CN108847011A - 基于rfid通信的多电能表数据抄收方法及系统 - Google Patents

基于rfid通信的多电能表数据抄收方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于RFID通信的多电能表数据抄收方法及系统，该方法步骤包括：S1.在各电能采集点设置集成有RFID模块的RFID智能电能表；S2.控制RFID读写模块抄收作用范围内的各RFID智能电能表的数据，其中当存在两个或两个以上的RFID智能电能表同时向RFID读写模块发送数据时，使用二进制树搜索算法识别出各RFID智能电能表；S3.实时接收各RFID读写模块抄收的数据进行存储及处理，并上传至云平台系统；该系统包括多台RFID智能电能表、多个RFID读写模块以及抄收控制终端，本发明具有实现方法简单、能够实现远距离大批量电能表数据抄收，且效率高以及抗干扰性强等优点。

Description

基于RFID通信的多电能表数据抄收方法及系统
技术领域
本发明涉及电能计量技术领域，尤其涉及一种基于RFID通信的多电能表数据抄收方法及系统。
背景技术
随着电力系统的发展，对电力的需求在迅速增长，电能表的使用数量日益庞大，面对数量庞大的电能表数据信息，如何实现快速高效的管理是目前面临的问题。传统的机械式电能表智能化程度低，通常需要依赖人工现场抄表，效率低，易出现数据错误，且实时更新速度慢，不便于进行电能表数据跟踪管理，而普通的电子式电能表还难以跟踪电能表的全寿命周期数据，无法精确地查询定位电能表各项数据，不便于实现电能表的信息跟踪管理、库房管理等。
RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)通信技术是一种基于无线通信的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可识别高速运动物体并可同时识别多个标签。RFID系统一般由应用系统、阅读器、电子标签等部分组成，由阅读器通过发射天线发送特定频率的射频信号，当电子标签进入有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量、电子标签被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置射频天线发送出去；阅读器的接收天线接收到从标签发送来的调制信号，经天线调节器传送到阅读器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统进行相关的处理；主机系统根据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设定作出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制阅读器完成相应的读写操作。
基于RFID的智能电能表，能够充分发挥RFID非接触式、读写高效等的优势，使得抄表过程更加智能、便捷，抄收的数据更加精确，极大提高了人工抄表的效率，但是当大批量使用RFID智能电能表时，如何实现远距离大批量电能表的瞬间抄表是亟待解决的问题，且各RFID智能电能表抄收数据时会相互产生干扰，如RFID系统工作时，当有两个或多个的电子标签同时在同一阅读器的作用范围内向阅读器发送数据时会出现信号的干扰，即为发生碰撞，发生碰撞会使得该次数据传输失败，因此亟需提供一种电能表数据抄收方法，能够实现远距离大批量电能表的抄表，同时能够避免碰撞，提高抄收精度。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、能够实现远距离大批量电能表数据抄收，且效率高以及抗干扰性强的基于RFID通信的多电能表数据抄收方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种基于RFID通信的多电能表数据抄收方法，步骤包括：
S1.在各电能采集点设置集成有RFID模块的RFID智能电能表，每个所述RFID智能电能表对应有唯一标识码；
S2.通过RFID读写模块抄收作用范围内的各RFID智能电能表的数据，其中当存在两个或两个以上的所述RFID智能电能表同时向所述RFID读写模块发送数据时，使用二进制树搜索算法识别出各所述RFID智能电能表；
