专利名称：钢瓶射频电子标签读写及控制的方法
技术领域：
本发明涉及一种钢瓶射频电子标签读写及控制的方法，尤其是一种固定在钢瓶上的电子标签用射频识别控制器读写及安全控制的方法。
背景技术：
锅炉压力容器、充气钢瓶、电梯、起重机是承压、易燃、易爆、易发生安全事故的特种设备，多为人工检测，尤其是充装气体的钢瓶，对于钢瓶的种类、生产日期、钢瓶所属充装单位、钢瓶年检次数、上次充装时间、本次充装时间、本次充装重量等数据信息全凭人工检测、记录、人工控制，数据信息量大，统计控制难，安全监督管理部门难于实时跟踪、监督控制钢瓶充装气体的全过程。
发明内容
本发明钢瓶射频电子标签读写及控制的方法主要用于远距离自动监督控制钢瓶充装气体的全过程，实时对钢瓶充气全过程的自动记录、自动读写数据，自动控制。钢瓶充装控制管理系统采用了PHILIPS公司的低频段Hitag2射频技术和现场控制CAN2.0总线技术，结合自动控制技术、局域网、互联通讯方式、数据库技术，通过必要防爆处理，对现有的充装系统进行技术改进，实现充装过程的自动控制和自动记录，为安全管理监督控制部门对压力容器的微观监控和动态跟踪提供技术支持。
钢瓶充装控制管理系统由数据处理及现场控制两大部分组成。数据处理部分由安全监督管理部门的监控中心及充气站、检测站的现场管理中心构成。现场控制部分由射频识别控制器、射频电子标签、防爆电磁阀、防爆电子秤、防爆线管组成。
钢瓶射频电子标签读写及控制的方法，由以下步骤组成某个地区钢瓶安全监督控制部门建立钢瓶资料数据库和远程监控中心，在各持安全证充装气体单位和钢瓶检测站建立安全监控工作站，并与远程监控中心网络互联；远程监控中心对各安全监控工作站发行授权的钢瓶射频电子标签，充气单位给受监督控制的钢瓶固定射频电子标签；远程监控中心通过MODEN拨号或上互联网络与下属安全监控工作站进行数据交换，更新钢瓶资料数据，建立报废钢瓶黑名单，在互联网络上发布钢瓶数据信息；经远程监控中心授权，安全监控工作站对充装单位所属的多个一体化射频充气枪进行钢瓶充装气体监控，并收集充装记录，下传钢瓶监控信息给所辖一体化射频充气枪；一体化射频充气枪发射电磁波给电子标签解读待充气钢瓶上的电子标签信息，自动判断电子标签信息是否符合设定的标准，不符合标准则不给予钢瓶充装气体，同时报警，符合标准则对钢瓶充气，根据钢瓶的种类，在充装重量达到设定值时，自动停止充装操作，记录并存储当时的充装信息以便安全监控工作站收集，同时实时把钢瓶充装气体信息写入电子标签内；安全监控工作站定期提取加气点的电子标签内信息，并通过MODEN专线或互联网上传给远程监控中心，同时下载远程监控中心的信息；远程监控中心所属检测站对钢瓶进行检测，把检测结果上传给远程监控中心，同时写入被检测钢瓶上的电子标签内，检测站稽查人员可使用手持式电子标签读写器—手持机对钢瓶进行抽查，判断钢瓶是否符合设定的标准，经授权可以把抽检结果写入被检测钢瓶的电子标签内，并记录抽检结果，传送给远程监控中心。
射频电子标签是一种固定在钢瓶上的密闭封装的无源电子装置，由无源非接触式射频芯片、天线、封装体构成；封装体由低压聚乙烯+FB阻燃添加剂加工成形。将电子标签芯片、天线置于封装体的固定槽内，再用环氧树脂封平槽口，槽口上再贴一层包装材料。芯片为无源芯片即无需自带电池供电，工作时芯片的电源能量由芯片读写器天线发送无线电载波信号耦合到芯片天线上而产生电能，以此来提供芯片上的元器件工作所需的能量。芯片天线采用金属丝粘贴。在电子标签中写入钢瓶的特征信息，然后固定在钢瓶上。固定方式为椭圆状扣带的中心线正对钢瓶气阀阀嘴中心，长条状扣带紧贴钢瓶气体阀体矩形基座，锁紧卡子紧扣入暗扣内。并以电子标签为基础相应建立一个完整的信息控制系统。整个系统通过电磁波以半双工的方式进行读写器与非接触式射频芯片电子标签间的双向数据传输。
