CN113297865B - 一种基于rfid温度标签的开关柜数据管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RFID温度标签的开关柜数据管理方法，包括，先搭建集供电、数据采集、数据存储、数据传输的有源RFID硬件系统；再对搭建的RFID硬件系统的存储单元进行分区，分别存储开关柜型号、温度、操作情况、故障记录；最后对测量的温度数据进行就地处理，如有异常立刻上传，未有异常则定时上传存储的信息，RFID温度标签数据管理系统记录了开关柜固有信息，该标签将能够唯一标识一台开关柜，此外该数据管理系统由于还具有记录开关柜历史温度数据、操作信息以及故障信息并自动上传的功能，借助该于该数据管理系统可以实现开关柜整个生命周期数据的记录及上传，实现其全寿命周期管理。

Description

一种基于RFID温度标签的开关柜数据管理方法

技术领域

本发明涉及电力系统开关柜无线测温的技术领域，尤其涉及一种基于RFID温度标签的开关柜数据管理方法。

背景技术

目前的RFID温度标签仅在运维人员对其进行读取时实施测温，并且仅存储单次温度数据，当其测得新的温度数据时自动覆盖上一次的温度数据，这样就有可能丢失设备温度异常时的温度数据，从而导致运维人员无法获知设备短时异常运行的情况。

目前的RFID温度标签没有记录开关柜的型号、生产厂家、投运时间、操作情况以及故障情况，运维人员对其读取后需要人工区分不同标签的温度数据，因此目前的温度标签实际上是伪标签，不能唯一的标识开关柜。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有基于RFID温度标签的开关柜数据管理系统存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明目的是提供一种基于RFID温度标签的开关柜数据管理方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于RFID温度标签的开关柜数据管理方法，包括，

先搭建集供电、数据采集、数据存储、数据传输的有源RFID硬件系统；

再对搭建的RFID硬件系统的存储单元进行分区，分别存储开关柜型号、温度、操作情况、故障记录；

最后对测量的温度数据进行就地处理，如有异常立刻上传，未有异常则定时上传存储的信息。

作为本发明所述基于RFID温度标签的开关柜数据管理方法的一种优选方案，其中：还包括如下步骤，

供电组件采用5cm²的自清洁纳米膜太阳能电池板和可充电的电池组，并供电给温度传感器；

温度传感器采用DS18B20控制器，DS18B20控制器初始配置为12位，读取温度时共读取16位，前5个位为符号位，当前5位为1时，读取的温度为负数；当前5位为0时，读取的温度为正数，温度为正时读取方法为：将16进制数转换成10进制即可；温度为负时读取方法为：将16进制取反后加1，再转换成10进制即可。

作为本发明所述基于RFID温度标签的开关柜数据管理方法的一种优选方案，其中：还包括如下步骤，

利用太阳能电池板内部的充电管理芯片ADP5091对电池组的高效率充放电进行管理；

再利用光伏系统的电压调节器采用MAX17205芯片对温度进行实时在线的补偿测量和自校准；

并利用光伏系统的MSP430F149IPM单片机，监测每1min开关柜的温度，并通过UART接口驱动NB-IOT模组上报标签数据；

最后，配合RFID模块的SL3S4011芯片，通过IIC接口将写入的功能指令数据读出，采用解密算法对数据进行解密后，根据在线感知标签内置的命令解析程序，唤醒相应的传感器模块，完成对各个模块的主动控制。

作为本发明所述基于RFID温度标签的开关柜数据管理方法的一种优选方案，其中：还包括如下步骤，

对RFID标签存储区进行分区，分别用来存储开关柜固有信息、温度数据、操作情况以及故障记录；

并工作人员用RFID阅读器向存储器的设备固有信息区录入开关柜型号、生产商家以及投运日期，并检测开关柜运行时情况。

作为本发明所述基于RFID温度标签的开关柜数据管理方法的一种优选方案，其中：还包括如下步骤，

若开关柜运行正常，即采集参量无异常，RFID标签MCU和温度采集模块运行在低功耗睡眠模式，其他各模块均处于掉电状态，RFID标签每间隔1min自动唤醒，标签唤醒后首先进行各个传感器模块的故障检测，完成自检；若自检不通过，立即上报故障数据，通知运维人员完成更换；若自检正常，RFID标签采集开关柜温度，并记录到RFID标签温度数据区；

