是锂电池供电，而系统工作需要各种电压，主要有士 12V，5V、和3.3V。这些所需要的电压都是通过锂电池经过转换而提供。另外，系统有的模块在一 定的情况下是不需要供电的，所以，这是可以将其电源关闭，这又涉及到电源管理的问题。 本实施例给出了一个完整的便携式设备的电源管理方案。如图6所示，此模块的核心是 MAX8662,MAX8662芯片是美信公司推出的一款为基于单锂电池供电系统的高性能的电源管 理芯片。它内部集成了两个同步开关整流器，一个能驱动2-7个LED的升压整流器，4个降 压线性整流器以及一个为锂电池池充电的线性充电电路。MAX8662具有智能电源选择器，在 有外部供电电源和电池供电同时存在的情况下，他能在两者之间智能的切换，比如，外部电 源不能提供系统所需要的电流，这时，电池也将做关机前的准备工作，之后，系统断电。
该点检设备还具有大量的外接接口，可以为以后的功能扩展提供便利。例如当在 野外使用该点检设备时，可以扩展GPRS通讯模块，实现远距离数据的传输；还可以扩展传 感器模块，使的该点检设备具有直接采集数据的功能。这些情况都应当属于本发明的技术 方案实例之一。
本实施例中提供的点检任务包括以下步骤
1)点检设备可以通过通信接口模块的串口或者无线通讯模块与上位机进行通信， 从上位机接收点检任务到ARM最小系统，并将点检任务通过SD接口保存到系统自带的SD 卡上；
点检任务内容如下
点检时间；
点检编号；
测点的IP地址；
设备唯一编码；
设备位置信息；
采样的样本长度；
测点的数据类型；
要采集的样本的组数；
组间的间隔时间，单位为毫秒；
由于在点检过程中需要对RFID标签和无线传感器进行数据采集。当对RFID标签 采集信息时，点检任务中的测点IP地址为空。当对传感器采集信息时，点检任务中的设备 唯一编码为空；
2)ARM最小系统对点检任务进行解析，根据将要采集的设备类型(RFID标签还是 传感器)设定不同的通讯模块工作。无线通讯模块的通讯频率为2. 4G，RFID读取器的通讯 频率为915MHz ；
3)验证测点与点检任务的一致性；所述的验证方法为(1)电子标签验证通过本 装置读取电子标签内的设备唯一编码，与点检任务内的编码相比较，相同则表示任务与测 点相对应，可以执行任务；(2)网络节点验证通过网络节点的IP地址来进行匹配；
4)确认测点后，执行点检任务，ARM最小系统给单片机发送开始采集指令，开始数 据采集；
5)将采集到的数据保存在ARM最小系统的内存中，并对数据进行转换，将数据转 换成对应的加速度的浮点数；同时，ARM最小系统给单片机发送停止采集指令，单片机接收10指令后关闭相关模块的电源；
6)数据分析；将采集到的数据通过本系统内的数据分析方法进行分析，并将分析 的结果以图形的方式显示在IXD上；
7)数据存储将转换的数据结果以规定的数据文件的形式由内存转储到设备自 带的SD卡上；
8)数据导出可通过系统的USB接口模块导出数据至U盘，也可以将SD卡卸下， 到上位机读出数据，还可以通过传统的串口通信或者无线方式通过上位机专门的数据回收 软件回收数据。
如图8所示，系统上电后，处理器初始化硬件资源，运行LINUX操作系统，初始化 硬件设备，主要是指SPI设备(建立与单片机通信，单片机AT89S52是作为LINUX操作系 统的硬件设备而工作的)；并通过脚本启动主程序，进入图形化的用户界面。等待用户的输 入。当执行点检任务时，主程序先给SPI设备传递参数，进行数据采集。在数据采集完成之 后，将采集到的数据按规定的格式以文件的形式保存到SD卡中，同时，通过给单片机发送 指令，关闭相关模块的电源，以最大化节省电能，延长仪器的运行时间。
本嵌入式系统之上安装的嵌入式图形应用程序，采用图形界面应用层和硬件驱动 层的分层结构而设计，图形界面具有可移植性，是与硬件层无关的，为用户提供了一个有好 的图形界面；而驱动层是作为LINUX内核的模块而动态加载的，位于应用层和和具体的硬 件之间，为应用层屏蔽硬件的具体细节并且为其提供一个一致的应用程序接口。(软件架构 见附图8)
传统的点检设备的用户界面往往比较简单，功能单一，没有一个完备的、友好的、 功能强大的图形用户界面，而且不具备数据分析能力。
