CN103530665A

CN103530665A - 一种电子式仪表故障状态下数据提取的方法

Info

Publication number: CN103530665A
Application number: CN201310537863.8A
Authority: CN
Inventors: 张力新
Original assignee: TANGSHAN HUIZHONG INSTRUMENT CO Ltd
Current assignee: TANGSHAN HUIZHONG INSTRUMENT CO Ltd
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2014-01-22

Abstract

本发明涉及一种电子式仪表故障状态下数据提取的方法，属于电子式仪器仪表、水电气热计量及其他能源计量、工业测控技术领域。技术方案是：当电子式仪表因供电电源切断，内部电路损坏，软件系统瘫痪或者仪表整体损毁，导致仪表不能正常工作，其所计量的数据不能通过屏幕显示、不能采用现有的有线或无线数据通讯手段有效读出时，借助RFID（射频识别）技术，向电子式仪表内部的存储器提供电能，并通过非接触式数据通讯，实现仪表内数据的提取。从而降低因电子式仪表故障而造成的数据损失，并为后续的仪表表体和数据的全面修复工作创造条件。

Description

一种电子式仪表故障状态下数据提取的方法

技术领域

本发明涉及一种电子式仪表故障状态下数据提取的方法，属于电子式仪器仪表、水电气热计量及其他能源计量、工业测控技术领域。

背景技术

电子式仪表技术涉及到工农业生产、国防建设、科学试验、国内外贸易、人民生活等各方面，是国民经济的一项重要的基础技术。随着科学技术的发展，各种智能化的电子式仪表应用已经普及，电子式仪表系统可以通过有线或者无线方式对仪表计量的数据进行采集，分析，处理。而数据作为整个电子式仪表系统中最重要的信息，是整个电子式仪表系统服务的对象。在电子式仪表应用的复杂现场环境下，仪表很有可能发生供电电源切断，中央处理器或显示、通讯、电源电路故障等情况。在这种情况出现后，仪表计量的数据无法正常读取出来，会给整个仪表计量系统带来巨大的损失。因而电子式仪表的故障状态，可以定义为因供电电源切断，内部电路损坏，软件系统瘫痪或者仪表整体损毁，导致仪表内存储的数据无法被显示，同时无法通过现有的有线或无线通讯方式读取的状态。因此，提供一种在仪表故障状态下进行数据提取的方法，对于电子式仪表的实际应用，以及后续系统修复，具有重大的意义。

然而，传统的电子式仪表数据通讯方式，其正常工作均依赖于仪表内部各组成部分处于无故障运行状态，即与数据通讯相关的电源电路、数据处理单元、通讯模块等部件都应保持良好稳定的运行状态。一旦某一部件出现故障，甚至电子式仪表整体被破坏或丧失正常运行的条件，则所有常规的数据提取通道均被切断。此时，即便仪表内存储的数据没有丢失或损坏，也很难有效读出。故障状态下电子式仪表数据的提取面临以下难点：

1) 仪表内数据存储器因供电电源失效而停止工作；

2) 用于提取数据的各种有线或无线通讯方式均需要仪表内中央处理器参与控制，当中央处理器及周边电路发生故障或损坏时，数据通讯无法独立完成。

鉴于电子式仪表的维修、恢复需要比较专业的技术支持，且操作周期较长，因而仪表数据的提取变得极为困难，给电子式仪表所服务的生产、生活领域带来很大损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子式仪表故障状态下数据提取的方法。当电子式仪表因供电电源切断，内部电路损坏，软件系统瘫痪或者仪表整体损毁，导致仪表不能正常工作，其所计量的数据不能通过屏幕显示、不能通过现有的有线或无线数据通讯手段有效读出时，可以通过内置RFID数据通道，将电子式仪表存储器内的数据，及时、可靠地提取出来，降低因仪表故障而造成的损失，并为后续仪表系统的恢复工作创造条件。