S3.实时接收各所述RFID读写模块抄收的数据进行存储及处理，并上传至云平台系统。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S3中具体使用根据待识别RFID智能电能表的数量调整分支搜索数量的自适应二进制树搜索算法。
作为本发明方法的进一步改进：所述自适应二进制树搜索算法具体当待识别RFID智能电能表的数量N>3时，使用四分支搜索算法，当待识别RFID智能电能表的数量N≤3时，使用二分支搜索算法。
作为本发明方法的进一步改进：所述自适应二进制树搜索算法的具体执行步骤为：
S21.初始化查询堆栈并发出搜索指令；
S22.接收各所述RFID智能电能表的应答信息，并查询时隙状态，如果为空闲状态，转入执行S23，如果为发生碰撞，转入执行步骤S24；
S23.判断堆栈是否为空，如果为否，读取堆栈首查询码，返回执行步骤S21；
S24.判断当前待识别RFID智能电能表的数量N，如果N>3，产生4条新查询码，否则产生2条新查询码；
S25.将查询码写入堆栈并读取首查询码，返回执行步骤S22。
作为本发明方法的进一步改进：所述自适应二进制树搜索算法具体使用曼彻斯特编码方式。
本发明进一步提供用于实施上述方法的数据抄表系统，包括：
多台RFID智能表，每台所述RFID智能表集成设置有RFID模块；
多个RFID读写模块，用于抄收作用范围内的各所述RFID智能电能的数据，其中当存在两个或两个以上的所述RFID智能电能表同时向所述RFID读写模块发送数据时，使用二进制树搜索算法识别出各所述RFID智能电能表；
抄收控制终端，用于实时接收各所述RFID读写模块抄收的数据进行存储及处理，并上传至云平台系统。
作为本发明方法的进一步改进，所述抄收控制终端包括：
RFID扫描模块，用于查询定位指定距离内所述RFID智能电能表的信息，发送给所述RFID读写模块；
抄表模块，用于接收所述RFID读写模块抄收到的各所述RFID智能电能表的电能计量信息及状态信息，并进行存储；
数据传输模块，用于将所述抄表模块抄收到的数据进行传输。
作为本发明系统的进一步改进：所述抄收控制终端还包括库房管理模块，用于通过所述RFID读写模块记录各所述RFID智能电能表在出入库过程中的出入库信息。
作为本发明系统的进一步改进：所述RFID智能表包括主控模块以及分别与所述主控模块连接的用于计量电压信号的电压计量模块、用于计量电流信号的电流计量模块、RFID模块以及显示模块，所述RFID模块包括RFID射频芯片以及RFID射频天线。
作为本发明系统的进一步改进：所述RFID读写模块具体采用具有RFID芯片读写功能的手持终端。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明基于RFID通信的多电能表数据抄收方法，通过将RFID模块集成到智能电能表当中构成RFID智能电能表，可以实现智能电能表各个环节的无纸化操作和实时跟踪管理，并统一接收由RFID读写模块抄收到的电能表数据进行处理，能够实现瞬间远距离批量抄读电能表数据，使得现场抄表更加高效便捷，极大的减轻工作人员的工作量。
2)本发明基于RFID通信的多电能表数据抄收方法，当存在两个或两个以上的RFID智能电能表同时向RFID读写模块发送数据时，RFID读写模块使用二进制树搜索算法进行电子标签识别，能够实现电子标签防碰撞处理，解决多台电能表同时现场作业时多标签碰撞的问题，且运算简单、识别精度高，所需的识别时间短，标签在短时间内即能得到响应。
3)本发明基于RFID通信的多电能表数据抄收方法，在二进制树搜索算法的基础上，进一步根据待识别RFID智能电能表的数量调整分支搜索数量，实现自适应二进制树搜索，相比传统的使用同一分支搜索数量搜索不同数量的标签，能够使得不同数量标签时均能够达到最佳搜索性能。
附图说明
图1是本实施例基于RFID通信的多电能表数据抄收方法的实现流程示意图。
图2是本实施例中实现自适应二进制树搜索算法的实现流程示意图，
图3是使用Manchester编码识别碰撞的原理示意图。
图4是本实施例中RFID模块的结构原理示意图。
图5是本发明具体实施例中实现电能表数据抄收的原理示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例基于RFID通信的多电能表数据抄收方法，步骤包括：