若采集参量异常，将带有时间戳的异常数据写入RFID模块的温度数据区中，并根据超限程度调整采集时间和决策是否上报及上报间隔时间，开关柜发生异常后，由操作人员向设备故障信息区录入开关柜故障情况的记录。

作为本发明所述基于RFID温度标签的开关柜数据管理方法的一种优选方案，其中：还包括如下步骤，

若设备温度数据无异常，则每隔一个小时上传一次RFID标签数据，并清除标签中温度数据存储区的数据，以备新的数据存储；

若开关柜温度异常，则将异常数据写入温度数据存储区并立刻上传温度数据存储区的数据，同时缩小温度采集的时间间隔为10s，每采集一次数据上传一次数据，直到开关柜数据恢复正常，温度数据采集时间间隔恢复到1分钟。

一种基于RFID温度标签的开关柜数据管理系统，其特征在于：包括，

硬件系统，包括供电模块、与供电模块相连的数据采集模块以及与数据采集模块相连的有源RFID硬件模块；以及，

中控组件，包括充电管理芯片、与充电管理芯片电连接的电路监测芯片以及与电路监测芯片相连的主控芯片。

作为本发明所述基于RFID温度标签的开关柜数据管理系统的一种优选方案，其中：所述供电模块包括太阳能电池板、与太阳能电池板电连接的可充电电池组以及充电管理芯片，所述充电管理芯片上设置有最大功率跟踪器。

作为本发明所述基于RFID温度标签的开关柜数据管理系统的一种优选方案，其中：所述数据采集模块包括温度传感器、与温度传感器电连接的存储器以及与供电模块相连的供电线，

其中，所述存储器包括高速暂存器以及电擦除RAM，所述电擦除RAM包括温度触发器TH、TL以及配置寄存器。

本发明的有益效果：RFID温度标签数据管理系统记录了开关柜固有信息，该标签将能够唯一标识一台开关柜，此外该数据管理系统由于还具有记录开关柜历史温度数据、操作信息以及故障信息并自动上传的功能，借助该于该数据管理系统可以实现开关柜整个生命周期数据的记录及上传，实现其全寿命周期管理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明基于RFID温度标签的开关柜数据管理方法的数据管理系统数据采集、存储、处理和上报流程图。

图2为本发明基于RFID温度标签的开关柜数据管理方法所述的电源管理芯片原理图。

图3为本发明基于RFID温度标签的开关柜数据管理方法所述的RFID模块芯片的读写时序图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

实施例1

参照图1-3，一种基于RFID温度标签的开关柜数据管理方法，包括：

S1：搭建集供电、数据采集、数据存储、数据传输的有源RFID硬件系统，利用5cm²太阳能板、5V可充电铅酸蓄电池、充电管理芯片、温度传感器、现有无源RFID模块、存储芯片以及超低功耗单片机等器件实现集供电、数据采集、数据存储、数据传输的有源RFID硬件系统。

具体的，供电单元采用5cm²的自清洁纳米膜太阳能电池板和可充电的电池组，采用充电管理芯片ADP5091实现电池组的高效率充放电管理，ADP5091带有MPPT最大功率跟踪器，可实现光伏系统的电压及电流监测，以获取光伏系统的最大功率，而调节器的启动电压仅需要380mV。

当芯片冷启动后，调节器便可在80mV-3.3V的输入电压范围内正常工作，并可以通过编程在低光照条件下实现升压关断，为了精确测量电池组电量，采用MAX17205芯片，芯片采用ModelGauge m5算法，具有温度实时在线补偿和自校准功能，并可对剩余工作时间和完成充电时间进行估算，通过对多节串联电池完成测量，实现电池电量的主动均衡功能，以延长电池组使用寿命。

