RFID sensörüne dayalı dağıtım ağı ekipmanının sıcaklık izleme sistemi üzerine araştırma
Guan Zhiyuan, Zhang Zhousheng
(Elektrik Mühendisliği Okulu, Şangay Elektrik Enerjisi Üniversitesi, Şangay 200090)
Dağıtım ağı sistemindeki canlı ekipmanın kilit noktalarının sıcaklık ölçümü, özellikle tamamen kapalı ekipmanın sıcaklık ölçümü, güç ekipmanının çalıştırılması ve denetlenmesinde her zaman zor bir nokta olmuştur. Radyo frekansı teknolojisini kullanan geleneksel sıcaklık izleme yöntemlerinin eksikliklerini hedefleyen bir pasif kablosuz sıcaklık izleme sistemi önerilmiştir. İzleme sistemi araştırmalarında temel olarak temel teknolojileri ve anahtarlama donanımı uygulama şemalarını açıklar ve deneyler yoluyla sistem şemalarının fizibilitesini araştırır. Sistem, ekipmanın her bir kilit noktasının sıcaklığını farklı çalışma zamanlarında gerçek zamanlı olarak uzaktan izlemekle kalmaz, aynı zamanda birleşik izleme ve yönetimi gerçekleştirmek için bir sıcaklık ölçüm ağı oluşturabilir ve canlı ekipmanın her önemli noktasında zorlu sıcaklık ölçümü sorununu çözebilir.
Dağıtım ağı; radyo frekansı teknolojisi; sıcaklık; çevrimiçi izleme
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TN98; TP212.9
Belge tanımlama kodu: Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.03.022
Çince alıntı biçimi: Guan Zhiyuan, Zhang Zhousheng.RFID sensörüne dayalı dağıtım ağı ekipmanının sıcaklık izleme sistemi üzerine araştırma.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2017, 43 (3): 88-91.
İngilizce alıntı biçimi: Guan Zhiyuan, Zhang Zhousheng.RFID sensörüne dayalı dağıtım ağı ekipmanı için sıcaklık izleme sistemi üzerine araştırma.Elektronik Tekniğin Uygulanması, 2017, 43 (3): 88-91.
0 Önsöz
Sıcaklık, elektrikli ekipman izleme ve kontrolü için önemli bir parametredir.Yüksek voltajlı tamamen kapalı ekipmanın sıcaklık ölçüm zorlukları temel olarak şunları içerir: (1) Tamamen kapalı ekipman, kilit noktaların sıcaklığının ölçülmesi kolay değildir; (2) Yüksek sıcaklık ortamında, sıcaklık ölçüm terminal pilleri ve pil için gereksinimler vardır Değiştirilmesi kolay değildir ve bakım iş yükü ağırdır; (3) Yüksek voltajlı bir ortamda kablo, ekipmanın çalışmasına elverişli olmayan yalıtım gereksinimlerini etkiler.
Kablosuz sıcaklık ölçüm teknolojisi, geniş ölçüm aralığı, yüksek doğruluk, ekipmanın çalışmasını etkilemez ve çevrimiçi gerçek zamanlı izleme avantajlarına sahiptir. Kablosuz sıcaklık ölçümünün avantajlarına ve tamamen kapalı ekipmanın sıcaklık ölçümünün zorluğuna dayanarak, radyo frekansı tanımlama (RFID) teknolojisine dayalı bir pasif kablosuz sıcaklık izleme sistemi önerilmektedir. Sistem, yüksek güvenlik ve anti-parazite sahip kablosuz güç kaynağı aracılığıyla çevrimiçi izleme sistemindeki kablosuz sensör düğümlerine güç sağlar; otomatik tanımlama ve uzaktan gerçek zamanlı sıcaklık elde etmek için kablosuz radyo frekansı sinyalleri aracılığıyla temassız bilgi etkileşimi ve bilgi toplama İzleme ve yönetim. Makale, UHF radyo frekansı tanımlama teknolojisinin ilkesini ve mimarisini tanıtmakta, radyo frekansı tanımlama sıcaklık izlemesini gerçekleştirmek için temel teknolojilere dikkat çekmekte, sistemin yüksek gerilim şalt sistemindeki uygulama planını önermekte ve deneyler yoluyla sistem planının uygulanabilirliğini araştırmaktadır.