S1.在各电能采集点设置内部集成有RFID模块的RFID智能电能表，每个RFID智能电能表对应有唯一标识码；
S2.控制RFID读写模块抄收作用范围内的各RFID智能电能表的数据，其中当存在两个或两个以上的RFID智能电能表同时向RFID读写模块发送数据时，使用二进制树搜索算法识别出各RFID智能电能表；
S3.接收各RFID读写模块抄收的数据进行存储及处理，并上传至云平台系统。
本实施例先将RFID模块集成到智能电能表当中构成RFID智能电能表，可以基于RFID通信方式实现电能表各个环节的管理，解决传动的机械式电能表、普通电子式电能表在信息管理、库房管理、现场抄表、数据传输等方面存在的问题，利用RFID技术免接触、无源、信息安全等特性，可以实现智能电能表各个环节的无纸化操作和实时跟踪管理，统一接收由RFID读写模块抄收到的电能表数据进行处理，能够实现瞬间远距离批量抄读电能表数据，使得现场抄表更加高效便捷，极大的减轻工作人员的工作量。
同时本实施例为解决多台电能表同时现场作业时多标签碰撞的问题，当存在两个或两个以上的RFID智能电能表同时向RFID读写模块发送数据时，即发生多标签碰撞时，RFID读写模块使用二进制树搜索算法进行电子标签识别，运算简单，能够实现电子标签防碰撞处理，且识别精度高，所需的识别时间短，标签在短时间内即能得到响应。
本实施例中，步骤S2中具体使用根据待识别RFID智能电能表的数量调整分支搜索数量的自适应二进制树搜索算法。
当系统内标签数量不同时，使用不同数量分支搜索算法所需用到的平均时隙不同，即性能不同。假设系统内的标签数量为N，系统分配的分支数为M，系统在搜索深度为1的时候，识别概率p(1)为：
当搜索深度为d时，系统识别的概率为p(d)：
p(d)[1-p(1)]d-1 (2)
则系统在一次完整的识别过程中，对N个标签进行搜索所需深度的平均值为：
对上式进行化简，整理，并根据等比数列求和公式可以得到：
上式中，M为等比数列的公比，也就是系统所分配的分支数，则可以求得系统搜索过程中所需的平均时隙数为：
当搜索算法有两个分支时，所需的平均时隙数为T2＝2/(1-1/2)N-1；当搜索算法有四个分支时，所需的平均时隙数为T4＝4/(1-1/4)N-1。
比较上述两式可知，当N>3时，四分支搜索算法所用到的平均时隙较少，系统性能优于二分支搜索算法；当N≤3时，二分支搜索算法所用到的平均时隙较少，系统性能优于四分支搜索算法。
本实施例考虑上述特性，在二进制树搜索算法的基础上，进一步根据待识别RFID智能电能表的数量调整分支搜索数量，实现自适应二进制树搜索，相比传统的使用同一分支搜索数量搜索不同数量的标签，能够使得不同数量标签时均能够达到最佳搜索性能。
本实施例中，自适应二进制树搜索算法具体当待识别RFID智能电能表的数量N>3时，使用四分支搜索算法，性能优于使用二分支搜索算法；当待识别RFID智能电能表的数量N≤3时，使用二分支搜索算法，性能优于使用四分支搜索算法，通过采用上述自适应二进制树搜索算法，相比于传统的固定使用二分支搜索算法或四分支算法，能够有效提高系统性能。
如图2所示，本实施例中自适应二进制树搜索算法的具体执行步骤为：
S21.初始化查询堆栈并发出搜索指令；
S22.接收各RFID智能电能表的应答信息，并查询时隙状态，如果为空闲状态，转入执行S33，如果为发生碰撞，转入执行步骤S24；
S23.判断堆栈是否为空，如果为否，读取堆栈首查询码，返回执行步骤S21；
S24.判断当前待识别RFID智能电能表的数量N，如果N>3，产生4条新查询码，否则产生2条新查询码；
S25.将查询码写入堆栈并读取首查询码，返回执行步骤S22。
在具体应用实施例中，使用上述自适应二进制搜索算法，进一步对盘存周期，驻留时间、功率、Q值等参数进行设定，可在保持高识读率的同时，实现对电子标签的快速读写处理。
本实施例中，自适应二进制树搜索算法具体使用曼彻斯特(Manchester)编码方式，基于曼彻斯特(Manchester)编码能按位识别出碰撞。如图3所示，当两个或多个标签同时发送的位数有所不同时，则接收的上升沿和下降沿会互相抵消，使得在整个位窗的持续时间内，接收器接收到的是不间断的载波信号，该状态会导致错误，而在Manchester编码中对该状态未作规定，可以按位回溯跟踪碰撞的出现，找出具体发生碰撞的比特位，因而在自适应二进制搜索算法的基础上，结合曼彻斯特(Manchester)编码的编码方式，读写器可以识别所有碰撞位的信息。
