CN104504516A - 基于物联网技术的变电站物品管理系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的变电站物品管理系统， 由贴有RFID标签的物品、设有RFID读卡模块的物品柜、设有电子锁控制模块的储物柜组、门禁卡、ZigBee无线通信网络、ZigBee网关和服务器组成；储物柜组有一个以上储物柜组成；各储物柜均设有受电子锁控制模块控制的电子锁； ZigBee网关分别经ZigBee无线通信网络与各RFID读卡模块和各电子锁控制模块连接； ZigBee网关通过串口/USB接口连接服务器。它将物联网关键技术RFID和ZigBee应用于变电站物品自动化管理中，通过引入闭合的上下行反馈和约束机制，提高物品管理的时效性，提升电力企业管理水平,提高电力系统运行的安全性。

Description

基于物联网技术的变电站物品管理系统和控制方法

技术领域

本发明涉及一种变电站物品管理系统和控制方法，尤其是一种基于物联网技术的变电站物品管理系统和控制方法，属于信号装置技术领域。

背景技术

随着智能电网建设步伐的加快，变电站信息化建设的程度需要不断提升。而包括接地线和红外摄像仪等安全工具等在内的设备管理作为电力工程施工作业中一种重要环节，需要采用新技术提升设备的自动化管理水平。

为了方便物品的管理和维护，变电站中的重要电力设备或者工具（接地线、对讲机、红外摄像仪等）等都会按照规定放置在相应的位置上（例如物品柜里）。目前对这些物品的管理还主要依靠员工自觉遵守并执行相关规定，需要对员工进行定期培训，让他们养成良好的管理意识和习惯。由于缺乏其他自动化的监管技术来辅助管理，目前的物品管理方法存在着明显的缺陷，并且会造成不必要的损失，严重的还会引起电力安全事故。

因此有必要采用自动化技术来辅助管理变电站的重要物品，从而进一步完善变电站的物品管理机制，提高企业的自动化管理水平。

研究人员已经开始采用物联网这一新技术实现设备的科学现代化管理。例如:基于RFID技术实现变电站物品管理和跟踪，通过采集物品的RFID标签信息对物品的使用情况进行统计、分析和管理。它们存在的主要问题包括：

1）RFID技术只能解决前端设备信息的读取问题，无法实现信息的远程传输，信息传输需要借助其他通信手段。大部分系统采用手持PDA等RFID读卡装置采集标签信息并利用GPRS或3G网络等公网通信网络传输读卡装置采集的标签信息。这种方式的不足之处在于：a） PDA体积大、耗电多、成本较高；b）利用GSM或3G网络传输会产生大量公网费用，后期通信运行成本高；c）在变电站使用3G等公网通信还需要考虑通信时延和安全性等问题，因为变电站对信息安全的要求更高。

2）RFID技术只是通过RFID读卡器采集并存储设备借出、使用和归还等相关信息，很少系统在接收到信息之后还具有信息处理和下行通信（或者控制）功能。当物品丢失或者损坏后只能作为事后追责的参考或者依据，不能在工作结束而物品没有及时回收归位的较短时间内直接提醒并影响当事人之后的行为（例如没有及时将地线归位，就不能使用门禁卡离开变电站或者进行合闸的操作），从而进一步避免因为物品管理不到位引发的设备损坏、丢失或者更严重的安全问题。

因此需要进一步完善管理方法，可通过引入闭合的上下行反馈和约束机制，来提高物品管理的水平，体现自动化管理的实际应用价值。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种基于物联网技术的变电站物品管理系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

技术方案一：

一种基于物联网技术的变电站物品管理系统，由贴有RFID标签的物品、设有一个RFID读卡模块(1)的物品柜、设有一个电子锁控制模块的储物柜组、1个以上门禁卡、ZigBee无线通信网络、ZigBee网关和服务器组成；所述物品柜为一个以上；所述储物柜组为一个以上；所述储物柜组有一个以上储物柜组成；所述各储物柜均设有受电子锁控制模块控制的电子锁；所述ZigBee网关分别经ZigBee无线通信网络与各RFID读卡模块和各电子锁控制模块连接；所述ZigBee网关通过串口/USB接口连接所述服务器；