本软件集数据采集、数据分析、数据管理以及数据通信等功能为一体，在友好的图 形用户界面的之下完成振动数据采集任务的参数设置、数据采集、数据存储、数据传输、数 据的时频域分析、数据的管理、点检任务的接收与管理、系统参数的设置以及与上位机通信 等功能。功能强大，使用方便。
本系统主要有六大模块组成，分别是数据采集模块，系统设置模块，数据分析模 块，任务管理模块，数据导出模块，以及串口通信模块。
数据采集模块主要功能是对临时的测点进行数据采集，并将采集的数据存储，其 中主要包括各种参数的设置，如通道选择、采样点数、采样频率等参数的设置。
系统设置模块包括系统时间的设置，IXD背光的调整等。
数据分析模块包括数据的管理以及数据的分析功能两大功能。在数据管理功能 中，可以简要查看测点的设备位置信息、各种采集参数的设置情况等信息、删除数据文件 等。而数据分析功能中，提供了对测点的数据进行各种时频分析的工具，并对设备进行故障 诊断和预测。
任务管理模块主要功能是管理数据采集分析仪内已有的点检任务。点检人员可以 通过此模块方便的查看点检任务的测点的信息，规定的任务的执行时间，任务中设置的各 种参数。选定任务后，可以执行相应的任务进行数据采集和存储。
数据导出模块主要功能是导出数据至U盘。
串口通信模块主要实现两个功能接收上位机下达的点检任务；将点检设备内所有的数据文件上传到上位机的点检记录数据库中。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发 明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的 一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施 例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的 保护范围之内。
权利要求
1.一种支持多种接入方式的智能点检系统，其特征在于包括上位机、点检设备和待 检设备，所述待检设备上设有传感器和RFID标签，在待检设备生产区域设置无线自主网 络，所述点检设备通过无线射频信号将RFID标签内的信息读取到点检设备中，通过无线自 主网络将传感器采集到的设备信息传输到点检设备中；点检设备对检测到数据进行分析， 并对设备的运行状态和未来的故障进行判断预测，并通过无线自主网络将点检数据及结果 传送到上位机。
2.如权利要求1所述的智能点检系统，其特征在于所述点检设备包括无线通讯模块，用于实现和无线自主网络节点连接，将传感器采集的数据传输到点检 设备中；ARM最小系统，用于从上位机下载点检任务，通过通信接口与上位机相连，通过SPI总 线与单片机相连接，其通过DIM144接口模块和LCD以及触摸屏接口相连接；电子标签读写模块，通过单总线的接口将设备上电子标签信息体内的信息读取到单片 机内，再通过单片机将电子标签的测点编码发送给ARM最小系统的键盘驱动程序；键盘，是指通过单片机端口扩展的键盘；电源管理及电压转换模块，当外界为DC时为锂电池充电，还将锂电池输出的电压转换 成系统需要的多路模拟电源、数字电源以及隔离电源，并且结合单片机完成各路电源的使 能控制，在不进行数据采集的情况下，点检系统将其电源关断。
3.如权利要求2所述的智能点检系统，其特征在于所述通信接口包括有USB、SD和串□。
4.如权利要求1所述的智能点检系统，其特征在于所述无线自主网络的网络节点采 用无线收发电路和存储有zigbee网络协议栈软件的中央处理器电路实现。
5.如权利要求4所述的智能点检系统，其特征在于所述无线自主网络的网络节点的 结构包括传感器模块，用于完成监测区域内信息的采集和信号转换；微处理器模块，用于负载控制整个传感器节点的操作、存储和处理本身采集的数据以 及其他节点发来的数据；无线通信模块，用于负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制信息和收发采集 数据；电源管理模块，用于为其他功能模块单元提供正常工作所必需的能源。
6.如权利要求4所述的智能点检系统，其特征在于所述无线自主网络的网络节点无 线收发范围为100-500米，不同网络节点分配不同的IP地址，IP地址与设备位置信息实 现绑定，即通过IP地址可以确定点检的设备位置及其信号数据类型。