本实施例用于实施上述方法的数据抄表系统，包括：
多台RFID智能表，每台RFID智能表集成设置有RFID模块；
RFID读写模块，用于抄收作用范围内的各所述RFID智能电能的数据，其中当存在两个或两个以上的RFID智能电能表同时向所述RFID读写模块发送数据时，使用二进制树搜索算法识别出各RFID智能电能表；
抄收控制终端，用于控制RFID读写模块进行抄收，以及接收各RFID读写模块抄收的数据进行存储及处理，并上传至云平台系统。
通过上述抄收系统，由RFID读写模块与RFID智能表通讯连接，抄收各RFID智能表的数据，由抄收控制终端对抄收进行控制以及读写、存储数据，可以实时记录电能表的各项信息，实现大批量RFID智能表抄收数据的跟踪管理，从而可实现电能表仓储管理的智能化，便于精确定位和实时查询电能表的各项信息。
如图4所示，本实施例中RFID智能表包括主控模块以及分别与主控模块连接的用于计量电压信号的电压计量模块、用于计量电流信号的电流计量模块、RFID模块以及显示模块，RFID模块包括RFID射频芯片以及RFID射频天线。本实施例具体可在现有智能电能表中增加RFID通信模块，使其具有RFID通信的功能，得到RFID智能电能表，利用RFID读写模块通过无线通信方式与电能表相互通讯，从而可以基于RFID通信实现电能表的智能化仓储管理，实现电能表的精确定位和电能表数据实时查询。
本实施例RFID读写模块具体采用具有RFID读写功能的手持终端，即手持式RFID读写模块，在电能表投入使用后，利用手持终端进行现场抄表，使得抄表过程更加智能、便捷，抄收的数据更加精确，极大提高了人工抄表的效率。
本实施例中，抄收控制终端包括：
RFID扫描模块，用于查询定位指定距离内RFID智能电能表的信息；
抄表模块，用于接收RFID读写模块抄收到的各RFID智能电能表的电能计量信息及状态信息，并进行存储；
数据传输模块，用于抄表模块抄收到的数据进行传输。
抄收控制终端具体在抄表之前，首先对RFID扫描模块的RFID功能进行参数设置，包括天线功率、区域频率、盘点参数等；然后通过RFID扫描进行相应连接，通过RFID扫描模块在作用范围内利用射频技术迅速查询和定位所需电能表的各项信息，包括电能表的归属信息、电能表运行信息以及用户信息等，相比于传统的在抄表卡中人工查找电能表、用户等信息的抄表模式，能够有效提高电能表的查询效率，便于实时获取电能表的各项管理信息。
本实施例抄收控制终端通过抄表模块抄收各RFID智能电能表的信息，不仅包括电能表显示的数据，还包括电能表状态，从而可以实时记录电能表的运行数据及运行状态，便于对电能表进行管理及维护，抄读的信息进行保存并同时上传到云平台等，可实现电能表全寿命周期数据的管理。
如图5所示，本实施例抄收控制终端具体通过数据传输模块与RFID读写模块无线连接，如WIFI、4G通信方式等，使得RFID读写模块能够实时在线，通过数据传输模块还可以与其他终端、服务器等实现实时交互，可以实现智能化的数据管理，不再是如传统抄表机仅有单一抄表功能。为了进一步节省流量，本实施例数据传输模块还设置有通信模式切换模块，以自动切换不同的通信模式，如当RFID读写模块搜索到WIFI信号时自动连接WIFI模式，断开4G连接；当WIFI信号消失时，为了能保证实时在线，自动切换成4G连接模式。
本实施例中，抄收控制终端还包括库房管理模块，用于通过RFID读写模块记录各RFID智能电能表在出入库过程中的出入库信息，出入库信息包括出库信息、入库信息以及在库房中位置信息等，通过库房管理模块记录电能表出库、入库以及在库房中位置等信息，可实现智能电能表库房管理，从而便于实现电能表的实时查询盘点，有效提高大批量电能表的管理效率。
本实施例上述数据抄收系统具体基于Android系统，采用Java语言以及Eclipse开发环境实现交互式的操作界面，利用抄表客户端，将RFID读写模块采集到的电能表信息通过4G网络或WIFI等方式上传至云平台系统，用户可通过操作界面实现电能表数据控制管理，可快速精确地查询定位电能表，确定该表的各项数据，以及提供所需采集电能表数据的标准信息以引导采集符合标准的数据。