所述RFID读卡模块包括第一ZigBee采集模块，用于读取所述RFID标签和门禁卡的信息，将其经所述ZigBee网关发送至所述服务器；

所述电子锁控制模块包括第二ZigBee采集模块，用于接收经所述ZigBee网关转发的所述服务器发送的控制命令，根据所述控制命令控制各电子锁的状态。

所述服务器中存储的信息包括员工信息、物品信息和物品借还信息。

所述RFID读卡模块由RFID阅读器、第一单片机和第一ZigBee采集模块组成；所述第一单片机与所述RFID阅读器通过SPI接口连接，与所述第一ZigBee采集模块经RS232接口连接。

所述电子锁控制模块由通过RS232接口连接的第二单片机和第二ZigBee采集模块组成。

技术方案二：

一种用于所述基于物联网技术的变电站物品管理系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤a：系统初始化，各储物柜的电子锁处于非锁定状态，可以由员工持有的钥匙打开；

步骤b：员工借用物品时，所述RFID读卡模块读取员工的门禁卡和所借物品上的RFID标签信息，将其经所述ZigBee网关发送至所述服务器；

步骤c：所述服务器记录员工借用物品信息，同时经所述ZigBee网关向所述电子锁控制模块发送控制命令，将所述员工对应的储物柜上的电子锁置于锁定状态，不能由所述员工持有的钥匙打开；

步骤d：员工归还物品时，所述RFID读卡模块读取员工的门禁卡和所借物品上的RFID标签信息，将其经所述ZigBee网关发送至所述服务器；

步骤e：所述服务器更新员工借用物品信息；判断所述员工是否全部归还所借物品，如果是，所述服务器经所述ZigBee网关向所述电子锁控制模块发送控制命令，将所述员工对应的储物柜上的电子锁置于非锁定状态，能由所述员工持有的钥匙打开；如果否，所述服务器不发出命令，所述员工对应的储物柜上的电子锁仍然置于锁定状态，不能由所述员工持有的钥匙打开。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果在于：

（1）本发明将物联网关键技术RFID和ZigBee应用于变电站重要物品的自动化管理中，能提升电力企业管理水平,提高电力系统运行的安全性。

（2）本发明采用RFID射频识别技术读取物品和门禁卡的信息，实现无接触式的信息采集，方法简单方便。

（3）本发明采用ZigBee组网，无需公网传输信息，节省后期通信运行费用。

（4）本发明通过引入闭合的上下行反馈和约束机制，提高物品管理的时效性，实现自动化管理的实际应用价值。在工作结束而物品没有及时回收归位的较短时间内直接提醒并影响当事人之后的行为，可进一步避免因为物品管理不到位引发的设备损坏、丢失或者更严重的安全问题。

    （5）本发明系统结构简单，器件选型科学合理，成本低廉，便于快速规模生产。

附图说明

图1是本发明的整体框架图；

图2是本发明实施例1的RFID读卡模块电路原理图；

图3是本发明实施例1的电子锁控制模块电路原理图；

图4是本发明的物品柜结构示意图；

图5是本发明的储物柜结构示意图。

其中1-RFID读卡模块，2-电子锁控制模块，3-ZigBee无线通信网络，4- ZigBee网关，5-服务器，1-1第一ZigBee采集模块，2-1第二ZigBee采集模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

如图1所示，一种基于物联网技术的变电站物品管理系统，由贴有RFID标签的物品、设有一个RFID读卡模块1的物品柜、设有一个电子锁控制模块2的储物柜组、1个以上门禁卡、ZigBee无线通信网络3、ZigBee网关4和服务器5组成；所述物品柜为一个以上；所述储物柜组为一个以上；所述储物柜组有一个以上储物柜组成；所述各储物柜均设有受电子锁控制模块2控制的电子锁；所述ZigBee网关4分别经ZigBee无线通信网络3与各RFID读卡模块1和各电子锁控制模块2连接；所述ZigBee网关4通过串口/USB接口连接所述服务器5；

所述RFID读卡模块1包括第一ZigBee采集模块1-1，用于读取所述RFID标签和门禁卡的信息，将其经所述ZigBee网关4发送至所述服务器5；

所述电子锁控制模块2包括第二ZigBee采集模块2-1，用于接收经所述ZigBee网关4转发的所述服务器5发送的控制命令，根据所述控制命令控制各电子锁的状态。

所述服务器中存储的信息包括员工信息、物品信息、物品借还信息。

如图2所示，所述RFID读卡模块1由RFID阅读器、第一单片机和第一ZigBee采集模块1-1组成；所述第一单片机与所述RFID阅读器通过SPI接口连接，与所述第一ZigBee采集模块1-1经RS232接口连接。RFID读卡模块1中的阅读器可优先采用RC522系列芯片。

