搭载NFC模块的智能巡检仪及巡检方法与流程

本发明属于设施巡检技术领域，主要涉及一种搭载NFC模块的智能巡检仪及巡检方法。

背景技术：

依靠GPS定位的巡检仪是利用全球连续运行卫星工作站数据实时解析实现位置定位，然而南水北调配套工程为避免和城市地下综合管网相互交叉干扰破坏，多是地下隐蔽工程，日常巡视检查的阀井、阀件大都只能通过狭小的人孔进入，不能避免GPS信号丢失、巡检仪无法定位巡检设备，甚至有人员安全隐患。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种搭载NFC(Near Field Communication，近距离无线通信技术)模块的智能巡检仪及巡检方法，在无GPS(Global Positioning System，全球定位系统)信号的闭塞工程设施处，通过NFC模块发射的正弦波产生的磁场扰动实现精确定位，通过巡检仪内置的GPS模块和GIS(Geographic Information System或Geo－Information system，地理信息系统)系统分析巡检路线，达到智能高效、安全性高、可靠性强的南水北调配套工程巡检目的。

本发明的技术方案是：

一种搭载NFC模块的智能巡检仪，包括微控制单元MCU(memory control unit，存储器控制单元)模块、DB(Database，数据库)数据库模块、NFC模块、GPS模块、无线通讯模块、输入模块、输出模块、GIS模块、供电模块；

所述的DB数据库模块通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)接口与微控制单元MCU模块建立通信连接；

所述的NFC模块通过UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)接口与微控制单元MCU模块建立通信连接；

所述的GPS模块通过UART接口与微控制单元MCU模块建立通信连接；

所述的无线通讯模块通过I2C(Inter－Integrated Circuit，I2C总线)总线与微控制单元MCU模块建立通信连接；

所述的输入模块通过I2C总线与微控制单元MCU模块建立通信连接；

所述的输出模块通过I2C总线与微控制单元MCU模块建立通信连接；

所述的DB数据库模块、NFC模块、GPS模块分别通过I2C总线与GIS模块建立通信连接；

所述的供电模块分别为微控制单元MCU模块、DB数据库模块、NFC模块、GPS模块、无线通讯模块、输入模块、输出模块、GIS模块供电。

作为优选，所述的输入模块包括分别通过I2C总线与微控制单元MCU模块建立通信连接的手触屏、内置话筒及摄像头。

作为优选，所述的输出模块包括分别通过I2C总线与微控制单元MCU模块建立通信连接的警报器、指示灯及指示屏。

一种基于搭载NFC模块的智能巡检仪的巡检方法，包括以下步骤：

步骤S1：巡检人员接收到巡检任务后，用相应的用户名、密码登陆智能巡检仪，由无线通讯模块按照巡检人员的操作指令将服务器推送的巡检任务数据下载到智能巡检仪的DB数据库模块中；

步骤S2：巡检人员操作智能巡检仪按照步骤S1中的巡检任务进行巡检，NFC模块设在智能巡检仪的前端，巡检过程中，若智能巡检仪的GPS模块能够接收到GPS信号，NFC模块处于关闭状态；若GPS信号丢失后N次搜索无果，NFC模块启动；

步骤S3：NFC模块启动后持续产生正弦波，在小于10cm范围内产生较为强烈磁场扰动，确定GPS信号丢失位置附近的巡检设备。

步骤S4：完成步骤S3所述的巡检设备的巡检后，GIS模块读取丢失位置信息和DB数据库模块的巡检任务数据，按照Dijkstra算法计算出最短或最优路径以确定下一巡检位置，并导航巡检人员到指定巡检位置。

步骤S5：重复步骤2/3/4，直到完成全部的巡检任务。

作为优选，在步骤S2中，若GPS信号丢失后N次搜索无果，微控制单元MCU模块调用DB数据库模块记录GPS丢失位置信息，微控制单元MCU模块关闭GPS模块的同时开启NFC模块；

作为优选，在步骤S3中，微控制单元MCU模块调用DB数据库模块，通过模式匹配识别巡检设备，GIS模块无需微控制单元MCU模块控制通过内置智能分析系统调用DB数据库模块，分析周围可通过巡检路线规划巡检路线；微控制单元MCU模块通过无线通讯模块将巡检结果上传到远程服务器，通过远程服务器分析系统给智能巡检仪发送指令，通过输出模块传达给巡检人员。

