基于物联网技术的试验管理系统的制作方法

本发明涉及电气试验仪器管理领域，特别是一种基于物联网技术的试验仪器管理系统。

背景技术：

电气试验由于试验项目种类繁多、仪器种类繁杂，并且仪器的状态、试验设备状态需要准确掌握，在电气试验管理过程中，面临以下问题：

1、仪器需要定期校验，不同仪器检定日期不同，因此需要准确掌握仪器的检定日期及下次检定日期；

2、在进行现场电气试验前应带上试验所需要的所有试验仪器，对于大型预试现场，所需仪器较多，外壳相差不大时，错拿、漏拿情况时有发生；

3、在试验现场较多时，需要及时了解库房及现场试验仪器的使用状况，以便更好地分配现场试验工作；

4、在库房中查找仪器时，需靠人力寻找，耗时耗力，效率低下，甚至对于某些不常用的仪器，出现找不到的情况；

5、进行现场试验时，由于现场设备数量多，设备相似性大，有可能出现误入带电间隔的情况；

6、记录试验报告时，需要在报告上填写仪器和被试设备的基本信息、试验条件、试验数据，费时费力，并且容易出现差错。

目前电气试验专业领域仍然采用传统的管理模式，试验设备存放较为混乱，仪器和设备的基本信息及位置主要靠纸质版记录，无法做到实时掌握各个目标基本信息及智能、安全提醒功能。

射频识别（rfid）是radiofrequencyidentification的缩写。其原理为阅读器与rfid标签之间进行非接触式的数据通信，达到识别目标的目的。rfid的应用非常广泛，典型应用有动物晶片、汽车晶片防盗器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理。一套完整的rfid系统，是由rfid阅读器与rfid标签也就是所谓的应答器及应用软件系统三个部分所组成，其工作原理是阅读器（reader）发射一特定频率的无线电波能量，用以驱动电路将内部的数据送出，此时reader便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。射频识别技术依据其标签的供电方式可分为三类，即无源rfid，有源rfid，与半有源rfid。有源rfid通过外接电源供电，主动向射频识别阅读器发送信号，因此拥有了较长的传输距离与较高的传输速度。一个典型的有源rfid标签能在百米之外与射频识别阅读器建立联系。

用于与服务器建立通讯的远程通信gsm通信模块，实现了真正意义上的物联网应用，它突破了wifi模块只能在固定无线网络范围内的距离局限，或是蓝牙模块的短距离传输瓶颈，我们只需要借助单片机连接插有sim卡的gsm通信模块与电器开关，然后对单片机进行简单的控制逻辑编程。gsm通信模块只要在有移动网络信号覆盖的环境下就能与控制端进行基于tcp/ip协议的点对点数据传输，从而实现不限距离的远程控制。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于物联网技术的试验管理系统,用于解决当前不能快速获取仪器状态信息的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种基于物联网技术的试验管理系统，包括：仪器控制模块、第一rfid标签、第二联网装置以及通信基站；所述仪器控制模块用于控制并记录仪器状态，所述第一rfid标签用于近场通信读取仪器状态信息，所述第二联网装置用于在所述仪器控制模块和所述通信基站之间建立通信连接，所述通信基站用于收集或分发数据到对应的所述第二联网装置；所述仪器控制模块与仪器电连接，所述第二联网装置以及所述第一rfid标签分别与所述仪器控制模块电连接，所述通信基站与所述第二联网装置通信连接。

进一步地，还包括：库房控制模块、rfid阅读器以及第一联网装置；所述库房控制模块用于控制并记录库房状态，所述rfid阅读器用于读取所述第一rfid标签记录的信息，所述第一联网装置用于在所述库房控制模块和所述通信基站之间建立通信连接，所述通信基站还用于收集或分发数据到对应的所述第一联网装置；所述第一联网装置以及所述rfid阅读器分别与所述库房控制模块电连接，所述通信基站与所述第一联网装置通信连接，所述rfid阅读器与所述第一rfid标签通信连接。