本发明的技术方案如下：

一种电子式仪表故障状态下数据提取的方法，包含如下步骤：①在正常工作状态下，非易失性存储器与电子式仪表的中央处理器建立数据连接，中央处理器读取或写入非易失性存储器中的参数、数据和运行状态；②在故障状态下，非易失性存储器通过RFID接口与外部RFID读写器建立无线数据连接。RFID接口将RFID读写器发送的射频载波信号转换为电能，为非易失性存储器供电；RFID读写器在不经过中央处理器干预或辅助的情况下，通过RFID接口直接读取或写入非易失性存储器中的参数、数据和运行状态，实现故障状态下电子式仪表的数据提取。

在电子式仪表中，使用非易失性存储器存储仪表参数、仪表记录的数据以及运行状态。同时，非易失性存储器配备采用射频识别技术（RFID技术）的接口电路，简称RFID接口。

所述的非易失性存储器是具有断电数据保持特性的存储器，包括电子式可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、快闪存储器（Flash memory）和铁电存储器（FRAM）。存储器内的数据不会因为供电电源切断或电子式仪表内部其他电路发生故障而丢失。

所述的RFID接口，由RF天线、射频信号收发电路、调制解调电路、通讯接口电路，以及载波电压转换和稳压电路组成，其中，RF天线、射频信号收发电路、调制解调电路、通讯接口电路顺序连接，用于将射频信号转换为非易失性存储器可以识别的读/写信号；RF天线与载波电压转换和稳压电路连接，用于将射频载波信号转换为电能，为非易失性存储器供电。

非易失性存储器与RFID接口可以采用分立设计，也可以采用集成化设计。

当电子式仪表的供电电源切断或者仪表内部电源电路损坏，导致非易失性存储器的供电电源失效时，RFID读写器向仪表内部的RFID接口发起无线通讯，此时，RFID接口的载波电压转换和稳压电路开始工作，为非易失性存储器提供电源，保证数据通讯的可靠性。

RFID读写器是手持式设备，与电子式仪表内部的RFID接口进行非接触式数据通讯，获取故障状态下仪表的参数、数据和运行状态，并进行显示和存储。在故障仪表得到修复或更换后，RFID读写器将以往保存的参数和数据置入当前仪表中，以达到数据恢复和使用状况还原的目的。此外，在电子式仪表处于正常工作状态时，RFID读写器也可用于正常的数据读/写。

当电子式仪表处于故障状态时，通过RFID方式能够获取信息包括：

1) 仪表参数；

2) 全部历史数据；

3) 仪表出现故障或损坏的时间；

4) 仪表出现故障或损坏之前保存的即时数据和运行状态。

电子式仪表，是指利用电子技术检出、测量、观察、计算物理量、物质成分、物性参数，而且结果数据能以数字化形式保存的器具或设备，包含但不限于超声流量计、超声水表、超声热量表。

电子式仪表的故障状态，是指因供电电源切断，内部电路损坏，软件系统瘫痪或者仪表整体损毁，导致仪表内存储的数据无法被显示，同时无法通过现有的有线或无线通讯方式读取的状态。

随着无线射频通讯技术的发展，RFID（射频识别：Radio Frequency Identification）技术得到了广泛的应用。RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号的发送和接收，达到自动识别目标对象的目的。作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长等优点。最基本的 RFID系统包括读写器（阅读器）和标签（数据载体），RFID读写器（阅读器）通过天线与RFID电子标签进行无线通讯，可以实现对标签识别码和内存信息的读出或写入操作。

RFID系统的基本工作流程是：读写器通过内部的射频天线发送一定频率的射频信号，当无源标签进入读写器的射频天线工作区域时，利用波束供电技术，将接收到的射频信号转化为直流电源，为无源标签内电路供电，无源标签获得能量被激活，响应读写器的射频信号，将标签中的信息，通过无源标签的天线利用载波信号发送给读写器。

