專利名稱：一種基于gps和rfid的智能巡檢儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于線路維護(hù)與巡檢系統(tǒng)，尤其涉及鐵路、電力、通信線路巡檢裝備。
背景技術(shù)：
近年來計算機技術(shù)快速發(fā)展，巡檢工作科學(xué)化和規(guī)范化管理也使得自動控制技術(shù)不斷地 滲入到許多領(lǐng)域，小區(qū)保安、工場巡査、地鐵巡檢、電力線路巡査、礦井安全巡檢等都已經(jīng) 開始涉及，而且還有許多行業(yè)和部門正在或者準(zhǔn)備使用自動控制技術(shù)實現(xiàn)巡檢工作的智能化。 巡檢系統(tǒng)在硬件上也從最早的接觸式發(fā)展到目前的感應(yīng)式，采用非接觸射頻卡、感應(yīng)卡技術(shù)， 信息采集器不用接觸即可讀取信息鈕，可進(jìn)行無線通訊。
一般來說，電子巡檢系統(tǒng)由被巡檢設(shè)備、巡檢儀、傳輸介質(zhì)、巡檢信息管理系統(tǒng)組成。 所謂被巡檢設(shè)備，簡單說就是安裝在巡檢人員需要查看的地點的設(shè)備，巡檢點可以是由有源
設(shè)備構(gòu)成，也可以是由無源設(shè)備構(gòu)成；所謂巡檢儀，則為巡檢人員巡檢過程當(dāng)中使用的一種 電子/機械裝置，它具有特定的結(jié)構(gòu)和功能，或完成巡檢信息的自動記錄和存儲，或完成巡檢
信息的自動發(fā)射，或完成巡檢信息的傳輸觸發(fā)，具體功能與巡檢系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)；
傳輸介質(zhì)根據(jù)巡檢系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不同而不同。傳輸介質(zhì)可以是有線的銅纜介質(zhì)，也可以是電磁
波介質(zhì)，還可以是以其他無線或有線方式傳輸信息；巡檢信息管理系統(tǒng)是基于普通PC機的一 個計算機管理系統(tǒng)，實現(xiàn)包括巡檢動態(tài)實時信息顯示、巡檢記錄信息管理、巡檢信息顯示等 任務(wù)的巡檢信息綜合管理系統(tǒng)。
從應(yīng)用的技術(shù)看，主要有三種電子巡檢系統(tǒng)基于信息紐扣的巡檢系統(tǒng)、基于RFID技 術(shù)的巡檢系統(tǒng)、以及基于GPS/GIS技術(shù)的巡檢系統(tǒng)。
信息鈕扣(iButton)是美國MAXIM公司生產(chǎn)的自動識別芯片、信息紐扣采用全球唯一的 12位數(shù)字編號， 一個信息紐扣對應(yīng)一個巡檢設(shè)備。從工作原理中可看出，巡檢儀在讀取信息 紐扣信息時，必須接觸，由此導(dǎo)致了接觸式巡檢系統(tǒng)不可避免的缺點1.巡檢儀與信息紐扣 必須非常準(zhǔn)確地接觸才能讀取信息，操作不便，尤其在晚上；2.信息紐扣外露，易被破壞；
3.信息紐扣外露易受污染，造成接觸不良。
RFID即射頻識別，它是一種非接觸雙向通信的自動識別技術(shù)，基本特點是讀卡器和電 子標(biāo)簽不需要直接接觸。RFID的非接觸讀取信息的特點雖然克服了信息鈕扣系統(tǒng)的缺點，但 是也有其缺陷1. RFID巡檢系統(tǒng)只能記錄離散分布的巡檢點，無法記錄巡檢路徑，不能運
用于線路巡檢；2.這種系統(tǒng)能表明巡檢人員經(jīng)過設(shè)備，并沒有記錄巡檢人員是否按操作規(guī)范 檢査了設(shè)備。
GPS即全球定位系統(tǒng)，是1973年由美國國防部研制的戰(zhàn)略導(dǎo)航系統(tǒng)。目前，GPS己經(jīng) 廣泛應(yīng)用于大地測量、精確定位、導(dǎo)航與授時領(lǐng)域。GIS即地理信息系統(tǒng)，也廣泛應(yīng)用于交 通運輸、資源勘探、旅游等信息應(yīng)用領(lǐng)域?；谶@種技術(shù)的巡檢系統(tǒng)的工作原理是巡檢人 員執(zhí)行任務(wù)時,手持巡檢儀接收GPS (全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))數(shù)據(jù)，到達(dá)信號設(shè)備后，待巡檢儀 有效定位后保存設(shè)備的位置，任務(wù)結(jié)束將數(shù)據(jù)導(dǎo)入管理主機，結(jié)合GIS(地理信息系統(tǒng))功能軟 件進(jìn)行分析，生成巡檢報告。它的缺陷是1.室外設(shè)備若在其他物體的遮擋下無法收到4顆 以上的衛(wèi)星信息，將無法有效定位；2. —般手持GPS接收機定位精度在二十五米左右，當(dāng)巡 檢設(shè)備分布集中時，從測得的GPS數(shù)據(jù)無法區(qū)分是哪個設(shè)備的數(shù)據(jù)。