进一步地，还包括：设备控制模块、第二rfid标签以及第三联网装置；所述设备控制模块用于控制并记录设备状态，所述第二rfid标签用于近场通信读取设备状态信息，所述第三联网装置用于在所述设备控制模块和所述通信基站之间建立通信连接，所述通信基站还用于收集或分发数据到对应的所述第三联网装置；所述设备控制模块与设备电连接，所述第三联网装置以及所述第二rfid标签分别与所述设备控制模块电连接，所述通信基站与所述第三联网装置通信连接，所述第二rfid标签与智能终端通信连接。

进一步地，所述库房控制模块、所述第一联网模块以及所述rfid阅读器模块均固定连接在库房内部。

进一步地，所述rfid阅读器数量至少为3个，且至少有一个所述rfid阅读器与其他所述rfid阅读器不在一条直线上。

进一步地，还包括：gps定位装置、发声装置以及第一led显示装置；所述gps定位装置用于定位仪器位置，所述发声装置以及第一led显示装置均用于寻找仪器时进行提醒；所述gps定位装置、所述发声装置以及所述第一led显示装置均与所述仪器控制模块电连接。

进一步地，还包括：温度湿度传感器装置以及第二led显示装置；所述温度湿度传感器装置用于检测环境温度和湿度，所述第二led显示装置用于寻找设备时进行提醒；所述温度湿度传感器装置以及第二led显示装置均与所述设备控制模块电连接。

进一步地，还包括：第一储能电池以及充电装置；所述第一储能电池用于为所述仪器控制模块提供电源，所述充电装置用于为所述第一储能电池充电；所述第一储能电池与所述仪器控制模块电连接，所述充电装置与所述第一储能电池电连接。

进一步地，还包括：第二储能电池以及太阳能光伏板；所述第二储能电池用于为所述设备控制模块提供电源，所述太阳能光伏板用于为所述第二储能电池充电。所述第二储能电池与所述设备控制模块电连接，所述太阳能光伏板与所述第二储能电池电连接。

进一步地，所述设备控制模块、所述第二rfid标签、所述第三联网装置、所述温度湿度传感器装置、所述第二led显示装置、所述第二储能电池以及所述太阳能光伏板均与设备固定连接。

本发明的积极效果如下：

本发明公开了一种基于物联网技术的试验管理系统，包括传感层、传输层以及应用层，处于传感层的仪器在检定后可将检定结果及检定日期写入控制中心模块，在临近下次检定日前提醒人员进行检定，可实现仪器在地图上的定位，在查找相应的仪器时，该仪器可发出声音和光信号，可快速找到仪器，控制终端离仪器距离较近时，可通过第一rfid标签进行通信，距离较远时可通过第二联网装置通信。库房控制模块、第一联网装置、rfid阅读器安装于库房内，rfid阅读器数量不少于3个，并且至少有一个rfid阅读器与其他rfid阅读器不在一条直线上，与通信基站联网的智能终端可通过第一联网装置通信，多个rfid阅读器可实现库房内仪器位置的精确定位。第二rfid标签可以与智能终端通信，也可以通过通信基站与第三联网装置远程通信，从而获取设备状态、温湿度信息；太阳能光伏板、第二储能电池模块为设备提供电能，该电气设备需要试验时，第二led显示模块会发光提示，防止误入带电间隔。智能终端为便携式设备，包括手机、平板以及电子计算机，可通过app进行操作。通过rfid近距离获取仪器、设备的状态信息、试验数据，也可以通过基站联网模块与仪器、电气设备或库房通信。试验结束时，可读取设备上的控制中心模块上的温度、湿度数值，也可以读取试验仪器上的试验结果，方便生成试验报告。

附图说明

图1为本发明实施例1的系统结构示意图；

图2为本发明实施例1通信基站通信示意图；

图3为本发明实施例1rfid通信示意图；

图4为本发明实施例1仪器控制模块连接示意图；

图5为本发明实施例1设备控制模块连接示意图；

图6为本发明实施例1库房控制模块连接示意图；

图7为本发明实施例1库房仪器定位示意图；

图8为本发明实施例2的系统结构示意图；

图9为本发明实施例2仪器控制模块连接示意图；

图10为本发明实施例2设备控制模块连接示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示,试验管理系统分为三部分,分别是传感层、传输层以及应用层。应用层为装有应用软件的智能终端，该智能终端可以是手机、平板电脑、计算机，应用层通过传输层通信与传感层连接；传输层包括两种，一种为通信基站与联网装置，而另一种为rfid标签。

