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基于NFC技能的智能巡检系统设计

发布时间:2018-11-20 01:06:06 文章来源:未来智讯    
    基于NFC技能的智能巡检系统设计作者: 陈志鹏 王彬   摘 要:为满足平安巡检的需求,提高巡检的操作便捷性和实时性,文中提出并设计了一个基于NFC技能的智能巡检系统。联合移动通讯和NFC近场通讯技能,使用App读取巡检标签信息,通过网络通讯协议上传记录结果,并在Web后台通过MySQL数据库实现统一实时管理。
  关键词:NFC;巡检;Android;Java
  中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2017)02-00-03
  0 引 言
  随着社会的飞速发展,信息化应用需求不时增加,用于支撑网络通讯的设备规模也日益扩大,为了设备持续高效的运转,并准时排查存在的平安隐患,制定高效、便捷的巡检方案变得越来越重要[1]。目前常用的巡检方案多为粘贴标签、纸面记录和拍照记录等方式,其弊端显而易见。巡检人员的操作流程繁琐,不能实时有效的反馈并进行科学管理等。本文基于NFC技能设计了一套智能巡检系统,该系统可以实时高效的对巡检进行管理,准时发现隐患并反馈平安问题。NFC技能自2003年被提出以来,在各大领域均发挥了重大作用,如防伪溯源、移动支付和名片管理等[2]。NFC技能成本较低、方便易用,它能够通过芯片、无线和软件的组合来实现各种设备间的小范围通讯[3],并满足巡检系统的各种设计需求。在智能手机上集成NFC模块也使得本方案的实现成本得以降低,并不需要特别定制的读卡器等设备。本文手机端的设计基于Google公司提供的Android系统平台。
  1 相关技能介绍
  1.1 NFC技能介绍
  NFC(Near Field Communication,NFC)技能为非接触式射频识别技能(RFID)的一种扩展,与互联互通技能相互联合演变而来[4],在ISO/IEC 18092定义了与NFC相关的技能细节[5]。由NXP公司提议倡议,Sony、Nokia等国际著名硬件厂商结合推出。共作用频带为13.56 MHz,大约可传输距离为10 cm[6]。
  NFC技能在单一芯片上联合了感应式读卡器功能、感应式卡片技能,可以在短距离范围内迅速与其它兼容设备建立�p向连接和识别,因此平安性相对较高。同时,NFC技能定义了多种事务模式,其主要区别在于设备间通讯的RF射频场是否由本设备发出,如果由NFC设备自身产生,则其事务在主动模式,在该模式下,当一台NFC设备向另一台发送数据时,通过对等网络通讯标准模式倡议,通讯的倡议设备与指标设备都需要发出RF射频场,并通过该射频场进行通讯[7];如果由其他设备产生射频场,则该设备事务于被动模式。指标设备利用感应的电动势提供自身事务所需电源,应用负载调制(Load Modulation)技能进行数据收发。主动模式的设备常常具有自己的供电单元,如NFC的读卡器和具有NFC功能模块的手机等。而被动模式无需供电单元,如NFC的卡片和标签等。此通讯机制与基于ISO14443A、MIFARE和FeliCa的非接触式智能卡兼容[8]。
  1.2 Android技能介绍
  Android系统由Google公司于2007年11月正式发布。该系统发布后迅速拥有广大的用户数量和应用市场。常常,Android系统自下向上分为四层,分辨为Linux内核层、系统库层、应用框架层、应用层[9]。其中,Linux内核层包括平安机制、内存管理、进程管理、网络堆栈以及相关的驱动模块,位于硬件和软件之间,提供与硬件的交互。系统库则包含了运行提供服务的一项C/C++库,核心库中包含了Java核心类库的大多数功能及Java运行的虚拟机环境。应用框架层则为系统的应用提供了调用库函数的API框架。应用层是数目繁多的Android应用程序[10]。Android架构图如图1所示。
  2 系统概括
  本文设计的NFC智能巡检系统将移动终端和待管理设备紧密联合,可通过扫描带有NFC标签的工牌确认巡检人员的身份。巡检人员扫描在设备上贴有记录设备信息的NFC标签,即可记录信息及巡检路线,当出现平安问题时,也能够通过系统准时反馈问题,极大地简化了人员的操作流程,达到了科学高效管理设备的目的。系统共分为六大功能模块:
  (1)后台监控系统。后台系统能够管理、监控各模块的运行情况,在数据库中记录、比对各信息。
  (2)身份识别模块。通过扫描巡检人员带有NFC模块的工牌,比对NFC的加密信息,实现识别巡检人员,明确责任人的目的。
  (3)设备管理模块。该模块用于记录各设备的型号、参数等基本信息和是否运转正常等管理数据。
  (4)路线巡检模块。该模块用于记录、显示巡检人员的巡检路线,查看是否存在遗漏或者未抵达等情况。
  (5)信息记录模块。该模块用以实现巡检人员记录、反馈各设备运转信息及巡检结果等功能。
  (6)问题告警模块。当设备运转发生异常,存在平安问题时,实现准时反馈、告警功能。
  系统功能框架如图2所示。
  3 系统设计
  3.1 系统架构设计