一体化射频充气枪由射频识别控制器和充气枪组成，充气枪沿用现有钢瓶充气枪。射频识别控制器是整个控制系统的智能控制核心，同时也是射频数据处理的核心，由专用射频天线，读写单元，功能控制显示单元组成。外壳采用ABS工程塑料，内部采用浇封环氧树脂方式进行封装，具有抗冲击、防水、耐腐蚀的特点，一次压模成型，体积为166×78×30mm3，外壳壁厚最薄处为2mm，壳内电路集成为一块控制板，由UPS电源提供24V低压直流电，外接引线采用防爆电缆。专用射频天线是针对钢瓶应用专门设计的Hitag2射频天线，采用金属丝粘贴，与钢瓶上的射频电子标签进行数据发送与接收。读写单元对新的数据信息进行分析处理。功能控制显示单元接口调整处理环节，包括提供称重传感器输入接口，输出控制驱动接口，通讯接口和设备电源供应，同时控制板上有四段超高亮LED显示器进行状态显示，详细地显示出充气枪的工作状态，功能控制显示单元由A/D转换器、CAN2.0总线接口、电源模块、显示模块、控制模块组成。射频识别控制器与充气枪的固定方式是将定位块卡到充气枪上的凹槽；定位螺孔对准充气枪上的螺孔，用M3螺钉上紧；充气枪尾部螺纹装置套上三通；充气枪尾部螺纹装置通过三通定位孔连接防护挠性胶管，胶管套着控制线从另一端接入防爆接线盒；充气枪通过三通与输气管连接，定位三通底面与充气枪手阀开关手柄垂直，接头处缠上密封材料，确保密封；钢瓶充装信息控制管理系统能自动识别待装钢瓶所属充装单位；能自动识别待装钢瓶是否符合规定；能自动记录待装钢瓶的注册编号以及唯一标签号；对误操作、违章操作的监控与记录；为钢瓶提供防伪识别手段；对安全监察对象实现预警和违章安全警示；无线手持机安全抽检；实现定点充装、定点检测，自动更新并记录检测后钢瓶的标签数据；自动识别持证上岗人员的操作资格；互联网络信息服务。
钢瓶充装信息控制管理系统还可以用手持机进行射频电子标签数据的读写与读写数据的无线传输；安全监督管理部门监察管理人员通过手持机来读取钢瓶射频电子标签数据，查询钢瓶信息，并将钢瓶检查信息通过数据传输设备和安全监督管理部门的远程监控中心的数据库交换数据，实现快速年检钢瓶。手持机由PDA掌上电脑及射频芯片读写扩展模块组成。PDA掌上电脑采用目前的标准产品和流行的操作系统，方便系统的二次开发，提高了系统的扩展性。用手持机读写其它型号的芯片时，只需更换射频芯片读写扩展模块和读写软件，节省成本。手持机还可以通过标准的RS232接口，线外接口、USB接口同计算机之间交换数据。手持机上监察人员的检验记录上传至远程监控中心数据库，并将读写权限，黑名单等数据下载到手持机上。
本发明钢瓶射频电子标签读写及控制的方法具有如下优点1、电子标签可靠性高，使用寿命长。由于芯片与读写器之间无机械接触，故不存在接触式读写可能出现的故障，芯片与读写器均无裸露触点，无须担心触点损坏、氧化或脱落所致的芯片损坏；芯片与读写器均为全封闭防水防尘结构。
2、防伪性高。每个芯片都有一个电子制造商在产品出厂前固化于芯片的32位字长序列号，一旦写入不可更改，而且唯一。
3、安全性好。芯片与读写器之间采用三次相互确认的双向验证机制，在读写器验证芯片合法性同时，芯片也对读写器的合法性进行检验，所有通讯数据均加密以防止信号被截取。
4、抗干扰能力强。具备防碰撞机制，同一时间可“同时”处理多张芯片，而不会出现相互之间的数据干扰。
5、信号采集自动化程度高。系统的信息基本上是由读写器自动完成记录并上传至远程监控中心数据库，最大限度排除人为因素的干扰，保障监控部门获取信息的真实性。
6、钢瓶充装信息自动记录，钢瓶充气与否自动控制。
图1是电子标签结构示意图。
图2是射频识别控制器安装结构剖面图。
图3是射频识别控制器组成框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步描述，采用射频智能识别技术，在特种设备充气钢瓶上固定电子标签，电子标签工作在125KHZ频率，以半双工的方式进行读写器与非接触式射频芯片之间的双向数据传输。数据保存在EEPROM中，存储控制模块控制EEPROM的读写，包括口令字验证、读写权限控制以及一些加减运算和数据加密等。本发明的电子标签芯片采用PHILIPS公司的Hitag2射频芯片；电子标签天线采用金属丝粘贴。天线2与芯片1一起用聚乙烯和PVC材料封装体进行封装，形成一封闭的电子装置独立部件——电子标签，在电子标签中写入钢瓶的特征信息，然后固定在钢瓶上。固定方式为椭圆状扣带3的中心线正对钢瓶气阀阀嘴中心，长条状扣带4紧贴钢瓶阀体矩形基座，锁紧卡子5紧扣入暗扣6内。