作为优选，在步骤S4中，当NFC模块启动后，NFC模块通过UART接口与微控制单元MCU模块建立通信连接，NFC模块使用TX和RX两条数据线路，TX和RX两条数据线路分别用于NFC信息的输入和输出；NFC模块与微控制单元MCU模块的同步由数据流中的时序信息提供；

微控制单元MCU模块收到NFC模块的信号后，通过SPI接口与DB数据库模块通信，将数据流分为SDI和SDO两条线路用于输入和输出，同时使用了一条时钟线保证信息同步；DB数据库模块存储了巡检设备的唯一标识码和其他属性信息，提供给微控制单元MCU模块，当NFC模块数据请求时可以作为数据识别凭证，通过模式匹配识别巡检设备，同时可以作为巡检上报信息的存储设备，通过输入模块录入多种格式的巡检信息，存储在DB数据库模块中；

GIS模块无需微控制单元MCU模块控制，通过内置智能分析系统调用DB数据库模块内存储的NFC识别巡检设备信息、GPS丢失信息，按照Dijkstra算法自动计算巡检设备位置，分析周围可通过巡检路线规划巡检路线；在有信号的环境下微控制单元MCU模块通过无线通讯模块将巡检结果上传到远程服务器，通过远程服务器分析系统给智能巡检仪发送指令，通过输出模块传达给巡检人员，达到在无GPS信号的闭塞环境下智能巡检的目的。

作为优选，在DB数据库模块上设置了上拉电阻和下拉电阻。为避免在微控制单元MCU模块通电和重启时产生的悬浮，在DB数据库模块上设置了上拉电阻和下拉电阻，有效减免了外围设备对同步信号的磁扰。

作为优选，若GPS信号丢失后三次搜索无果，NFC模块启动。

本发明的有益效果是：

本发明针对现有巡检仪在GPS信号丢失后无法定位巡检设备，采用在巡检仪前端内置NFC模块，利用GPS导航模块和GIS智能导航系统，此种巡检仪可以在无GPS信号的闭塞环境下，巡检设备无需内置电源，实现非接触式巡检仪和配套工程设备之间数据传输交换，有效地解决了闭塞环境人员定位困难、巡线盲目等问题，实现了巡检作业的数字化、规范化、智能化，为智能巡线、精确定位、决策分析提供科学依据。

本发明可以帮助南水北调配套工程日常巡检人员在无GPS信号的闭塞环境下精确地定位巡检设备，同时可以智能巡线，指引巡检人员以最优巡线方式作业，防止误操作情况发生，从而可以更好的完成巡检工作，提升工作效率和巡检质量。

附图说明

图1是本发明的电路原理示意框图；

图2是本发明中Dijkstra算法的流程图；

图中：1为微控制单元MCU模块，2为无线通讯模块，3为DB数据库模块，4为GIS模块，5为NFC模块，6为GPS模块，7为输出模块，8为输入模块，9为供电模块；7-1为报警器，7-2为指示灯，7-3指示屏，8-1为手触屏，8-2为内置话筒，8-3为摄像头。

具体实施方式

实施例一：参见图1，一种搭载NFC模块的智能巡检仪，包括微控制单元MCU模块1、DB数据库模块3、NFC模块5、GPS模块6、无线通讯模块2、输入模块8、输出模块7、GIS模块4、供电模块9。DB数据库模块3通过SPI接口与微控制单元MCU模块1建立通信连接。NFC模块5通过UART接口与微控制单元MCU模块1建立通信连接。GPS模块6通过UART接口与微控制单元MCU模块1建立通信连接。无线通讯模块2通过I2C总线与微控制单元MCU模块1建立通信连接。输入模块8通过I2C总线与微控制单元MCU模块1建立通信连接。输出模块7通过I2C总线与微控制单元MCU模块1建立通信连接。DB数据库模块3、NFC模块5、GPS模块6分别通过I2C总线与GIS模块4建立通信连接。供电模块9分别为微控制单元MCU模块1、DB数据库模块3、NFC模块5、GPS模块6、无线通讯模块2、输入模块8、输出模块7、GIS模块4供电。