以上分析可看出，現(xiàn)有的電子巡檢雖然比傳統(tǒng)的巡檢管理方式先進(jìn)了不少，但是，也有 不少缺點。
發(fā)明的內(nèi)容
本實用新型要解決的問題是在戶外點多線長、環(huán)境惡劣、設(shè)備分散、獨立作業(yè)等情況 下，輔助巡檢人員進(jìn)行鐵路、電力、通信等設(shè)施的線路巡檢工作。本實用新型可以用于各種 線路巡檢，實現(xiàn)巡檢過程記錄、巡檢監(jiān)督管理、巡檢智能引導(dǎo)、巡檢設(shè)備診斷等功能，為重 要的、安全相關(guān)的設(shè)施提供可靠的維護(hù)保障。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的 一種基于GPS和RFID的智能巡檢系統(tǒng)，硬件部分采用微型 GPS模塊、RFID模塊、大容量的Secure Digital存儲卡，由32位ARM處理器為嵌入式控制 器來控制整個系統(tǒng)，實現(xiàn)巡檢數(shù)據(jù)的處理、儲存、傳輸以及路徑引導(dǎo)、遠(yuǎn)程診斷等。嵌入式 控制器還與LCD模塊、鍵盤相連，共同協(xié)調(diào)完成狀態(tài)顯示以及命令輸入等工作。構(gòu)成巡檢儀 的各器件之間的連接
嵌入式處理器通過D—UART接口 DRXD、 DTXD分別與嵌入式GPS模塊的TxDl、 RxDl 連接；
嵌入式處理器通過SPI總線SPCK、 MOSI、 MISO與RFID模塊的A2、 A0、 D0連接， RFID模塊片選信號ALE連接嵌入式處理器)的NPCS1 ， RFID模塊中斷信號IRQ連接嵌入式 處理器的IRQ1 ， RFID模塊的NWR、 NRD接VCC， RFID模塊的NCS、 Al接GND;
嵌入式處理器通過SPI總線SPCK、 MOSI、 MISO與SD存儲卡的SCLK、 DI、 DO連接， SD存儲卡片選信號CS接嵌入式處理器的NPCSO， SD存儲卡寫保護(hù)信號WP接嵌入式處理 器的PA15;
嵌入式處理器通過USART1接口 RXD1 、 TXD1與GSM模塊的TD、 RD連接；
嵌入式處理器的可編程10接口 PA16、 PA17、 PA18、 PA19、 PA20與LCD模塊的CS、 A0、 SCL、 SI、 LED+連接；
嵌入式處理器通過USB總線DDM、 DDP與USB端口的2、 3管腳連接，USB端口的1 管腳可以接入外部5V電壓，USB端口的4、 5、 6管腳接地；
嵌入式處理器通過USART0接口 RXD0、RTS0、TXD0、CTS0與電壓轉(zhuǎn)換模塊的R10UT、 T1IN、 T2IN、 R20UT連接；電壓轉(zhuǎn)換模塊的R10UT、 T1IN、 T2IN、 R20UT管腳和診斷端 口的2、 7、 3、 8管腳連接。
本實用新型的有益效果由于采用了以上的技術(shù)方案，具有
參釆用了 13.56MHz非接觸射頻識別(RFID)讀寫模塊讀取電子標(biāo)簽上的巡檢數(shù)據(jù)，操 作方便?；赗FID的電子標(biāo)簽比起現(xiàn)有接觸式系統(tǒng)具有防水、防電、不易無損等優(yōu)點。
參采用嵌入式GPS模塊生成巡檢路徑數(shù)據(jù)和巡檢時間數(shù)據(jù)，考察了巡檢的路徑和巡檢 時間間隔，相比以往方案，結(jié)果更加具體。LEA-4H是芯片級的GPS模塊，體積小，功耗低。
攀采用Secure Digital (SD)卡，采用FAT16/32文件系統(tǒng)。Secure Digital卡支持即插即 用功能，保證了數(shù)據(jù)的安全完整性，讀寫速率高，最大容量可以達(dá)到2GByte。 Secure Digital 卡小而且符合工業(yè)現(xiàn)場的要求，更適合用于便攜式巡檢設(shè)備。