本实施例在抄收控制终端中存储用户的用电信息，包括表地址、用电量、电压、电流、功率等信息，为了保证数据的安全、可靠性，抄收控制终端启动时包括安全验证步骤，具体步骤为：当需启动抄收控制终端时，接收输入的验证信息，并与存储的验证信息进行匹配，若匹配通过，则启动抄收控制终端工作，否则启动不成功，若启动成功后将验证信息进行存储。具体在抄收控制终端的交互界面中设置登录验证功能，同时为了方便抄表员使用客户端，更快捷的登录系统，在该模块设置账号存储功能，在成功登录后可记录该账号密码信息，在退出系统后清理运行中的程序。此外，抄收控制终端中还包括系统设置模块，主要用于设置与终端通信的RFID功能相应的系统设置，同时为该系统配置一定的权限，使得需要拥有指定的权限才可以进入该系统进行相关信息的修改。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于RFID通信的多电能表数据抄收方法，其特征在于，步骤包括：
S1.在各电能采集点设置集成有RFID模块的RFID智能电能表，每个所述RFID智能电能表对应有唯一标识码；
S2.控制RFID读写模块抄收作用范围内的各RFID智能电能表的数据，其中当存在两个或两个以上的所述RFID智能电能表同时向所述RFID读写模块发送数据时，使用二进制树搜索算法识别出各所述RFID智能电能表；
S3.接收各所述RFID读写模块抄收的数据进行存储及处理，并上传至云平台系统。
2.根据权利要求1所述的基于RFID通信的多电能表数据抄收方法，其特征在于：所述步骤S2中具体使用根据待识别RFID智能电能表的数量调整分支搜索数量的自适应二进制树搜索算法。
3.根据权利要求2所述的基于RFID通信的多电能表数据抄收方法，其特征在于：所述自适应二进制树搜索算法具体当待识别RFID智能电能表的数量N>3时，使用四分支搜索算法，当待识别RFID智能电能表的数量N≤3时，使用二分支搜索算法。
4.根据权利要求3所述的基于RFID通信的多电能表数据抄收方法，其特征在于：所述自适应二进制树搜索算法的具体执行步骤为：
S21.初始化查询堆栈并发出搜索指令；
S22.接收各所述RFID智能电能表的应答信息，并查询时隙状态，如果为空闲状态，转入执行S23，如果为发生碰撞，转入执行步骤S24；
S23.判断堆栈是否为空，如果为否，读取堆栈首查询码，返回执行步骤S21；
S24.判断当前待识别RFID智能电能表的数量N，如果N>3，产生4条新查询码，否则产生2条新查询码；
S25.将查询码写入堆栈并读取首查询码，返回执行步骤S22。
5.根据权利要求2或3或4所述的基于RFID通信的多电能表数据抄收方法，其特征在于：所述自适应二进制树搜索算法具体使用曼彻斯特编码方式。
6.用于实施权利要求1～5中任意一项所述的方法的数据抄表系统，其特征在于，包括：
多台RFID智能表，每台所述RFID智能表集成设置有RFID模块；
多个RFID读写模块，用于抄收作用范围内的各所述RFID智能电能的数据，其中当存在两个或两个以上的所述RFID智能电能表同时向所述RFID读写模块发送数据时，使用二进制树搜索算法识别出各所述RFID智能电能表；
抄收控制终端，用于控制RFID读写模块进行抄收，实时接收各所述RFID读写模块抄收的数据进行存储及处理，并上传至云平台系统。
7.根据权利要求6所述的数据抄表系统，其特征在于，所述抄收控制终端包括：
RFID扫描模块，用于查询定位指定距离内所述RFID智能电能表的信息，发送给所述RFID读写模块；
抄表模块，用于接收所述RFID读写模块抄收到的各所述RFID智能电能表的电能计量信息及状态信息，并进行存储；
数据传输模块，用于将所述抄表模块抄收到的数据进行传输。
8.根据权利要求7所述的数据抄表系统，其特征在于，所述抄收控制终端还包括库房管理模块，用于通过所述RFID读写模块记录各所述RFID智能电能表在出入库过程中的出入库信息。
9.根据权利要求6或7或8所述的数据抄表系统，其特征在于：所述RFID智能表包括主控模块以及分别与所述主控模块连接的用于计量电压信号的电压计量模块、用于计量电流信号的电流计量模块、RFID模块以及显示模块，所述RFID模块包括RFID射频芯片以及RFID射频天线。
10.根据权利要求6或7或8所述的数据抄表系统，其特征在于：所述RFID读写模块具体采用具有RFID芯片读写功能的手持终端。
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