一体化射频充气枪由射频识别控制器和充气枪组成，充气枪沿用现有钢瓶充气枪。射频识别控制器是整个控制系统的智能控制核心，同时也是射频数据处理的核心，由专用射频天线、读写模块、8位单片机、通讯接口、驱动接口、A/D接口、LED显示组成。外壳采用ABS工程塑料，内部采用浇封环氧树脂方式进行封装，具有抗冲击、防水、耐腐蚀的特点。一次压模成型，体积为166×78×30mm3，外壳壁厚最薄处为2mm，壳内电路集成为一块控制板，由UPS电源提供24V低压直流电，外接引线采用防爆电缆。专用射频天线是针对钢瓶应用专门设计的Hitag2射频天线，采用金属丝粘贴，与钢瓶上的射频电子标签进行数据发送与接收。读写单元对新的数据信息进行分析处理。功能控制显示单元内核的接口调整处理环节，包括提供称重传感器输入接口，输出控制驱动接口，通讯接口和设备电源供应，同时控制板上有四段超高亮LED显示窗9进行状态显示，详细地显示出充气枪的工作状态。射频识别控制器与充气枪的固定方式是将定位块7卡到充气枪上的凹槽；定位螺孔8对准充气枪上的螺孔，用M3螺钉上紧；充气枪尾部螺纹装置套上三通；充气枪尾部螺纹装置通过三通定位孔10连接防护挠性胶管，胶管套着控制线从另一端接入防爆接线盒；充气枪通过三通与输气管连接，定位三通底面与充气枪手阀开关手柄垂直，接头处缠上密封材料，确保密封；手持机为一可携带的小型射频读写控制器，主要由PDA掌上电脑和射频读写扩展模块构成，掌上电脑由LED显示屏及手写输入屏、内存、中央处理器、线外接口、串口、USB组成；射频读写模块由天线、读写模块、单片机、通讯接口组成。所用的读写扩展模块是采用PHILIPS公司生产的Hitag2非接触射频芯片读写模块。非接触芯片与读写器之间通过无线电波完成读写操作，其通讯频率125KHZ。非接触芯片本身是无源芯片，当读写器对芯片进行读写操作时，读写器发出的信号由两部分叠加组成一部分是电源信号，该信号当芯片接收后，与本身的L/C产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是指令和数据信号，指挥芯片完成数据的读取、修改、存储等，并返回信号给读写器。由非接触式射频芯片形成读写系统，使数据读写过程更为简单。
钢瓶充装控制管理系统由数据处理和现场控制两大部分组成，数据处理部分由安全监督控制部门的远程监控中心以及充装站、检测站的现场管理中心构成。现场控制部分由射频识别控制器、射频电子标签、防爆电磁阀、防爆电子秤组成。
射频识别控制器专用于危险爆炸性气体环境，其外壳采用抗冲击、防水、耐腐蚀的ABS工程塑料，一次压模成型，壳内集成电路为一块控制板，由外部UPS电源提供24V低压直流电，内部采用浇封环氧树脂方式进行封装，外接引线采用防爆电缆。防爆电子秤选用梅特勒—托利多公司生产的WILDCAT@电子台秤；防爆电磁阀选用温州宝得电磁阀厂生产的BD4231020B型产品，防爆接线盒选用华荣防爆公司生产的BHD-SI型产品。电子标签采用PHILIPS公司低频段射频技术(Hitag2)设计，封装体采用低压聚乙烯+FB阻燃添加剂加工而成。
安全监督管理部门建立钢瓶资料中心数据库及远程监控中心，在各持证充装单位和检测站建立起安全监控工作站，形成钢瓶安全监控网络。远程监控中心对各安全监控工作站进行授权，并发行钢瓶的电子标签。远程监控中心通过MODEN拨号或互联网络方式与下属安全监控工作站进行数据交换，更新钢瓶资料中心数据库，建立报废钢瓶黑名单，在互联网络上发布钢瓶信息。经远程监控中心授权，安全监控工作站对充装单位所属的多个一体化射频充气枪进行充装监控，并回收充装记录，下传钢瓶管理信息给辖内充气枪。一体化射频充气枪解读待充气钢瓶电子标签信息，判断其是否符合规定，即是否符合本气站所属、是否超期末检，是否被违规标记，是否在黑名单内，不符合规定则不给予充气，系统报警并作记录，符合规定则进行充装气体。根据钢瓶种类，充装重量达到设定值时，自动停止充装操作，记录并存储当时的充装信息以便监控站回收，同时将此次充装信息(充装重量、充装时间)写入电子标签内。监控站管理系统定期提取现场各个工作点的信息，并通过MODEN专线或互联网上传给管理中心，同时自动下载管理中心的黑名单及系统其它设置的信息。