RFID系统提供了一种对无源标签的读取技术，该技术的实现过程符合以下两个特点：

1) 借助射频载波为无源标签提供电能；

2) 非接触式数据通讯。

显然，针对以上特点，对现有RFID技术加以改进和拓展，使射频载波能量转换不仅满足RFID电路的需要，也能够为存储器独立运行提供电能，同时，使非接触式数据通讯在存储器和RFID设备之间自主进行，不需要仪表内其他电路的支持或辅助，从而有效解决电子式仪表故障状态下数据提取的两大技术难点。

本发明的技术效果在于：

1、当电子式仪表因供电电源切断，内部电路损坏，软件系统瘫痪或者仪表整体损毁，导致仪表不能正常工作时，其所计量的数据往往不能通过屏幕显示，或通过常规有线或无线数据通讯手段有效读出。这时，一般只能由专业的仪表维修人员进行仪表的修复，一旦故障涉及仪表的关键元器件，则极易造成仪表内数据的永久丢失。采用本发明所述及的一种电子式仪表故障状态下数据提取的方法，可以有效解决这一问题。仪表内非易失性存储器能够保证在电源切断或者其他电路故障的情况下，数据得到可靠保存。而RFID接口电路既可以为非易失性存储器提供工作所需的电能，又能够通过无线方式将数据传输到外部RFID读写器内。使原本停驻在存储器内无法获取的数据，重新保存到RFID读写器中，为进一步的数据显示、存储、传输乃至仪表表体和数据的全面修复提供了技术保证。

2、由于所述的非易失性存储器的供电电源能够在常规供电形式和RFID供电形式之间自动切换，因而整个数据提取过程不需要额外为故障仪表配接电源，也不需要开启电子式仪表外壳并对内部电路进行修改。这就为电子式仪表发生故障后的处理带来了极大方便，非本专业人员或仪表的直接用户也能够按照相关维修指南，可靠地提取仪表内数据，降低因仪表故障带来的损失。

3、所述的RFID读写器为手持式设备，它与电子式仪表内部的RFID接口电路进行非接触式数据通讯，能够有效降低数据提取的操作难度。在一些特殊的应用场合，与电子式仪表进行有线形式的数据通讯受到防水、防爆等方面条件的约束，不能有效开展，因而采用无线射频技术，进行非接触式数据通讯，无疑给故障仪表的数据提取带来了方便。

4、当电子式仪表的常规有线或无线数据通讯功能发生故障，而仪表的其它功能处于正常工作状态时，RFID通讯可以作为数据通讯的应急方案。通过操作RFID读写器，可以获取仪表定时存储的数据和状态信息，作为仪表即时数据和工作状态的间接反映。此外，还可以通过操作RFID读写器，读取或更改仪表参数，替代已经损坏的数据通讯方式，完成仪表的设置和调校工作。

5、电子式仪表内的RFID接口电路，是基于射频识别技术的从设备（应答器），具有唯一识别码（UID），可以用于电子式仪表的个体识别和网络化管理。除RFID通讯方式之外，其他常规有线或无线数据通讯方式也可采用这一识别码作为仪表的唯一标识，实现网络内电子式仪表的统一管理，并为数据自动采集交互等物联网应用创造了条件。

附图说明

图1为本发明所述的电子式仪表内部结构简图；

图2为本发明实施例一示意图；

图3为本发明实施例二示意图；

图4为本发明实施例三示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的一种具体实施方案做进一步说明。

一种电子式仪表故障状态下数据提取的方法，包含如下步骤：①在正常工作状态下，非易失性存储器1与电子式仪表的中央处理器建立数据连接，中央处理器读取或写入非易失性存储器中的参数、数据和运行状态；②在故障状态下，非易失性存储器通过RFID接口与外部RFID读写器建立无线数据连接。RFID接口将RFID读写器发送的射频载波信号转换为电能，为非易失性存储器供电；RFID读写器在不经过中央处理器干预或辅助的情况下，通过RFID接口直接读取或写入非易失性存储器中的参数、数据和运行状态，实现故障状态下电子式仪表的数据提取。