參讀取巡檢數(shù)據(jù)方便。既可以從即插即用的USB通信端口讀取，也可以從Secure Digital 卡直接讀取。
參采用基于LCD顯示和鍵盤的人機交互界面，把當(dāng)前的GPS信息、路徑引導(dǎo)信息和 記錄儀的工作狀態(tài)實時顯示在液晶上。巡檢員可以根據(jù)路徑引導(dǎo)信息尋找巡檢點并且修正巡 檢路線，可以利用鍵盤和菜單對巡檢儀進(jìn)行靈活的操作。
采用GSM/GPRS模塊發(fā)送設(shè)備診斷數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷，有利于快速解決現(xiàn)場故障。


圖l是巡檢儀的結(jié)構(gòu)框圖。 圖2是巡檢儀基本電路原理圖。
具體的實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作如下描述
圖l是巡檢儀的結(jié)構(gòu)框圖。在圖l中，巡檢儀在結(jié)構(gòu)上主要包括下列部件 >嵌入式處理器 > GPS模塊及其天線
> RFID模塊
> SD存儲卡讀寫口
> GSM模塊及其天線
> USB端口 >診斷端口
> LCD模塊
> Li-ion電源模塊 圖2是巡檢儀基本電路原理圖。
在圖2中，巡檢儀的基本電路主要包括下列部件
> AT91SAM7S處理器Ul
> LEA-4H嵌入式GPS模塊U2
> MFRC531射頻讀寫模塊U3
5> Secure Digital存儲卡U4，容量64M到2G
> GR47 GSM模塊U5
> LCD模塊U6
>電壓轉(zhuǎn)換模塊U7
> USB通信端口P1 >診斷端口P2
圖1為巡檢儀結(jié)構(gòu)框圖，嵌入式處理器是AT91SAM7S,它是基于ARM架構(gòu)的32位處 理器，控制其它硬件資源；SD讀寫口是Secure Digital卡的物理容器與電氣接口 ， Secure Digital 卡為符合SD卡規(guī)范的存儲卡，完成數(shù)據(jù)存儲功能；GPS模塊為U-blox的LEA-4H模塊，嵌 入式處理器通過LEA-4H得到位置坐標(biāo)并寫入SD卡；RFID模塊為MFRC531，工作頻率 13.56MHz，非接觸讀寫距離10cm，用于讀取巡檢設(shè)備電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)；GSM模塊為GR47 模塊，它是900MHz的GSM/GPRS通信模塊，可以通過公共移動網(wǎng)絡(luò)與管理中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通 信；LCD顯示模塊用于顯示必要的狀態(tài)信息，嵌入式處理器把GPS坐標(biāo)信息與時間信息顯示 在液晶模塊上，并且利用電子地圖進(jìn)行路徑導(dǎo)航；USB端口為巡檢儀提供與PC的數(shù)據(jù)通信 連接，還可以通過USB端口進(jìn)行電池充電；診斷端口用于記錄設(shè)備的診斷數(shù)據(jù)；Li-ion電源 為巡檢儀提供電能。
構(gòu)成巡檢儀的器件之間的連接方式如下，見圖2:
嵌入式處理器Ul通過D—UART接口 DRXD、DTXD分別與嵌入式GPS模塊U2的TxDl 、 RxDl連接，嵌入式處理器Ul為AT91SAM7S ARM處理器，或者AT91SAM7X等ARM7架
構(gòu)通用處理器，U2為為U-bloxGPS嵌入式模塊，型號LEA-4H;
嵌入式處理器Ul通過SPI總線SPCK、 MOSI、 MISO與RFID模塊U3的A2、 A0、 D0 連接，RFID模塊U3片選信號ALE連接嵌入式處理器Ul的NPCS1 ，RFID模塊中斷信號IRQ 連接嵌入式處理器U1的IRQ1， RFID模塊的NWR、 NRD接VCC， RFID模塊的NCS、 Al 接GND， RFID模塊U3選用MFRC531;
嵌入式處理器Ul通過SPI總線SPCK、 MOSI、 MISO與SD存儲卡U4的SCLK、 DI、 DO連接，SD存儲卡U4片選信號CS接嵌入式處理器Ul的NPCSO， SD存儲卡U4寫保護(hù) 信號WP接嵌入式處理器Ul的PA15， SD存儲卡U4選用SD-CARD;