1 UHF radyo frekansı tanımlama teknolojisi
Sıcaklık izleme sisteminin donanım bileşenleri temel olarak üç bölümden oluşur: sıcaklık sensörü etiketleri, okuyucular ve arka plan sunucuları. Arka plan sunucusu okuyucuya RS485 veriyolu veya ağ kablosuyla bağlanır, okuyucu antenine bir besleyici aracılığıyla bağlanır, etiket anteni etiket çipine entegre edilir ve etiket ve okuyucu, kablosuz iletişim sağlamak için RFID teknolojisini kullanır.
Sistemin temel iş akışı Şekil 1'de gösterilmektedir. İlk olarak, okuyucu bir taşıyıcı sinyal üretir ve bunu anteni vasıtasıyla iletir Sensör etiketi, okuyucu tarafından yayılan elektromanyetik dalganın etkin kapsama alanına girdiğinde, sensör etiketi etkinleştirilir ve etkinleştirilen etiket çipte depolanır. Bilgi, yerleşik anteni aracılığıyla okuyucu / yazıcı antenine yüksek frekanslı bir sinyal gönderir Yüksek frekanslı sinyal, demodülasyon ve kod çözme için anten regülatörü yoluyla okuyucuya / yazıcıya iletilir ve ardından ilgili veri işleme için üst bilgisayara gönderilir. Üstteki bilgisayar yazılımı, mantıksal işlemlere göre etiketin geçerliliğini değerlendirir ve sıcaklık uyarı mesajlarının yayınlanması gibi farklı ayarlar için karşılık gelen işleme ve kontrolü yapar.
Sıcaklık etiketi, bir radyo frekansı tanımlama sensörü olarak dağıtım ağı ekipmanına takılır; her etiket, aşağıdakiler dahil olmak üzere kendi tanımlama bilgilerini depolar: EPC kodu (Elektronik Ürün Kodu) ve etiket EPC kodu benzersizdir ve fabrikada bulunan sıcaklık verileri Sabit. Kimlik bilgisi okuyucu tarafından okunur ve kurulum adresi etiketin EPC koduna göre ayarlanır Kullanıcı, ana sıcaklık noktasının adresini bilmek ve anahtar noktada sıcaklık izleme amacına ulaşmak için sunucu tarafında hangi spesifik sensörlerin anahtar verileri gönderdiğini bilir.
2 Sistem anahtar teknolojisi araştırması
Sistem tasarımı sürecinde, temel olarak altı anahtar teknoloji dikkate alınır: sıcaklık sensörü etiketi ve okuyucu anten seçimi, etiket anti-metal tasarımı, iletişim mesafesi tahmini, çarpışma önleme algoritması, ekipman kurulumu ve arka plan yazılımı geliştirme vb.
2.1 Etiket ve anten seçimi
Bu yazıda seçilen sıcaklık etiketinin parametre özellikleri Tablo 1'de gösterilmektedir; okuyucu anten American LAIRD Company tarafından üretilen S8658'dir ve parametre özellikleri Tablo 2'de gösterilmiştir.
2.2 Sensör etiketinin anti-metal tasarımı
Etiket dağıtım ağı ekipmanına uygulandığından, metalin etiket üzerindeki etkisi dikkate alınmalıdır. Bu makale, Şekil 2'de gösterildiği gibi, kabuk dolgu etiketini kapsüllemek ve kabuğun altındaki AMC yapısını benimsemek için ABS'yi (Akrilonitril Bütadien Stiren plastik) kullanarak nispeten düşük maliyetli ve basit ve kullanımı kolay bir anti-metal tasarım yöntemini benimser. AMC yapısı 3 parçadan oluşur.Üst katman, ideal bir elektrik iletken zemindir ve alt kısım, ikisi arasında dielektrik ile doldurulmuş, periyodik olarak düzenlenmiş bir metal parçadır ve metal yama ve zemin bir metal yoluyla bağlanır.
ABS paketinin temel işlevleri aşağıdaki gibidir: (1) Radyo frekansı etiketinin sıcaklığı kablolu bir termistör ile ölçülür Termistör anahtar noktanın yakınına monte edilir.Yüksek gerilim ortamı bağlantı hattının açığa çıkmasına izin vermediğinden ABS paketi yalıtım koruması işlevine sahiptir. (2) Ambalaj kabuğu, metalin etikete olan parazitini azaltan ve etiketin okuma oranını artıran AMC yapısını benimser; ikincisi, metal katman, tasarlanan ambalaj kabuğunun altına yerleştirildiği için, termistör sıcaklık ölçümü için iyi bir termal iletkenliğe sahiptir. (3) Etiketin paketlendikten sonra takılması kolaydır.