7.如权利要求1所述的智能点检系统，其特征在于所述RFID标签内存储待检设备的 唯一测点编码。
8.如权利要求7所述的智能点检系统，其特征在于所述RFID标签，为无源电子标签， 其无线收发范围为0. 5 10米，在该范围内采用存储有点检计划的点检设备读取待检设备 RFID标签内的设备状态信息。
9.一种构建权利要求1所述的智能点检系统的方法，其特征在于对待检设备上的传感器中的有线传感器添加无线传输模块进行无线改造，与待检设备上的传感器中的无线传感器组成无线自主网络，实现数据的无线传输；为待检设备设定设备编码，设备编码和序号组成测点的唯一测点编码，唯一测点编码 储存在RFID标签中；为无线自主网络的不同网络节点分配不同的IP地址，IP地址与设备位置信息实现绑 定，即通过IP地址可以确定点检的设备位置及其信号数据类型；点检设备置于某网络节点无线收发范围内，通过IP地址实现与网络节点的连接并读 取信息传送至上位机。
10.一种权利要求1所述的智能点检系统的点检方法，其特征在于1)点检设备从上位机接收点检任务，对RFID标签和无线传感器进行数据采集；2)点检设备对点检任务进行解析，根据将要采集的设备类型RFID标签或传感器设定 不同的通讯模块工作；3)验证测点与点检任务的一致性；4)确认测点后，执行点检任务，点检设备开始数据采集并分析，再传送至上位机。
11.如权利要求10所述的点检方法，其特征在于所述步骤1)中，点检设备从上位机 接收点检任务到ARM最小系统，并将点检任务通过SD接口保存到系统自带的SD卡上。
12.如权利要求10所述的点检方法，其特征在于所述点检任务内容如下 点检时间；点检编号；测点的IP地址；设备唯一编码；设备位置信息；采样的样本长度；测点的数据类型；要采集的样本的组数；组间的间隔时间，单位为毫秒。
13.如权利要求12所述的点检方法，其特征在于当对RFID标签采集信息时，点检任 务中的测点IP地址为空；当对传感器采集信息时，点检任务中的设备唯一编码为空。
14.如权利要求10所述的点检方法，其特征在于所述步骤2)中点检设备的ARM最小 系统对点检任务进行解析，根据将要采集的设备类型RFID标签或传感器设定不同的通讯 模块工作，其中无线通讯模块的通讯频率为2. 4G，RFID读取器的通讯频率为915MHz。
15.如权利要求10所述的点检方法，其特征在于所述步骤3)中的验证方法为(1)电子 标签验证通过读取电子标签内的设备唯一编码，与点检任务内的编码相比较，相同则表示 任务与测点相对应，可以执行任务；( 网络节点验证通过网络节点的IP地址来进行匹配。
16.如权利要求10所述的点检方法，其特征在于所述步骤4)中点检设备的ARM最小 系统给单片机发送开始采集指令，开始数据采集；将采集到的数据保存在ARM最小系统的 内存中，并对数据进行转换，将数据转换成对应的加速度的浮点数；同时，ARM最小系统给 单片机发送停止采集指令，单片机接收指令后关闭相关模块的电源；将采集到的数据通过 本系统内的数据分析方法进行分析，并将分析的结果以图形的方式显示在LCD上和传送到 上位机上。
全文摘要
本发明公开了一种支持多种接入方式的智能点检系统、其构建方法及点检方法，待检设备上具有RFID标签、有线传感器和无线传感器，在点检过程中实现对所有类型的数据信息进行采集，通过对有线传感器进行无线改造，与原有无线传感器共同搭建无线自主网络，无线自主网络的网络节点支持近距离无线收发，待检设备的设备状态信息存储在RFID标签中，点检设备对待检设备进行点检时，RFID标签内存储的设备状态信息读取到点检设备中，点检设备也可以通过无线自主网络获得检测数据，并可以通过无线自主网络将检测数据传送到上位机。本发明不仅可以提高点检效率，保证检测结果的质量，并实现对多类型数据信号的采集，而且能够提供对待检设备故障的预测。
文档编号G01D21/00GK102044137SQ20101055907
公开日2011年5月4日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者严隽薇, 刘敏, 李楠, 赵振 申请人:同济大学