基于物聯網技術的變電站物品管理系統和控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于物聯網技術的變電站物品管理系統， 由貼有RFID標簽的物品、設有RFID讀卡模塊的物品柜、設有電子鎖控制模塊的儲物柜組、門禁卡、ZigBee無線通信網絡、ZigBee網關和服務器組成；儲物柜組有一個以上儲物柜組成；各儲物柜均設有受電子鎖控制模塊控制的電子鎖； ZigBee網關分別經ZigBee無線通信網絡與各RFID讀卡模塊和各電子鎖控制模塊連接； ZigBee網關通過串口/USB接口連接服務器。它將物聯網關鍵技術RFID和ZigBee應用于變電站物品自動化管理中，通過引入閉合的上下行反饋和約束機制，提高物品管理的時效性，提升電力企業管理水平,提高電力系統運行的安全性。
【專利說明】基于物聯網技術的變電站物品管理系統和控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種變電站物品管理系統和控制方法，尤其是一種基于物聯網技術的變電站物品管理系統和控制方法，屬于信號裝置【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著智能電網建設步伐的加快，變電站信息化建設的程度需要不斷提升。而包括接地線和紅外攝像儀等安全工具等在內的設備管理作為電力工程施工作業中一種重要環節，需要采用新技術提升設備的自動化管理水平。
[0003]為了方便物品的管理和維護，變電站中的重要電力設備或者工具(接地線、對講機、紅外攝像儀等)等都會按照規定放置在相應的位置上(例如物品柜里)。目前對這些物品的管理還主要依靠員工自覺遵守并執行相關規定，需要對員工進行定期培訓，讓他們養成良好的管理意識和習慣。由于缺乏其他自動化的監管技術來輔助管理，目前的物品管理方法存在著明顯的缺陷，并且會造成不必要的損失，嚴重的還會引起電力安全事故。
[0004]因此有必要采用自動化技術來輔助管理變電站的重要物品，從而進一步完善變電站的物品管理機制，提高企業的自動化管理水平。
[0005]研究人員已經開始采用物聯網這一新技術實現設備的科學現代化管理。例如:基于RFID技術實現變電站物品管理和跟蹤，通過采集物品的RFID標簽信息對物品的使用情況進行統計、分析和管理。它們存在的主要問題包括:
I) RFID技術只能解決前端設備信息的讀取問題，無法實現信息的遠程傳輸，信息傳輸需要借助其他通信手段。大部分系統采用手持PDA等RFID讀卡裝置采集標簽信息并利用GPRS或3G網絡等公網通信網絡傳輸讀卡裝置采集的標簽信息。這種方式的不足之處在于:a) PDA體積大、耗電多、成本較高；b)利用GSM或3G網絡傳輸會產生大量公網費用，后期通信運行成本高；c)在變電站使用3G等公網通信還需要考慮通信時延和安全性等問題，因為變電站對信息安全的要求更高。
[0006]2)RFID技術只是通過RFID讀卡器采集并存儲設備借出、使用和歸還等相關信息，很少系統在接收到信息之后還具有信息處理和下行通信(或者控制)功能。當物品丟失或者損壞后只能作為事后追責的參考或者依據，不能在工作結束而物品沒有及時回收歸位的較短時間內直接提醒并影響當事人之后的行為(例如沒有及時將地線歸位，就不能使用門禁卡離開變電站或者進行合閘的操作)，從而進一步避免因為物品管理不到位引發的設備損壞、丟失或者更嚴重的安全問題。
[0007]因此需要進一步完善管理方法，可通過引入閉合的上下行反饋和約束機制，來提高物品管理的水平，體現自動化管理的實際應用價值。
【發明內容】