2.3 İletişim mesafesinin tahmini
Tanıma mesafesi, yani RFID okuyucunun etiketin geri saçılan sinyalini algılayabileceği maksimum mesafe R, sistemin önemli bir performans indeksidir. Uyandırma etiketi çipinin minimum eşik gücü Pth ve okuyucu / yazıcı alıcısının duyarlılığı Pmin tarafından ortaklaşa belirlenir. Friis denklemine göre okuyucudan r'de etiketin aldığı enerjiyi hesaplayın:
Bunlar arasında, R1 uyandırma etiketi çipinin minimum eşik gücü Pth ile belirlenir, R2 alıcı duyarlılığı Pmin tarafından belirlenir ve son iletişim mesafesi tahmini daha küçük değerdir. Seçilen ekipman parametrelerinin (4) ve (5) denklemleri ile ikame edilerek sistemin teorik iletişimi elde edilir ve tahmini iletişim mesafesi 4,13 m'dir.
2.4 Çarpışma önleme mekanizması
RFID sisteminin çalışma sürecinde, okuyucunun menzilinde aynı anda birden fazla etiket bulunduğu zaman, iletişim çatışmaları yani çarpışmalar meydana gelecektir. Bu çevrimiçi sıcaklık izleme sistemi esas olarak iki tür çarpışmaya sahiptir: biri, okuyucuya aynı anda yanıt veren birden çok etiketin neden olduğu çarpışmadır; diğeri, okuyucunun RFID sistemine olan menzilindeki sıcaklık dışı etiketlerin girişimidir. Şalt sıcaklığı çevrimiçi izleme sistemi göz önüne alındığında, sıcaklık etiketlerinin sayısı sınırlıdır Bu makale, tanımlama verimliliğini artırmak için okuyucunun orijinal dinamik çerçeve zaman aralığı ALOHA algoritmasına dayalı bir paket sorgulama mekanizması sunar.
İlk olarak okuyucu etikete bir sorgu komutu gönderir ve komutu alan etiket etkinleştirilmek üzere enerji alır. Etiket, kimlik bilgilerini iletmek için çerçeve uzunluğu 1-F'den rasgele bir zaman aralığı seçer ve zaman dilimi numarasını kayıt SN'de depolar. Veriler başarıyla gönderilirse, etiket hareketsiz duruma girer ve sonraki zaman aralıklarında artık etkin olmayacaktır; bir çakışma meydana gelirse, etiket bekleme durumuna girer ve bir sonraki çerçevede veri göndermek için zaman aralığı yeniden seçilir. Okuyucu, etiket tarafından gönderilen verilerin kimlik bilgilerini kontrol eder.EPC'ye göre etiketler sıcaklık gruplarına ve sıcaklık dışı gruplara ayrılır.Başarıyla yüklenen sıcaklık etiketleri uykuya geçer ve bu çerçeve sorgulanmaz; sıcaklık dışı etiketleri kara listeye ekleyin ve ardından Daha fazla sorgu yok. Okuyucu, belirli bir çerçevede hiçbir etiket sinyali alınmayana kadar yukarıdaki işlemi tekrar etmeye devam eder, tüm sıcaklık etiketlerinin tanındığı kabul edilir. Algoritma akışı Şekil 3'te gösterilmektedir.
2.5 Ekipman kurulumu
Yüksek gerilim şaltının sıcaklık kırılgan noktaları bara bağlantısında, kablo bağlantısında ve devre kesici bağlantısında dağıtılır.Sistem sıcaklık sensörü yukarıdaki anahtar sıcaklık noktalarına monte edilebilir ve etiket bara bağlantısına takılır. Okuyucu anteni, şalter kabininin her bir işlev odasının şalter kabininde bulunan metal kapısına takılır ve anten teli, okuyucuya ulaşmak için kapıda delinir. Anten ve etiket zaten bir radyo frekansı bağlantısına sahip olduğundan, okuyucunun kurulum konumu iletişim mesafesi üzerinde çok az etkiye sahiptir ve okuyucu, anten besleyici aracılığıyla anahtar kabininin dışına monte edilebilir. Metalin pasif etiketlere müdahalesi ve farklı hava hücrelerinde sıcaklık düğümlerinin dağılımı dikkate alındığında, iletişim aralığını genişletmek için fazladan anten ekleme yöntemi benimsenmiştir.
2.6 Arka plan yazılım geliştirme
Bu yazıda geliştirilen çevrimiçi sıcaklık izleme yazılımı, Microsoft.NET platformunun C # programlama diline dayanmaktadır. Sistem yazılımı, okuyucuları bağlama, çevrimiçi gerçek zamanlı sıcaklık ölçümü, sıcaklık verilerini depolama, gerçek zamanlı alarm, sıcaklık eğrisi analizi vb. Gibi işlevlere sahiptir. Sistemin gerçek zamanlı izleme arayüzü Şekil 4'te gösterilmektedir.