进一步的，主控芯片采用TI公司的超低功耗单片机MSP430F149IPM，MSP430F149IPM采用ARM Cortex-M4内核，具有超低功耗(在活动模式下电流仅为280uA)，带有独立的浮点运算单元，具有强大的数据处理能力。具有1MFlash和64kB RAM，主频可达64MHz，MSP430F149IPM具有丰富的外设资源，带有2路IIC(inter-integrated circuit)总线和2路通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)接口，MSP430F149IPM通过IIC接口与温度传感器DS18B20连接，进行温度数据的采集，当电力设备正常运行时，MSP430F149IPM每1min读取开关柜温度，并通过UART接口驱动NB-IOT模组上报标签数据。

进一步的，温度传感器采用DS18B20。DS18B20的存储器包括高速暂存器RAM和电可擦除RAM，电可擦除RAM又包括温度触发器TH和TL，以及一个配置寄存器，存储器能完整的确定一线端口的通讯，数字开始用写寄存器的命令写进寄存器，接着也可以用读寄存器的命令来确认这些数字，当确认以后就可以用复制寄存器的命令来将这些数字转移到可电擦除RAM中，当修改过寄存器中的数时，这个过程能确保数字的完整性，高速暂存器RAM是由8个字节的存储器组成，用读寄存器的命令能读出第九个字节，这个字节是对前面的八个字节进行校验，64位光刻ROM的前8位是DS18B20的自身代码，接下来的48位为连续的数字代码，最后的8位是对前56位的CRC校验。64位的光刻ROM又包括5个ROM的功能命令：读ROM，匹配ROM，跳跃ROM，查找ROM和报警查找。

DS18B20可以使用外部电源VDD，也可以使用内部的寄生电源。当VDD端口接3.0V—5.5V的电压时是使用外部电源；当VDD端口接地时使用了内部的寄生电源。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5KΩ左右的上拉电阻。DS18B20在出厂时以配置为12位，读取温度时共读取16位，前5个位为符号位，当前5位为1时，读取的温度为负数；当前5位为0时，读取的温度为正数，温度为正时读取方法为：将16进制数转换成10进制即可；温度为负时读取方法为：将16进制取反后加1，再转换成10进制即可。

进一步的，RFID模块采用NXP的SL3S4011芯片，支持UHF EPCglobal Generation-2射频标准协议和一个独立的IC通信接口，通过IC接口，MCU可以完成对RFID芯片的访问、读写配置命令数据和运行数据等功能，实现射频系统和控制系统的桥接，从而实现了通过手持终端就地唤醒在线感知标签的功能，RFID标签出厂时，通过RFID阅读器初始化RFID芯片的通信中断标志位(该通信中断标志位位于特殊配置寄存器中)为1，开启IIC接口的SCL引脚中断。当运维人员通过手持终端向RFID芯片的数据缓冲区寄存器写入相应功能指令数据时，SCL引脚电平会跳转为低电平，可生成一个RF通信中断指示信号，信号电平持续时间不少于210us，SCL引脚读写中断时序图如图2所示。MSP430F149IPM接收到中断信号后被唤醒，并通过IIC接口将写入的功能指令数据读出，采用解密算法对数据进行解密后，根据在线感知标签内置的命令解析程序，唤醒相应的传感器模块，完成对各个模块的主动控制。

S2：然后利用已搭好的硬件系统实现数据分类存储，对RFID标签存储区进行分区，分别用来存储开关柜固有信息、温度数据、操作情况以及故障记录。

系统投入使用时，工作人员用RFID阅读器向存储器的设备固有信息区录入开关柜型号、生产商家以及投运日期；

检测开关柜的运行正常情况，即无异常时，RFID标签MCU和温度采集模块运行在低功耗睡眠模式，其他各模块均处于掉电状态，RFID标签每间隔1min自动唤醒，标签唤醒后首先进行各个传感器模块的故障检测，完成自检；自检不通过时，立即上报故障数据，通知运维人员完成更换；自检正常时，RFID标签采集开关柜温度，并记录到RFID标签温度数据区。