嵌入式處理器(U1)通過USART1接口 RXD1、 TXD1與GSM模塊(U5)的TD、 RD連接， GSM模塊(U5)選用GR47;
嵌入式處理器(Ul)的可編程IO接口 PA16、 PA17、 PA18、 PA19、 PA20與LCD顯示模塊 (U6)的CS、 A0、 SCL、 SI、 LED+連接，LCD顯示模塊(U6)選用HG01286412;
嵌入式處理器(U1)通過USB總線DDM、 DDP與USB端口的2、 3管腳連接，USB端口 的1管腳可以接入外部5V電壓，USB端口的4、 5、 6管腳接地；
嵌入式處理器Ul通過USART0接口 RXD0、 RTS0、 TXD0、 CTS0與電壓轉(zhuǎn)換模塊U7 的R10UT、 T1IN、 T2IN、 R20UT連接，U7為MAX3232， U7通過R10UT、 T固、T2IN、 R20UT管腳和診斷端口 P2的2、 7、 3、 8連接，診斷端口 P2的型號為DB9。
巡檢儀電氣方面主要技術(shù)參數(shù)
>工作電壓直流3.3V
> 平均工作電流小于100mA
權(quán)利要求1.一種基于GPS和RFID的智能巡檢儀，其特征在于，構(gòu)成巡檢儀的器件之間的連接嵌入式處理器(U1)通過D_UART接口DRXD、DTXD分別與嵌入式GPS模塊(U2)的TxD1、RxD1連接；嵌入式處理器(U1)通過SPI總線SPCK、MOSI、MISO與RFID模塊(U3)的A2、A0、D0連接，RFID模塊(U3)片選信號ALE連接嵌入式處理器(U1)的NPCS1，RFID模塊中斷信號IRQ連接嵌入式處理器(U1)的IRQ1，RFID模塊的NWR、NRD接VCC，RFID模塊的NCS、A1接GND；嵌入式處理器(U1)通過SPI總線SPCK、MOSI、MISO與SD存儲卡(U4)的SCLK、DI、DO連接，SD存儲卡(U4)片選信號CS接嵌入式處理器(U1)的NPCS0，SD存儲卡(U4)寫保護(hù)信號WP接嵌入式處理器(U1)的PA15；嵌入式處理器(U1)通過USART1接口RXD1、TXD1與GSM模塊(U5)的TD、RD連接；嵌入式處理器(U1)的可編程IO接口PA16、PA17、PA18、PA19、PA20與LCD顯示模塊(U6)的CS、A0、SCL、SI、LED+連接；嵌入式處理器(U1)通過USB總線DDM、DDP與USB端口的2、3管腳連接，USB端口的1管腳可以接入外部5V電壓，USB端口的4、5、6管腳接地；嵌入式處理器(U1)通過USART0接口RXD0、RTS0、TXD0、CTS0與電壓轉(zhuǎn)換模塊(U7)的R1OUT、T1IN、T2IN、R2OUT連接，電壓轉(zhuǎn)換模塊(U7)通過R1IN、T1OUT、T2OUT、R2IN管腳和診斷端口P2的2、7、3、8管腳連接。
專利摘要基于GPS和RFID的智能巡檢儀是一種巡檢記錄與管理設(shè)備，適用于野外點多線長、設(shè)備分散、線路復(fù)雜情況下的巡檢，例如鐵路線路維護(hù)、電力線路維護(hù)、通信線路維護(hù)等。本設(shè)計采用GPS模塊得到衛(wèi)星定位的巡檢路徑數(shù)據(jù)，采用RFID模塊得到巡檢設(shè)備數(shù)據(jù)，全面考查巡檢人員的操作規(guī)范性。另外，本設(shè)計采用ARM處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SD卡記錄巡檢數(shù)據(jù)，采用USB端口和主機連接，采用LCD和鍵盤進(jìn)行顯示和命令輸入，采用Li-ion電池提供工作電源，采用診斷端口記錄設(shè)備的診斷信息，采用GSM/GPRS通信模塊實現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷。
文檔編號G06K7/00GK201000645SQ20072010310
公開日2008年1月2日 申請日期2007年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月4日
發(fā)明者唐一哲, 劍 王, 鑫 羅, 蔡伯根 申請人:北京交通大學(xué)