  NFC智能巡检系统由NFC标签、可读取标签信息的App、管理记录数据的Web后台三局部组成。NFC标签分为两类,一类置于巡检人员的工牌中,用于识别巡检人员身份,明确责任。另一类置于待巡检维护的设备上,记录设备信息。通过App扫描NFC标签,上传巡检人员的工牌数据用于登录,比对人员身份信息后则成功登录。巡检人员持装有该App的移动设备依次巡检并触碰位于各设备上的NFC标签,上传设备信息,记录巡检结果。Web后台用于与移动设备的通讯,根据上传设备信息的先后确定巡检路线并记录巡检结果,当平安问题发生时可准时发现并告警。系统总体架构设计如图3所示。
  3.2 系统特点
  该系统具有如下特点:
  (1)选取NFC标签记录设备信息,无需手工记录,简化了操作流程,极大地降低了出错概率。   (2)使用带有NFC模块的智能移动终端作为读写端,无需专门定制的读写器,设备携带方便,易维护更换。
  (3)通过GPRS、3G、4G等技能,准时将数据上传到Web后台,保证系统的实时性。
  (4)智能移动终端的App基于Android系统平台开发,保证了系统的可开发性和可移植性。
  (5)App通过JSON数据格式访问服务器前端的Java Servlet,并与MySQL数据库进行通讯,具有平安、高效、通用和数据量小等特点。
  3.3 各模块具体设计
  3.3.1 NFC标签设计
  目前提供的NFC标签可分为以下四种:
  (1)第一类型标签基于ISO14443A协议,标签内存最小为96个字节,通讯速率为106 Kb/s,可存储URL、电话号码等少量数据。
  (2)第二类标签仅支持由phlips公司提供的MIFARE UltraLight类型卡。其内存大小为48 B,也可扩充到2 KB字节,通讯速率为106 Kb/s。该类标签同样基于ISO14443A协议。
  (3)第三类标签为SONY公司提供的Fecila类型卡。内存大小为2 KB,通讯速率为212 Kb/s。此类标签符合较为复杂的应用场景,成本较高。
  (4)第四类标签同时兼容ISO14443A和ISO14443B两种协议,应用APDU指令接收数据。相较于其他三种标签类型,可拥有更大的存储空间及平安加密认证模块,完成更为复杂的操作。
  考虑到需要存储的信息较大及后续可能进行的平安模块扩展,本设计选取第四类标签。
  3.3.2 移动端App设计
  移�佣�App通过巡检人员嵌入NFC标签的工牌登录,App界面根据后台提供的巡检列表任务显示巡检路线。抵达指标地点后,巡检人员使用智能移动终端设备紧贴NFC标签,通过NDEF格式读取标签信息。并通过HTML协议将巡检信息传送到后台。其通讯设计如图4所示。
  3.3.3 Web后台设计
  Web后台使用MySQL对用户登录、巡检任务进行管理。通过HTML网络通讯协议与移动端App进行信息交互。包括用户信息注册模块、用户登录模块、巡检任务列表模块、异常设备告警模块、权限管理模块等。实现人员身份对比校验,巡检任务下发与核对,异常问题汇总等功能。使得巡更地点的情况被实时监控,管理人员可据此采取有效措施。
  4 结 语
  本文设计了一个基于NFC技能的智能巡检系统,该系统主要由NFC标签、智能移动终端App和Web后台三个模块组成。同时简要介绍了NFC及Android技能的优势及发展趋势。将传统的巡检事务与NFC及物联网技能相联合,极大地简化了操作流程,降低了出错概率,完成了对巡检任务地点的实时监控及措施反馈。
  参考文献
  [1]刘善锋.统一EMS在电信运营商的应用[J].中国新通讯,2013(20):78.
  [2]赵飞龙,杨慰民.基于NFC的移动应用[J].中国新通讯,2008,10(1):22-25.
  [3]厉经坤.高速客专中动力环境监控系统的安装与调试[J].铁道建筑技能,2010(7):55-59.
  [4] Liu Fagui, Lin Yuedong, Ruan Yongxiong, et al. Lightweight-ALE-Based Embedded RFID Middleware[C]. Beijing:24-26.
  [5] ISO/IEC 18092. Information Technology-Telecommunications and Information Exchange between Systems-Near Field Communication-Interface and Protocol (NFCIP-1) [S]. 1st Ed. Geneva, Switzerland: Joint Technical Committee ISO/IEC,2004.
  [6]赵波锋.基于RIFD技能的移动电子商务应用研讨[D].长沙:湖南大学软件学院,2010.
  [7]韩丽英.基于NFC系统的SWP接口设计与实现[D].北京:北京邮电大学,2010.
  [8]赵宇枫.RFID与NFC技能与应用浅析[J].科学咨询(科技管理),2011(5):75-76.
  [9]赵云雁.基于NFC技能的智能海报应用研讨[D].郑州:郑州大学,2012.
  [10]张小菲.Android平台上音频系统的研讨及播放器开发[D].西安:西安电子科技大学,2012.
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