在实施例中，由三部分组成：电子式仪表为计量仪表，具有I²C接口和RFID接口的双接口EEPROM（以下简称RF-EEPROM），RFID读写器。

1、计量仪表：是指应用于计量系统的各种仪表的统称。控制器（MCU）是计量仪表的核心，它经过采集，分析，处理，将特定的电信号转换为可传输的数字信号。本实施方案中的计量仪表在正常情况下能够为RF-EEPROM提供电源，并与RF-EEPROM通过I²C接口通讯，保存计量数据。如图1所示。

2、RF-EEPROM：具有双通讯接口（I²C，RFID）的存储器。与计量仪表的控制器通过I²C接口通讯。RF-EEPROM的RFID接口与天线连接，RF-EEPROM与计量仪表设计在同一电路板上。RF-EEPROM的天线是由电路板的铜线环绕走线构成。如图1所示。

3、RFID读写器：手持式设备，内部带有RFID功能模块，具备RFID无线通讯、数据显示、数据存储等功能。与计量仪表内部的RFID接口电路进行非接触式数据通讯。

实施例一，参照图2，RFID读写器在仪表正常工作条件下，读取仪表数据。

实施例二，参照图3，RFID读写器在仪表故障或损坏条件下，读取仪表数据。

实施例三，参照图4，RFID读写器在仪表供电失效条件下，读取仪表数据。

在电子式仪表处于正常工作状态时，本发明可用于正常的数据读/写。当电子式仪表的常规有线或无线数据通讯功能发生故障，而仪表的其它功能处于正常工作状态时，本装置可以作为数据通讯的应急方案，完成仪表的数据读取、参数设置和调校工作。

Claims

1.一种电子式仪表故障状态下数据提取的方法，其特征在于包含如下步骤：①在正常工作状态下，非易失性存储器1与电子式仪表的中央处理器建立数据连接，中央处理器读取或写入非易失性存储器中的参数、数据和运行状态；②在故障状态下，非易失性存储器通过RFID接口与外部RFID读写器建立无线数据连接；RFID接口将RFID读写器发送的射频载波信号转换为电能，为非易失性存储器供电；RFID读写器在不经过中央处理器干预或辅助的情况下，通过RFID接口直接读取或写入非易失性存储器中的参数、数据和运行状态，实现故障状态下电子式仪表的数据提取。

2.根据权利要求1所述的一种电子式仪表故障状态下数据提取的方法，其特征在于所述的非易失性存储器是具有断电数据保持特性的存储器，包括电子式可擦除可编程只读存储器、快闪存储器和铁电存储器。

3.根据权利要求1或2所述的一种电子式仪表故障状态下数据提取的方法，其特征在于所述的RFID接口，由RF天线、射频信号收发电路、调制解调电路、通讯接口电路，以及载波电压转换和稳压电路组成，其中，RF天线、射频信号收发电路、调制解调电路、通讯接口电路顺序连接，将射频信号转换为非易失性存储器可以识别的读/写信号；RF天线与载波电压转换和稳压电路连接，将射频载波信号转换为电能，为非易失性存储器供电。

4.根据权利要求1或2所述的一种电子式仪表故障状态下数据提取的方法，其特征在于非易失性存储器与RFID接口采用分立设计，或者采用集成化设计。

5.根据权利要求1或2所述的一种电子式仪表故障状态下数据提取的方法，其特征在于：当电子式仪表的供电电源切断或者仪表内部电源电路损坏，导致非易失性存储器的供电电源失效时，RFID读写器向仪表内部的RFID接口发起无线通讯，此时，RFID接口的载波电压转换和稳压电路开始工作，为非易失性存储器提供电源，保证数据通讯的可靠性。

6.根据权利要求1或2所述的一种电子式仪表故障状态下数据提取的方法，其特征在于：RFID读写器是手持式设备，与电子式仪表内部的RFID接口进行非接触式数据通讯，获取故障状态下仪表的参数、数据和运行状态，并进行显示和存储；当电子式仪表处于故障状态时，通过RFID方式获取信息包括：

1) 仪表参数；

2) 全部历史数据；

3) 仪表出现故障或损坏的时间；

4) 仪表出现故障或损坏之前保存的即时数据和运行状态。