Arayüz ekranının ana içeriği okuyucunun IP adresi, anten menzilindeki etiket EPC'si, etiket okuma sayısı, gerçek zamanlı sıcaklık ve EPC etiketine göre ayarlanan kurulum adres bilgisidir. Sıcaklık verileri iki boyutlu bir eğri olarak çizilir ve eğri koordinatları gerçek zamanlı olarak değişir; "kabin 1A aşaması" etiketinde gösterildiği gibi, sıcaklık ayarlanan uyarı eşiğini (75 , ayarlanabilir) aştığında sıcaklık 29,26 (yeşil) gösterir, sıra Sıcaklık alarmını gerçekleştirmek için kırmızıya döner; sıcaklık bilgileri, her 30 saniyede bir History.log metin dosyasına kaydedilir (ayarlanabilir), bu da personelin geçmiş sıcaklık verilerini sorgulaması ve raporları yazdırması için uygundur. Yukarıdaki işlevler, çalışma sırasında kilit noktaların sıcaklık değerinin çevrimiçi gerçek zamanlı izlenmesini iyi bir şekilde gerçekleştirir ve insan-bilgisayar etkileşimi arayüzü, birleşik izleme ve yönetim için uygundur.
3 Deney ve fizibilite analizi
3.1 Sensör etiketinin hassasiyet testi
RFID etiket çipinin hassasiyeti, çipin aktif hale gelmesi için gereken minimum enerjidir.Hassasiyet, etiket çipinin en önemli performans indeksidir.Boyut, okuma ve yazma mesafesi gibi etiketin performansını doğrudan etkiler. Belirli bir frekans bandında, çoğu çip üreticisi, çip hassasiyetindeki değişikliği frekansla işaretlemeden, yalnızca çip için bir hassasiyet değeri verir. Bu makaledeki etiket duyarlılığı eğrisi Şekil 5'te gösterilmektedir.
Test edilen etiketin hassasiyeti, yaklaşık -4 dBm'yi koruyarak 860 MHz ila 960 MHz frekans aralığında sabit olma eğilimindedir ve etiket hassasiyeti 950 MHz'de en yüksektir. Çin'in RFID frekans bandına karşılık gelen ölçülen etiket hassasiyeti -4.1 dBm'dir.
3.2 Sensör etiketi okuma hızı testi
Şalt metalinin etiket iletişimi üzerindeki etkisi göz önüne alındığında, standart etiket iletişiminin 2 m içinde okuyucu anteni etiketten 0 ~ 2 m uzağa yerleştirilir ve etiket 20 cm x 20 cm metal plakaya tutturulur. Kart yönü, en iyi RF bağlantısını elde etmek için okuyucu antenine paraleldir. Tablo 3, etiket okuma hızı deneyi ile metal bölme olmaması durumu arasındaki karşılaştırmayı gösterir.
Deneysel verilere göre metal bölmenin okuyucunun alanını 1 m'de yansıtacağı ve koruyacağı, bu da etiketin okuma hızını azaltacağı ancak tamamen okunamaz olmadığı görülebilmektedir. 2 m'lik deneysel verilere göre, metal bir bölme olduğunda, metal radyo frekansı enerjisini emer ve onu elektrik alan enerjisine dönüştürür, bu da orijinal radyo frekansı alan gücünün toplam enerjisini düşürerek etiketin normal çalışmamasına neden olur. Metal plakanın parazitlenmesi, etiket için standart 2 m'ye kadar olmayan etiketin iletişim mesafesini azaltır, ancak 1.5 m'lik okuma ve yazma mesafesi ekipman kurulumu ve sıcaklık takibi için yeterlidir.
3.3 Sıcaklık ölçüm performans deneyi
Sıcaklık etiketinin sıcaklık ölçüm performansını test etmek için aynı anda farklı ortam sıcaklıkları ölçülmüş ve cıva termometreleri ile karşılaştırılmış Karşılaştırma verileri Tablo 4'te gösterilmiştir.
Etiket sıcaklık ölçüm performansı deneyinin sonuçları, sıcaklık etiketinin sıcaklık ölçüm sonucunun genellikle cıvalı termometreninkinden biraz daha yüksek olduğunu, ancak çok yakın olduğunu ve etiket ile termometre arasındaki farkın 0,5 'dan az olduğunu göstermektedir. Şalt sisteminin günlük bakım ve onarım personelinin tecrübesine göre, elektrik bağlantı başlığının normal sıcaklığı 30 ~ 60 dir.Aşırı ısınma meydana gelirse, sıcaklık 75 veya daha fazla olabilir. Kablosuz sıcaklık ölçümü için 0,50.5 sapma değeri anahtarı yansıtmak için yeterlidir. Kabinin sağlığı.