[0008]針對現有技術中的不足，本發明提供了一種基于物聯網技術的變電站物品管理系統。
[0009]為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是:
技術方案一:
一種基于物聯網技術的變電站物品管理系統，由貼有RFID標簽的物品、設有一個RFID讀卡模塊(I)的物品柜、設有一個電子鎖控制模塊的儲物柜組、I個以上門禁卡、ZigBee無線通信網絡、ZigBee網關和服務器組成；所述物品柜為一個以上；所述儲物柜組為一個以上；所述儲物柜組有一個以上儲物柜組成；所述各儲物柜均設有受電子鎖控制模塊控制的電子鎖；所述ZigBee網關分別經ZigBee無線通信網絡與各RFID讀卡模塊和各電子鎖控制模塊連接；所述ZigBee網關通過串口 /USB接口連接所述服務器；
所述RFID讀卡模塊包括第一 ZigBee采集模塊，用于讀取所述RFID標簽和門禁卡的信息，將其經所述ZigBee網關發送至所述服務器；
所述電子鎖控制模塊包括第二 ZigBee采集模塊，用于接收經所述ZigBee網關轉發的所述服務器發送的控制命令，根據所述控制命令控制各電子鎖的狀態。
[0010]所述服務器中存儲的信息包括員工信息、物品信息和物品借還信息。
[0011]所述RFID讀卡模塊由RFID閱讀器、第一單片機和第一 ZigBee采集模塊組成；所述第一單片機與所述RFID閱讀器通過SPI接口連接，與所述第一 ZigBee采集模塊經RS232接口連接。
[0012]所述電子鎖控制模塊由通過RS232接口連接的第二單片機和第二 ZigBee采集模塊組成。
[0013]技術方案二:
一種用于所述基于物聯網技術的變電站物品管理系統的控制方法，包括以下步驟: 步驟a:系統初始化，各儲物柜的電子鎖處于非鎖定狀態，可以由員工持有的鑰匙打開；
步驟b:員工借用物品時，所述RFID讀卡模塊讀取員工的門禁卡和所借物品上的RFID標簽信息，將其經所述ZigBee網關發送至所述服務器；
步驟c:所述服務器記錄員工借用物品信息，同時經所述ZigBee網關向所述電子鎖控制模塊發送控制命令，將所述員工對應的儲物柜上的電子鎖置于鎖定狀態，不能由所述員工持有的鑰匙打開；
步驟d:員工歸還物品時，所述RFID讀卡模塊讀取員工的門禁卡和所借物品上的RFID標簽信息，將其經所述ZigBee網關發送至所述服務器；
步驟e:所述服務器更新員工借用物品信息；判斷所述員工是否全部歸還所借物品，如果是，所述服務器經所述ZigBee網關向所述電子鎖控制模塊發送控制命令，將所述員工對應的儲物柜上的電子鎖置于非鎖定狀態，能由所述員工持有的鑰匙打開；如果否，所述服務器不發出命令，所述員工對應的儲物柜上的電子鎖仍然置于鎖定狀態，不能由所述員工持有的鑰匙打開。
[0014]由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果在于:
(I)本發明將物聯網關鍵技術RFID和ZigBee應用于變電站重要物品的自動化管理中，能提升電力企業管理水平，提高電力系統運行的安全性。
[0015](2)本發明采用RFID射頻識別技術讀取物品和門禁卡的信息，實現無接觸式的信息采集，方法簡單方便。
[0016](3)本發明采用ZigBee組網，無需公網傳輸信息，節省后期通信運行費用。
[0017](4)本發明通過引入閉合的上下行反饋和約束機制，提高物品管理的時效性，實現自動化管理的實際應用價值。在工作結束而物品沒有及時回收歸位的較短時間內直接提醒并影響當事人之后的行為，可進一步避免因為物品管理不到位引發的設備損壞、丟失或者更嚴重的安全問題。
