RFID电子标签在物探日常设备管理中的应用

RFID电子标签在物探日常设备管理中的应用

孟一争1李永忠1翟红颖1刘艳丽1刘刚2

（1东方地球物理公司华北物探处项目支持中心河北任丘062552）

（2东方地球物理公司装备服务处华北作业部河北任丘062552）

摘要：把物探设备中的电瓶、检波器加装RFID电子标签，在电子标签中记录日常的管理行为和设备的基本信息，使日常设备管理数字化

关键词：RFID电子标签设备管理数字化

笔者所在的单位是石油物探行业，平时负责设备管理。其中包括电瓶、检波器等数量繁多又价值不菲的物品。平时的设备管理工作比较繁重，经常面对堆积如山的设备苦于无法区分个体状况，从而无法分类。另一个方面出入库计数也要消耗大量的人力物力，常常心力交瘁，直到偶尔接触到了RFID标签并小范围应用，才改变了以前设备管理上效率低下的问题。

1.RFID技术简介

RFID系统因应用不同其组成会有所不同，但基本都由电子标签（Tag）、阅读器（Reader）和数据交换与管理系统（Processor）三大部分组成。电子标签（或称射频卡、应答器等），由耦合元件及芯片组成，其中饱含带加密逻辑、串行EEPROM（电可擦除及可编程式只读存储器）、微处理器CPU以及射频收发及相关电路。电子标签具有智能读写和加密通信的功能，它是通过无线电波与读写设备进行数据交换，工作的能量是由阅读器发出的射频脉冲提供。阅读器，有时也被称为查询器、读写器或读出装置，主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。阅读器可将主机的读写命令传送到电子标签，再把从主机发往电子标签的数据加密，将电子标签返回的数据解密后送到主机。数据交换与管理系统主要完成数据信息的存储及管理、对卡进行读写控制等。RFID系统的工作原理如下：阅读器将要发送的信息，经编码后加载在某一频率的载波信号上经天线向外发送，进入阅读器工作区域的电子标签接收此脉冲信号，卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过卡内天线再发送给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至中央信息系统进行有关数据处理；若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起的内部电荷泵提升工作电压，提供擦写EEPROM中的内容进行改写，若经判断其对应的密码和权限不符，则返回出错信息。

根据电子标签工作频率的不同通常可分为低频（30kHz～300kHz）、中频（3MHz～30MHz）和高频系统（300MHz～3GHz）。RFID系统的常见工作频率有低频125kHz、134.2kHz，中频13.56MHz，高频860MHz～930MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低频系统特点是电子标签内保存的数据量较少，阅读距离较短，电子标签外形多样，阅读天线方向性不强等。主要用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、校园卡、煤气表、水表等；中频系统则用于需传送大量数据的应用系统；高频系统的特点是电子标签及阅读器成本均较高，标签内保存的数据量较大，阅读距离较远（可达十几米），适应物体高速运动，性能好。阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性，但其天线宽波束方向较窄且价格较高，主要用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，多在火车监控、高速公路收费等系统中应用。

根据电子标签的不同可分为可读写卡（RW）、一次写入多次读出卡（WORM）和只读卡（RO）。RW卡一般比WORM卡和RO卡贵得多，如电话卡、信用卡等；WORM卡是用户可以一次性写入的卡，写入后数据不能改变，比RW卡要便宜；RO卡存有一个唯一的号码，不能逐改，保证了安全性。

根据电子标签的有源和无源又可分为有源的和无源的。有源电子标签使用卡内电流的能量、识别距离较长，可达十几米，但是它的寿命有限（3～10年），且价格较高；无源电子标签不含电池，它接收到阅读器（读出装置）发出的微波信号后，利用阅读器发射的电磁波提供能量，一般可做到免维护、重量轻、体积小、寿命长、较便宜，但它的发射距离受限制，一般是几十厘米，且需要阅读器的发射功率大。

根据电子标签调制方式的不同还可分为主动式（AcTIvetag）和被动式（Passivetag）。主动式的电子标签用自身的射频能量主动地发送数据给读写器，主要用于有障碍物的应用中，距离较远（可达30米）；被动式的电子标签，使用调制散射方式发射数据，它必须利用阅读器读写器的载波调制自己的信号，适宜在门禁或交通的应用中使用。

2.RFID系统在设备管理上的实际应用

通过上面的RFID系统介绍，针对实际情况，考虑到成本和数量的因素，选择了无源的RW电子标签，其型号为：14443AM1系列电子标签，其特性参数如下（表1）：

表114443AM1系列电子标签特性参数

14443AM1系列电子标签因为成本低廉，它的感应距离只有10cm，但对于平常应用已经足够。

首先在电瓶上面用上了这个电子标签，因为电瓶经常户外使用，环境比较恶劣，普通的粘贴方法对于电子标签来说肯定寿命不长。于是就用ppc塑料胶壳把电子标签封装起来，在用热熔胶把封装后的电子标签固定到电瓶上，压平处理后，常温下24小时，在进行应力测试，大概经过20KG的拉力电子标签能够不脱胶、不开裂，然后模拟室外的恶劣天气，包括用水龙头冲刷，阳光暴晒等方式，直到所有的环境测试都通过，才能进入正常使用阶段。

接下来用读写机把需要的基本数据写入标签，如出厂时间、电池容量、电池编号等作为基本数据写入，这些字段今后将作为原始档案不会在改变。然后在进行充电的时候，把充电人的编号、充电时间、充电时长等工作性字段写入；在出库的时候，把接收方的单位的字段写入电子标签中，这样就完成了电瓶的数字化交接。

接收方接手电瓶后，继续按照正常的保养方式进行维护，只需要把维护的过程同库管方一样，写入相应的维护数据，这样就让电瓶的使用整体数字化，实现了数字化管理的目的。

相关的数据查询方面，通过给电子标签表面贴装二维码的方式，达到手机可以扫一扫打开相应的网页，网页中的数据来自于写入信息同时存储于电脑后上传到云端数据库的资料。通过权限设置，可以让拥有密码权限的人员浏览所有资料，而普通权限的人员只能浏览当前电瓶所属单位、等基础信息。

对于检波器来说也是一样、所不同的是，考虑到成本，没有采用重复读写功能的电子标签，只采用普通只读标签，这种标签内部只有编号信息。但这已经满足出库计数和日常的身份识别。

3.总结

在RFID电子标签的使用过程中，尽管也遇到诸如标签读写信号不稳定、软件开发不便、室外环境适应困难等诸多问题，但一旦这些问题解决后就优势明显了，所有的设别都在自己的掌握中，状况一目了然，设备管理效率也大幅增强。