若采集参量异常，将带有时间戳的异常数据写入RFID模块的温度数据区中，并根据超限程度调整采集时间和决策是否上报及上报间隔时间。

对开关柜进行分闸或者合闸时，由操作人员向设备操作信息区录入对开关柜的操作情况；

当开关柜发生异常后，由操作人员向设备故障信息区录入开关柜故障情况的记录。

S3：利用数据管理系统控制单元实现数据的就地处理及上传，包括如下步骤：

若设备温度数据无异常，则每隔一个小时上传一次RFID标签数据，并清除标签中温度数据存储区的数据，以备新的数据存储。

若开关柜温度超过限值，则将异常数据写入温度数据存储区并立刻上传温度数据存储区的数据，同时缩小温度采集的时间间隔为10s，每采集一次数据上传一次数据，直到开关柜数据恢复正常，温度数据采集时间间隔恢复到1分钟。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种基于RFID温度标签的开关柜数据管理方法，其特征在于：包括，

先搭建集供电、数据采集、数据存储、数据传输的有源RFID硬件系统；

再对搭建的RFID硬件系统的存储单元进行分区，分别存储开关柜型号、温度、操作情况、故障记录；

最后对测量的温度数据进行就地处理，如有异常立刻上传，未有异常则定时上传存储的信息，还包括如下步骤，

供电组件采用5cm²的自清洁纳米膜太阳能电池板和可充电的电池组，并供电给温度传感器；

温度传感器采用DS18B20控制器，DS18B20控制器初始配置为12位，读取温度时共读取16位，前5个位为符号位，当前5位为1时，读取的温度为负数；当前5位为0时，读取的温度为正数，温度为正时读取方法为：将16进制数转换成10进制即可；温度为负时读取方法为：将16进制取反后加1，再转换成10进制即可，还包括如下步骤，

利用太阳能电池板内部的充电管理芯片ADP5091对电池组的高效率充放电进行管理；

再利用光伏系统的电压调节器采用MAX17205芯片对温度进行实时在线的补偿测量和自校准；

并利用光伏系统的MSP430F149IPM单片机，监测每1min开关柜的温度，并通过UART接口驱动NB-IOT模组上报标签数据；

最后，配合RFID模块的SL3S4011芯片，通过IIC接口将写入的功能指令数据读出，采用解密算法对数据进行解密后，根据在线感知标签内置的命令解析程序，唤醒相应的传感器模块，完成对各个模块的主动控制；

若开关柜运行正常，即采集参量无异常，RFID标签MCU和温度采集模块运行在低功耗睡眠模式，其他各模块均处于掉电状态，RFID标签每间隔1min自动唤醒，标签唤醒后首先进行各个传感器模块的故障检测，完成自检；若自检不通过，立即上报故障数据，通知运维人员完成更换；若自检正常，RFID标签采集开关柜温度，并记录到RFID标签温度数据区；

若采集参量异常，将带有时间戳的异常数据写入RFID模块的温度数据区中，并根据超限程度调整采集时间和决策是否上报及上报间隔时间，开关柜发生异常后，由操作人员向设备故障信息区录入开关柜故障情况的记录。

2.如权利要求1所述的基于RFID温度标签的开关柜数据管理方法，其特征在于：还包括如下步骤，

对RFID标签存储区进行分区，分别用来存储开关柜固有信息、温度数据、操作情况以及故障记录；

并工作人员用RFID阅读器向存储器的设备固有信息区录入开关柜型号、生产商家以及投运日期，并检测开关柜运行时情况。

3.如权利要求1所述的基于RFID温度标签的开关柜数据管理方法，其特征在于：还包括如下步骤，

若设备温度数据无异常，则每隔一个小时上传一次RFID标签数据，并清除标签中温度数据存储区的数据，以备新的数据存储；

若开关柜温度异常，则将异常数据写入温度数据存储区并立刻上传温度数据存储区的数据，同时缩小温度采集的时间间隔为10s，每采集一次数据上传一次数据，直到开关柜数据恢复正常，温度数据采集时间间隔恢复到1分钟。

Images