如图3所示，所述电子锁控制模块2由通过RS232接口连接的第二单片机和第二ZigBee采集模块2-1组成。

如图4所示，在本实施例中，变电站中需要管理的每一个物品都贴上RFID标签，每个变电站的工作人员持有门禁卡。每一个物品柜里面有一个RFID读卡模块1负责读取被管理物品的RFID标签和员工的门禁卡信息。因为每一个物品需要按照规章制度存放在某一个物品柜的固定位置上，通过RFID读卡模块1就可以对该物品柜管理的相关物品进行信息采集，从而实现重要物品的识别、定位和管理。本实施例中，RFID标签、门禁卡和RFID读卡模块1满足ISO 14443A标准，采用13.56MHz频段进行数据通信。

如图5所示，每个员工都有自己唯一的储物柜，每个柜子上都安装有电子锁。每个电子锁都有控制线，可接收来自单片机引脚发送的信号来决定储物柜状态。系统初始化时控制线上接收到的是高电平，代表单片机逻辑“1”，电子锁处于非锁定状态。每个电子锁被打开的条件是：员工用专有的钥匙插进电子锁的锁孔并顺时针旋转到底，同时电子锁连接的控制线接收到高电平信号。

由于员工的储物柜是有序堆放在一起的，相邻的几个，例如4个或者8个储物柜构成一组储物柜，这个组储物柜由同一个电子锁控制模块统一控制。这组储物柜内的每个储物柜对应的电子锁的控制线分别与电子锁控制模块2中的第二单片机的不同输入输出端口，即I/O口引脚相连，接收第二单片机发送的控制信号。第二单片机模块通过控制线给出高电平或者低电平，从而控制与之相连的电子锁的状态。

实施例2：

一种用于所述基于物联网技术的变电站物品管理系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤a：系统初始化，各储物柜的电子锁处于非锁定状态，可以由员工持有的钥匙打开；

步骤b：员工借用物品时，所述RFID读卡模块1读取员工的门禁卡和所借物品上的RFID标签信息，将其经所述ZigBee网关4发送至所述服务器5；

步骤c：所述服务器5记录员工借用物品信息，同时经所述ZigBee网关4向所述电子锁控制模块2发送控制命令，将所述员工对应的储物柜上的电子锁置于锁定状态，不能由所述员工持有的钥匙打开；

步骤d：员工归还物品时，所述RFID读卡模块1读取员工的门禁卡和所借物品上的RFID标签信息，将其经所述ZigBee网关4发送至所述服务器5；

步骤e：所述服务器5更新员工借用物品信息；判断所述员工是否全部归还所借物品，如果是，所述服务器5经所述ZigBee网关4向所述电子锁控制模块2发送控制命令，将所述员工对应的储物柜上的电子锁置于非锁定状态，能由所述员工持有的钥匙打开；如果否，所述服务器5不发出命令，所述员工对应的储物柜上的电子锁仍然置于锁定状态，不能由所述员工持有的钥匙打开。

上班时，员工用专用的钥匙打开储物柜，把自己的车钥匙、书包和衣服等私人物品放到储物柜里面。下班前，员工需要打开该储物柜才能取出私人用品。

员工上班时，可能需要租借重要物品。变电站重要物品被借出时，需要进行如下的过程：员工先通过物品柜的RFID读卡模块1读取本人的门禁卡，接着再分别读取被借出的每一个物品的RFID标签，最后再读一次取员工本人的门禁卡，表示是该员工借用了上述几样物品。RFID读卡模块1两次读取到该员工的门禁卡之后，将上述的读卡信息发送给第一单片机，第一单片机将信息进行处理后再通过串口发送给第一ZigBee采集模块，第一ZigBee采集模块通过ZigBee无线通信网络将处理后的帧信息发送给ZigBee网关。

ZigBee网关接收到包含有员工门禁卡号和被借出物品的RFID标签信息的帧信号之后，将相关的信息通过串口发送给服务器进行处理。服务器保存完毕之后，通过ZigBee网关给对应的员工储物柜的第二ZigBee采集模块发送下行控制命令，使得该员工储物柜的电子锁的控制线上的信号发生变化：由最初的高电平变成低电平。