[0018](5)本發明系統結構簡單，器件選型科學合理，成本低廉，便于快速規模生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的整體框架圖；
圖2是本發明實施例1的RFID讀卡模塊電路原理圖；
圖3是本發明實施例1的電子鎖控制模塊電路原理圖；
圖4是本發明的物品柜結構不意圖；
圖5是本發明的儲物柜結構示意圖。
[0020]其中1-RFID讀卡模塊，2-電子鎖控制模塊，3-ZigBee無線通信網絡，4- ZigBee網關，5-服務器，1-1第一 ZigBee采集模塊，2-1第二 ZigBee采集模塊。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明:
實施例1:
如圖1所示，一種基于物聯網技術的變電站物品管理系統，由貼有RFID標簽的物品、設有一個RFID讀卡模塊I的物品柜、設有一個電子鎖控制模塊2的儲物柜組、I個以上門禁卡、ZigBee無線通信網絡3、ZigBee網關4和服務器5組成；所述物品柜為一個以上；所述儲物柜組為一個以上；所述儲物柜組有一個以上儲物柜組成；所述各儲物柜均設有受電子鎖控制模塊2控制的電子鎖；所述ZigBee網關4分別經ZigBee無線通信網絡3與各RFID讀卡模塊I和各電子鎖控制模塊2連接；所述ZigBee網關4通過串口 /USB接口連接所述服務器5 ；
所述RFID讀卡模塊I包括第一 ZigBee采集模塊1_1，用于讀取所述RFID標簽和門禁卡的信息，將其經所述ZigBee網關4發送至所述服務器5 ；
所述電子鎖控制模塊2包括第二 ZigBee采集模塊2-1，用于接收經所述ZigBee網關4轉發的所述服務器5發送的控制命令，根據所述控制命令控制各電子鎖的狀態。
[0022]所述服務器中存儲的信息包括員工信息、物品信息、物品借還信息。
[0023]如圖2所示，所述RFID讀卡模塊I由RFID閱讀器、第一單片機和第一 ZigBee采集模塊1-1組成；所述第一單片機與所述RFID閱讀器通過SPI接口連接，與所述第一 ZigBee采集模塊1-1經RS232接口連接。RFID讀卡模塊I中的閱讀器可優先采用RC522系列芯片。
[0024]如圖3所示，所述電子鎖控制模塊2由通過RS232接口連接的第二單片機和第二ZigBee采集模塊2-1組成。
[0025]如圖4所示，在本實施例中，變電站中需要管理的每一個物品都貼上RFID標簽，每個變電站的工作人員持有門禁卡。每一個物品柜里面有一個RFID讀卡模塊I負責讀取被管理物品的RFID標簽和員工的門禁卡信息。因為每一個物品需要按照規章制度存放在某一個物品柜的固定位置上，通過RFID讀卡模塊I就可以對該物品柜管理的相關物品進行信息采集，從而實現重要物品的識別、定位和管理。本實施例中，RFID標簽、門禁卡和RFID讀卡模塊I滿足ISO 14443A標準，采用13.56MHz頻段進行數據通信。
[0026]如圖5所示，每個員工都有自己唯一的儲物柜，每個柜子上都安裝有電子鎖。每個電子鎖都有控制線，可接收來自單片機引腳發送的信號來決定儲物柜狀態。系統初始化時控制線上接收到的是高電平，代表單片機邏輯“1”，電子鎖處于非鎖定狀態。每個電子鎖被打開的條件是:員工用專有的鑰匙插進電子鎖的鎖孔并順時針旋轉到底，同時電子鎖連接的控制線接收到高電平信號。
[0027]由于員工的儲物柜是有序堆放在一起的，相鄰的幾個，例如4個或者8個儲物柜構成一組儲物柜，這個組儲物柜由同一個電子鎖控制模塊統一控制。這組儲物柜內的每個儲物柜對應的電子鎖的控制線分別與電子鎖控制模塊2中的第二單片機的不同輸入輸出端口，即I/O 口引腳相連，接收第二單片機發送的控制信號。第二單片機模塊通過控制線給出高電平或者低電平，從而控制與之相連的電子鎖的狀態。