通信基站通常采用插有sim卡的gsm通信模块，gsm通信模块通过gprs或短信进行数据传输，因为gsm通信模块通常接收符合ttl电平的数据，所以与之配套的联网装置是一种包含有输出符合ttl电平的通信模块。还有一种常用的通信基站形式：路由器，路由器通过互联网传输数据，此时与之配套的联网装置就采用包含有网卡的通信模块；采用通信基站与联网装置组合的传输方式，好处就是可以远程操作，数据传输距离几乎可以视为无限远，不受距离限制。其联网形式如图2所示,智能终端将数据发送到通信基站，通信基站则将数据分发到带有联网装置的仪器、库房、设备，仪器、库房、设备也可以通信基站将数据上传到通信基站，通信基站再传输数据到智能终端。

rfid标签传输距离近，但没有复杂的连接操作，优点是一对一操作时快捷、便利；rfid阅读器通过直接刷扫rfid标签就可以读写数据。就本发明而言，其联网形式如图3所示，智能终端以及库房均设有rfid阅读器，而仪器、设备均设有rfid标签，智能终端由于其携带便利性，可以刷扫仪器或设备的rfid标签，进行数据读写；库房可以刷扫仪器的rfid标签，进行数据读写。

传感层作为实现本发明的关键一层，其应用范围包括库房、仪器以及设备，因本发明应用领域为电气试验领域，故设备也以电气设备为主，库房、仪器以及设备三者均有控制模块分别与之连接。库房控制器用于控制并记录库房的状态，例如记录仪器或设备的存放位置、数量、编号、出入库记录等等；仪器控制模块用于控制并记录仪器状态，如调节仪器的档位、量程，记录仪器的检定日期、量程、规格；设备控制模块用于控制设备并记录设备状态，如记录设备的规格、功能、铭牌信息，读取设备动作数据等等；这些控制模块采用以单片机为核心搭建的电路；控制模块通常以库房、仪器、设备厂家开放的通信控制协议如modbus协议为基础电连接，读取仪器、设备的数据，控制库房动作；还有一种连接方式，即控制模块直接控制驱动仪器、设备或者库房动作，记录动作数据以及状态。

在硬件的设置上，如图4所示，仪器控制模块与仪器电连接，第二联网装置以及第一rfid标签分别与仪器控制模块电连接，通信基站与第二联网装置通信连接。仪器控制模块、第一rfid标签、第二联网装置均设置在仪器内部，这样设置的好处是更加紧凑。为了仪器更方便查找，还设置有用于寻找仪器时进行提醒的发生装置以及led显示装置，发声装置以及第一led显示装置均与仪器控制模块电连接。如图5所示，设备控制模块与设备电连接，第三联网装置以及第二rfid标签分别与设备控制模块电连接，通信基站与第三联网装置通信连接，第二led显示装置设备控制模块电连接，设备控制模块、第三联网装置、第二rfid标签以及第二led显示装置均安装在设备上。如图6所示，rfid阅读器以及第一联网装置分别与库房控制模块电连接，第一rfid标签与rfid阅读器通信连接，库房控制模块、第一联网模块以及rfid阅读器模块均固定连接在库房内部，必须要重点说明的是，rfid阅读器数量至少为3个，且至少有一个所述rfid阅读器与其他所述rfid阅读器不在一条直线上，即多个阅读器不共线。