输入模块8包括分别通过I2C总线与微控制单元MCU模块1建立通信连接的手触屏8-1、内置话筒8-2及摄像头8-3。手触屏8-1采用SX9306芯片，通过I2C总线与微控制单元MCU模块1通信，通过SCL时钟线保证通信同步，通过SDA数据线来完成巡检信息的下载、上报、修改、删除等操作，通过有机发光二极管(OLED)展示给巡检人员，常用对手触屏8-1的操作动作有单击、长按、拖动、双点放大、缩小、旋转等。

输出模块7包括分别通过I2C总线与微控制单元MCU模块1建立通信连接的警报器、指示灯7-2及指示屏7-3。

实施例二：参见图1-2，一种基于搭载NFC模块的智能巡检仪的巡检方法，包括以下步骤：

步骤S1：巡检人员接收到巡检任务后，用相应的用户名、密码登陆智能巡检仪，由无线通讯模块2按照巡检人员的操作指令将服务器推送的巡检任务数据下载到智能巡检仪的DB数据库模块3中。

步骤S2：巡检人员操作智能巡检仪按照步骤S1中的巡检任务进行巡检，NFC模块5设在智能巡检仪的前端，巡检过程中，若智能巡检仪的GPS模块6能够接收到GPS信号，NFC模块5处于关闭状态；若GPS信号6丢失后三次搜索无果，微控制单元MCU模块1调用DB数据库模块3记录GPS丢失位置信息，微控制单元MCU模块1关闭GPS模块6的同时开启NFC模块5。

步骤S3：NFC模块5启动后持续产生正弦波，在小于10cm范围内产生较为强烈磁场扰动，确定GPS信号丢失位置附近的巡检设备。

步骤S4：完成步骤S3中的巡检设备的巡检后，GIS模块4读取丢失位置信息和DB数据库模块3的巡检任务数据，按照Dijkstra算法(参见图2)计算出最短或最优路径以确定下一巡检位置，并导航巡检人员到指定巡检位置。

步骤S5：重复步骤2/3/4，直到完成全部的巡检任务。

在步骤S3和S4中，当NFC模块5启动后，NFC模块5通过UART接口与微控制单元MCU模块1建立通信连接，NFC模块5使用TX和RX两条数据线路，TX和RX两条数据线路分别用于NFC信息的输入和输出。NFC模块5与微控制单元MCU模块1的同步由数据流中的时序信息提供。

微控制单元MCU模块1收到NFC模块5的信号后，通过SPI接口与DB数据库模块3通信，将数据流分为SDI和SDO两条线路用于输入和输出，同时使用了一条时钟线保证信息同步。DB数据库模块3存储了巡检设备的唯一标识码和其他属性信息，提供给微控制单元MCU模块1，当NFC模块5数据请求时可以作为数据识别凭证，通过模式匹配识别巡检设备，同时可以作为巡检上报信息的存储设备，通过输入模块8录入多种格式的巡检信息，存储在DB数据库模块3中。为避免在微控制单元MCU模块1通电和重启时产生的悬浮，在DB数据库模块3上设置了上拉电阻和下拉电阻，有效减免了外围设备对同步信号的磁扰。

GIS模块4无需微控制单元MCU模块1控制，通过内置智能分析系统调用DB数据库模块3内存储的NFC识别巡检设备信息、GPS丢失信息，按照Dijkstra算法自动计算巡检设备位置，分析周围可通过巡检路线规划巡检路线。在有信号的环境下微控制单元MCU模块1通过无线通讯模块2将巡检结果上传到远程服务器，通过远程服务器分析系统给智能巡检仪发送指令，通过输出模块7传达给巡检人员，达到在无GPS信号的闭塞环境下智能巡检的目的。

本发明针对现有巡检仪在GPS信号丢失后无法定位巡检设备，采用在巡检仪前端内置NFC模块，利用GPS导航模块和GIS智能导航系统，此种巡检仪可以在无GPS信号的闭塞环境下，巡检设备无需内置电源，实现非接触式巡检仪和配套工程设备之间数据传输交换，有效地解决了闭塞环境人员定位困难、巡线盲目等问题，实现了巡检作业的数字化、规范化、智能化，为智能巡线、精确定位、决策分析提供科学依据。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。