[0028]實施例2:
一種用于所述基于物聯網技術的變電站物品管理系統的控制方法，包括以下步驟: 步驟a:系統初始化，各儲物柜的電子鎖處于非鎖定狀態，可以由員工持有的鑰匙打開；
步驟b:員工借用物品時，所述RFID讀卡模塊I讀取員工的門禁卡和所借物品上的RFID標簽信息，將其經所述ZigBee網關4發送至所述服務器5 ；
步驟c:所述服務器5記錄員工借用物品信息，同時經所述ZigBee網關4向所述電子鎖控制模塊2發送控制命令，將所述員工對應的儲物柜上的電子鎖置于鎖定狀態，不能由所述員工持有的鑰匙打開；
步驟d:員工歸還物品時，所述RFID讀卡模塊I讀取員工的門禁卡和所借物品上的RFID標簽信息，將其經所述ZigBee網關4發送至所述服務器5 ；
步驟e:所述服務器5更新員工借用物品信息；判斷所述員工是否全部歸還所借物品，如果是，所述服務器5經所述ZigBee網關4向所述電子鎖控制模塊2發送控制命令，將所述員工對應的儲物柜上的電子鎖置于非鎖定狀態，能由所述員工持有的鑰匙打開；如果否，所述服務器5不發出命令，所述員工對應的儲物柜上的電子鎖仍然置于鎖定狀態，不能由所述員工持有的鑰匙打開。
[0029]上班時，員工用專用的鑰匙打開儲物柜，把自己的車鑰匙、書包和衣服等私人物品放到儲物柜里面。下班前，員工需要打開該儲物柜才能取出私人用品。
[0030]員工上班時，可能需要租借重要物品。變電站重要物品被借出時，需要進行如下的過程:員工先通過物品柜的RFID讀卡模塊I讀取本人的門禁卡，接著再分別讀取被借出的每一個物品的RFID標簽，最后再讀一次取員工本人的門禁卡，表示是該員工借用了上述幾樣物品。RFID讀卡模塊I兩次讀取到該員工的門禁卡之后，將上述的讀卡信息發送給第一單片機，第一單片機將信息進行處理后再通過串口發送給第一 ZigBee米集模塊,第一ZigBee采集模塊通過ZigBee無線通信網絡將處理后的巾貞信息發送給ZigBee網關。
[0031]ZigBee網關接收到包含有員工門禁卡號和被借出物品的RFID標簽信息的幀信號之后，將相關的信息通過串口發送給服務器進行處理。服務器保存完畢之后，通過ZigBee網關給對應的員工儲物柜的第二 ZigBee采集模塊發送下行控制命令，使得該員工儲物柜的電子鎖的控制線上的信號發生變化:由最初的高電平變成低電平。
[0032]下班前，員工必須將借出的物品及時歸還，需要進行如下的過程:員工先通過物品柜的RFID讀卡模塊I讀取本人的門禁卡，接著再分別讀取歸還物品的RFID標簽，最后再讀取員工本人的門禁卡，表示是該員工歸還了上述幾樣物品。RFID讀卡模塊I兩次讀取到該員工的門禁卡之后，將上述的讀卡信息通過單片機模塊的串口發送給第一 ZigBee采集模塊,第一 ZigBee采集模塊再透明發送給ZigBee網關。
[0033]ZigBee網關接收到員工的門禁卡號和被歸還物品的RFID標簽信息之后，將相關的信息發送給服務器進行處理。服務器保存完畢之后，對比歸還物品的信息和之前借出物品的信息是否一樣，如果一樣，則通過ZigBee網關給對應的員工儲物柜的第二 ZigBee采集模塊發送下行控制命令，使得該員工儲物柜的電子鎖的控制線上的信號發生變化由低電平變成高電平。
[0034]員工用本人的鑰匙插進電子鎖的鎖孔并順時針旋轉，如果已經歸還了之前借出的所有物品，此時控制線上的信號已經變回原來的高電平，則該員工可以順利打開該儲物柜，并取出自己的私人用品，完成物品借還管理操作，下班離開變電站。否則，如果該員工沒有及時歸還物品或者沒有歸還所有的物品，該員工打不開儲物柜，不能進行后續的活動。