下班前，员工必须将借出的物品及时归还，需要进行如下的过程：员工先通过物品柜的RFID读卡模块1读取本人的门禁卡，接着再分别读取归还物品的RFID标签，最后再读取员工本人的门禁卡，表示是该员工归还了上述几样物品。RFID读卡模块1两次读取到该员工的门禁卡之后，将上述的读卡信息通过单片机模块的串口发送给第一ZigBee采集模块，第一ZigBee采集模块再透明发送给ZigBee网关。

ZigBee网关接收到员工的门禁卡号和被归还物品的RFID标签信息之后，将相关的信息发送给服务器进行处理。服务器保存完毕之后，对比归还物品的信息和之前借出物品的信息是否一样，如果一样，则通过ZigBee网关给对应的员工储物柜的第二ZigBee采集模块发送下行控制命令，使得该员工储物柜的电子锁的控制线上的信号发生变化由低电平变成高电平。

员工用本人的钥匙插进电子锁的锁孔并顺时针旋转，如果已经归还了之前借出的所有物品，此时控制线上的信号已经变回原来的高电平，则该员工可以顺利打开该储物柜，并取出自己的私人用品，完成物品借还管理操作，下班离开变电站。否则，如果该员工没有及时归还物品或者没有归还所有的物品，该员工打不开储物柜，不能进行后续的活动。

以上是对本发明具体实施例的说明，在具体的实施过程中可对本发明的方法进行适当的变化，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于物联网技术的变电站物品管理系统，其特征在于： 由贴有RFID标签的物品、设有一个RFID读卡模块(1)的物品柜、设有一个电子锁控制模块（2）的储物柜组、1个以上门禁卡、ZigBee无线通信网络（3）、ZigBee网关（4）和服务器（5）组成；所述物品柜为一个以上；所述储物柜组为一个以上；所述储物柜组有一个以上储物柜组成；所述各储物柜均设有受电子锁控制模块（2）控制的电子锁；所述ZigBee网关（4）分别经ZigBee无线通信网络（3）与各RFID读卡模块(1)和各电子锁控制模块（2）连接；所述ZigBee网关（4）通过串口/USB接口连接所述服务器（5）；

所述RFID读卡模块(1)包括第一ZigBee采集模块（1-1），用于读取所述RFID标签和门禁卡的信息，将其经所述ZigBee网关（4）发送至所述服务器（5）；

所述电子锁控制模块（2）包括第二ZigBee采集模块（2-1），用于接收经所述ZigBee网关（4）转发的所述服务器（5）发送的控制命令，根据所述控制命令控制各电子锁的状态；

所述服务器中存储的信息包括员工信息、物品信息和物品借还信息。

2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的变电站物品管理系统，其特征在于：所述RFID读卡模块(1)由RFID阅读器、第一单片机和第一ZigBee采集模块（1-1）组成；所述第一单片机与所述RFID阅读器通过SPI接口连接，与所述第一ZigBee采集模块（1-1）经RS232接口连接。

3.根据权利要求1所述的基于物联网技术的变电站物品管理系统，其特征在于：所述电子锁控制模块（2）由通过RS232接口连接的第二单片机和第二ZigBee采集模块（2-1）组成。

4.一种用于所述基于物联网技术的变电站物品管理系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤a：系统初始化，各储物柜的电子锁处于非锁定状态，可以由员工持有的钥匙打开；

步骤b：员工借用物品时，所述RFID读卡模块（1）读取员工的门禁卡和所借物品上的RFID标签信息，将其经所述ZigBee网关（4）发送至所述服务器（5）；

步骤c：所述服务器（5）记录员工借用物品信息，同时经所述ZigBee网关（4）向所述电子锁控制模块（2）发送控制命令，将所述员工对应的储物柜上的电子锁置于锁定状态，不能由所述员工持有的钥匙打开；

步骤d：员工归还物品时，所述RFID读卡模块（1）读取员工的门禁卡和所借物品上的RFID标签信息，将其经所述ZigBee网关（4）发送至所述服务器（5）；

步骤e：所述服务器（5）更新员工借用物品信息；判断所述员工是否全部归还所借物品，如果是，所述服务器（5）经所述ZigBee网关（4）向所述电子锁控制模块（2）发送控制命令，将所述员工对应的储物柜上的电子锁置于非锁定状态，能由所述员工持有的钥匙打开；如果否，所述服务器（5）不发出命令，所述员工对应的储物柜上的电子锁仍然置于锁定状态，不能由所述员工持有的钥匙打开。