3.4 Anahtarlama donanımı sıcaklık ölçüm testi
Deney, okulun 10 kV yüksek gerilim laboratuarında yüksek gerilim laboratuarında gerçekleştirilmiş ve sensör etiketi, şalt devre kesicisinin A fazı kontağının bağlantısına takılmıştır.Bu çalışmada, 24 saatlik sıcaklık kaydı verileri, Şekil 6'da gösterildiği gibi, gün boyunca şalt sisteminin sıcaklık değişimini yansıtacak şekilde seçilmiştir. . 24 saatlik temas sıcaklığının kaydı ve analizi sayesinde, RFID sıcaklık çevrimiçi izleme sisteminin, şalt sisteminin çalışmasını etkilemeden normal şekilde çalışabildiği görülebilir.Kaydedilen veriler, temas sıcaklığı ile ortam sıcaklığı arasındaki ilişkiyi doğru bir şekilde yansıtır ve bu sıcaklık izlemeyi gösterir. Sistem şeması uygulanabilir.
4. Sonuç
Dağıtım ağı ekipmanının sıcaklık izlemesi, ekipmanın güvenli ve kararlı çalışması için büyük önem taşır.RFID sıcaklık çevrimiçi izleme programı, sıcaklığı toplamak için pasif kablosuz sensör etiketleri kullanır ve sensör düğümleri güç kaynağına ihtiyaç duymaz; kablosuz veri iletimi, çoklu düğüm sıcaklığının çevrimiçi izlenmesini gerçekleştirir. Sistem, izleme sürecinde aşağıdaki avantajlara sahiptir: (1) Ekipmanın boyutu küçüktür ve kurulumu kolaydır; (2) Düşük maliyetlidir, bakım maliyeti yoktur; (3) Dağıtım ağı ekipmanının çalışmasını etkilemez ve çevresel faktörlerden kolayca etkilenmez; (4) Çevrimiçi gerçek zamanlı İzleme; (5) PC, iyi bir insan-makine arayüzü sağlar, kullanımı kolaydır ve iyi bir uygulama imkânına sahiptir.
Referanslar
Qiu Shiyi.Güç Ekipmanının Güvenilirlik Bakımı Beijing: China Electric Power Press, 2004: 249-254.
Huang Weihong, Xie Zhanghong, Chen Xiangwei, vb. ZigBee Teknolojisine Dayalı Komple Şalt için Sıcaklık İzleme Sisteminin Tasarımı ve Uygulaması Yüksek Gerilim Elektrikli Cihaz, 2013, 49 (6): 125-130.
Mo Xiaojin, Zhou Yan.Radyo frekansı teknolojisi ve kablosuz ağa dayalı sıcaklık ve nem uzaktan izleme sistemi Sensör Teknolojisi Dergisi, 2011, 10 (24): 1501-1505.
Zhang Zhiwen, Radyo Frekansı Tanımlama Teknolojisi Teorisi ve Uygulaması Beijing: China Science and Technology Press, 2008: 10-59.
Deng Shijie. Merkeze monte şalt sisteminin kablosuz sıcaklık ölçüm yöntemi. Yüksek voltajlı elektrikli cihaz, 2010, 46 (11): 99-102.
Zhang Dandan, Hu Jianming, Cui Ting, ve diğerleri Trafo merkezlerindeki elektrikli ekipmanın durum bilgilerinin toplanmasında sensörlerle radyo frekansı tanımlama teknolojisinin uygulanması Yüksek Gerilim Teknolojisi, 2013, 39 (11): 2623-2629.
Mo Lingfei.UHF Radyo Frekansı Tanımlama Anti-metal Etiketi Araştırması Hangzhou: Zhejiang Üniversitesi, 2009.
Liu Shengying. UHF RFID anti-metal etiket anten tasarımı Harbin: Harbin Institute of Technology, 2013: 50-62.
Alireza Foroozesh, Lotfollah Shafai.AMC yer düzlemleri kullanılarak kompakt mikro şerit antenlerin performans artışı. IEEE Press, 2009.
DOBKIN D M. RFID'de RF: Uygulamada UHF RFID Burlington: Newnes, 2012.
DAVID T, VISWANATH P.Telsiz iletişimin temelleri. Londra: Cambridge University Press, 2005