[0035]以上是對本發明具體實施例的說明，在具體的實施過程中可對本發明的方法進行適當的變化，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于物聯網技術的變電站物品管理系統，其特征在于:由貼有RFID標簽的物品、設有一個RFID讀卡模塊⑴的物品柜、設有一個電子鎖控制模塊(2)的儲物柜組、I個以上門禁卡、ZigBee無線通信網絡(3)、ZigBee網關(4)和服務器(5)組成；所述物品柜為一個以上；所述儲物柜組為一個以上；所述儲物柜組有一個以上儲物柜組成；所述各儲物柜均設有受電子鎖控制模塊(2)控制的電子鎖；所述ZigBee網關(4)分別經ZigBee無線通信網絡(3)與各RFID讀卡模塊(I)和各電子鎖控制模塊(2)連接；所述ZigBee網關(4)通過串口 /USB接口連接所述服務器(5)； 所述RFID讀卡模塊(I)包括第一 ZigBee采集模塊(1_1 )，用于讀取所述RFID標簽和門禁卡的信息，將其經所述ZigBee網關(4)發送至所述服務器(5)； 所述電子鎖控制模塊(2)包括第二 ZigBee采集模塊(2-1)，用于接收經所述ZigBee網關(4)轉發的所述服務器(5)發送的控制命令，根據所述控制命令控制各電子鎖的狀態； 所述服務器中存儲的信息包括員工信息、物品信息和物品借還信息。
2.根據權利要求1所述的基于物聯網技術的變電站物品管理系統，其特征在于:所述RFID讀卡模塊(I)由RFID閱讀器、第一單片機和第一 ZigBee采集模塊(1_1)組成；所述第一單片機與所述RFID閱讀器通過SPI接口連接，與所述第一 ZigBee采集模塊(1_1)經RS232接口連接。
3.根據權利要求1所述的基于物聯網技術的變電站物品管理系統，其特征在于:所述電子鎖控制模塊(2)由通過RS232接口連接的第二單片機和第二 ZigBee采集模塊(2_1)組成。
4.一種用于所述基于物聯網技術的變電站物品管理系統的控制方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟a:系統初始化，各儲物柜的電子鎖處于非鎖定狀態，可以由員工持有的鑰匙打開； 步驟b:員工借用物品時，所述RFID讀卡模塊(I)讀取員工的門禁卡和所借物品上的RFID標簽信息，將其經所述ZigBee網關(4)發送至所述服務器(5)； 步驟c:所述服務器(5)記錄員工借用物品信息，同時經所述ZigBee網關(4)向所述電子鎖控制模塊(2 )發送控制命令，將所述員工對應的儲物柜上的電子鎖置于鎖定狀態，不能由所述員工持有的鑰匙打開； 步驟d:員工歸還物品時，所述RFID讀卡模塊(I)讀取員工的門禁卡和所借物品上的RFID標簽信息，將其經所述ZigBee網關(4)發送至所述服務器(5)； 步驟e:所述服務器(5)更新員工借用物品信息；判斷所述員工是否全部歸還所借物品，如果是，所述服務器(5)經所述ZigBee網關(4)向所述電子鎖控制模塊(2)發送控制命令，將所述員工對應的儲物柜上的電子鎖置于非鎖定狀態，能由所述員工持有的鑰匙打開；如果否，所述服務器(5)不發出命令，所述員工對應的儲物柜上的電子鎖仍然置于鎖定狀態，不能由所述員工持有的鑰匙打開。
【文檔編號】G06Q10/06GK104504516SQ201410789924
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月19日 優先權日:2014年12月19日
【發明者】陳智雄, 孔英會, 韓東升 申請人:華北電力大學（保定）