该系统在使用时，收到试验计划后，智能终端通过通信基站以及联网装置查询仪器基本信息、设备信息，确定是否符合试验条件，并将被试设备信息填入试验报告中。根据试验设备、试验项目，智能终端通过通信基站向库房控制模块、仪器控制模块发送命令，查看仪器在库房内位置；查找仪器、设备之前在智能终端选中需要查找的目标，智能终端会给出仪器设备存放的位置，查找目标的led显示装置开始闪烁，发声装置还会间断性发出警告声，试验人员根据提示在库房内取用相应的仪器或设备。仪器或设备装车后可通过智能终端上的rfid检验是否有遗漏仪器。确认完毕后操作智能终端通过rfid标签可以使仪器、设备停止led显示装置闪烁，发声装置停止发声。

在变电站内进行试验前，通过智能终端向被试设备发出指令，被试设备上的led显示装置发出信号进行提示，确保试验人员不会走错试验间隔。试验时智能终端通过rfid读取被试设备基本信息并填入试验报告。

试验完成后，将仪器、设备重新放回库房，操作智能终端通过rfid标签向控制模块写入当前存放位置以便下次使用时查找。

当仪器检定日期即将到期时，仪器led显示装置开始闪烁，发声装置开始间断性发声，同时通过联网装置发送信息，此时便可通过智能终端查看需要检定的仪器信息以及存放位置，然后进入库房根据位置开始查找仪器进行检定，仪器检定后，可在通过rfid标签或联网装置向仪器控制模块中存储检定时间，并消除led显示装置闪烁、发声装置发声警告，并设定在下次检定日期。

如图7所示，仪器、设备在库房位置的确定除了人工输入的方法外，还有一种方法，那就是依靠在库房内安装的不少于3个rfid阅读器，安装于仪器、设备的标签均为有源标签，rfid阅读器以3个为例，设3个rfid阅读器位置坐标分别为（x1，y1，z1）、（x2，y2，z2）、（x3，y3，z3），三个rfid阅读器同时受到来自第一rfid阅读器的信号，分别测量得到第一rfid标签发射信号的信号强度，根据信号强度我们可以得出仪器分别到三个阅读器的距离，设这个仪器到三个rfid阅读器的距离分别为s1、s2、s3，仪器所在位置为（x，y，z），可以得到方程：

（x-x1）²+(y-y1)²+(z-z1)²=s1²

（x-x2）²+(y-y2)²+(z-z2)²=s2²

（x-x3）²+(y-y3)²+(z-z3)²=s3²

从方程中可算出x，y，z值，即仪器所在位置。根据第一rfid标签信号强度确定距离的方法既可以是通过理论公式计算得出，也可以经验得出；经验法即在库房的每个位置进行强度测量，予以记录，形成三个阅读器感应信号强度与距离对应关系的电子表格，使用时，调出电子表格，反推即可得出距离，当然还可按图中所示，安装四个阅读器，从而获得更好的定位效果。

我们可以看出，采用这种定位方法使得存放和查找仪器便捷高效：一般我们在库房管理上是按仪器划分不同的分区，存放时只需将仪器摆放在相应的功能分区内而不用刻意摆放在某一个具体的位置；查找时，根据rfid标签定位结果和led显示装置的提示导引，就可以快速而准确的找到仪器。

实施例2

为了增强仪器以及设备使用的便利性，基于实施例1，我们进行了改造。如图8所示，传感层中增加了gps定位装置、第一储能电池、充电装置、第二储能电池、太阳能光伏板以及温度湿度传感器装置，如图9所示，gps定位装置、第一储能电池以及充电装置与仪器控制模块电连接，固定于仪器内部。如图10所示，第二储能电池、太阳能光伏板以及温度湿度传感器装置与设备电连接，固定在设备上。该系统中的仪器控制模块、设备控制模块由储能电池供电，第一储能电池通过充电装置充电，第二储能电池通过太阳能光伏板充电。

使用时，在试验开始前，我们可以通过智能终端联网查看设备的温度、湿度信息，从而确定是否符合试验条件，也可以用来记录试验时的环境，使试验数据更充分，结论更有说服力。试验过程中仪器会来回移动，在户外操作时，由于有储能电池以及太阳能光伏板提供电力，仪器以及设备不用再外接控制电源，使用很方便，如果忘记仪器的位置，此时我们还可以从智能终端进行定位方便找到仪器。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所做出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。