检测站经授权对钢瓶进行检测，把检测结果上传给远程监控中心，同时写入被检测钢瓶上的电子标签内。稽查人员可使用手持式读写器对受控钢瓶进行抽查，判断受控钢瓶是否符合规定，经授权可以把抽检结果直接写入被检钢瓶的电子标签内，同时记录抽检结果，回传给远程监控中心数据库。
系统软件是钢瓶电子标签读写控制的一个组成部分，该部分负责将采集的数据分类整理、过滤分析、并负责数据的上传下载。系统软件分为远程监控中心，气站管理中心以及检测站管理中心三个部分。三个部分之间的数据交换通过互联网络或者电话拨号专线传输，因数据采取了加密处理，保证数据不被恶习意截取和修改。
权利要求
1.钢瓶射频电子标签读写及控制的方法，其特征是该方法包括以下步骤a、某个地区钢瓶安全监督控制部门建立数据库和远程监控中心，在各持安全证充装气体单位和钢瓶检测站建立安全监控工作站，并与远程监控中心网络互联；b、远程监控中心对各安全监控工作站发行授权的钢瓶射频电子标签，充气单位给受监督控制的钢瓶固定射频电子标签；c、远程监控中心通过MODEN拔号或上互联网络与下属安全监控工作站进行数据交换，更新钢瓶资料数据，建立报废钢瓶黑名单，在互联网络上发布钢瓶数据信息；d、经远程监控中心授权，安全监控工作站对充装单位所属的多个一体化射频充气枪进行钢瓶充装气体监控，并收集充装记录，下传钢瓶监控信息给所辖一体化射频充气枪；e、一体化射频充气枪发射电磁波解读待充气钢瓶上的电子标签信息，自动判断电子标签信息是否符合设定的标准，不符合标准则不给予钢瓶充装气体，同时报警，符合标准则对钢瓶充气，根据钢瓶种类，充装重量达到设定值时，自动停止充装操作，记录并存储当时的充装信息以便安全监控工作站收集，同时实时把钢瓶充装气体信息写入电子标签内；f、安全监控工作站定期提取加气点的电子标签内信息；g、远程监控中心所属检测站对钢瓶进行检测，把检测结果上传给远程监控中心，同时写入被检测钢瓶上的电子标签内，检测站稽查人员可使用手持式电子标签读写器——手持机对钢瓶进行抽查，判断钢瓶是否符合设定的标准，经授权可以把抽检结果写入被检测钢瓶的电子标签内，并记录抽检结果，传送至远程监控中心。
2.根据权利要求1所述的钢瓶射频电子标签读写及控制的方法，其特征是电子标签由无源非接触射频芯片、天线、封装体构成。
3.根据权利要求2所述的钢瓶射频电子标签读写及控制的方法，其特征是封装体采用低压聚乙烯+FB阻燃添加剂加工成形。
4.根据权利要求3所述的钢瓶射频电子标签读写及控制的方法，其特征是把电子标签芯片、天线置于封装体的固定槽内，再用环氧树脂封平槽口，上贴一层包装材料。
5.根据权利要求2所述的钢瓶射频电子标签读写及控制的方法，其特征是天线采用金属丝粘贴。
6.根据权利要求1所述的钢瓶射频电子标签读写及控制的方法，其特征是在电子标签中写入钢瓶的特征信息，然后固定在钢瓶上。
7.根据权利要求6所述的钢瓶射频电子标签读写及控制的方法，其特征是固定方式为椭圆状扣带的中心线正对钢瓶气阀阀嘴中心，长条状扣带紧贴钢瓶气阀阀体矩形基座，锁紧卡子紧扣入暗扣内。
8.根据权利要求1所述的钢瓶射频电子标签读写及控制的方法，其特征是一体化射频充气枪由射频识别控制器和充气枪组成。
9.根据权利要求8所述的钢瓶射频电子标签读写及控制的方法，其特征是射频识别控制器由专用射频天线，读写单元，功能控制显示单元组成。
10.根据权利要求9所述的钢瓶射频电子标签读写及控制的方法，其特征是功能控制显示单元由A/D转换器、CAN2.0总线接口、电源模块、显示模块、控制模块组成。
11.根据权利要求1所述的钢瓶射频电子标签读写及控制的方法，其特征是射频识别控制器与充气枪的固定方式为把定位块卡到充气枪上的凹槽；定位螺孔对准充气枪上的螺孔，用M3螺钉上紧；充气枪尾部螺纹装置套上三通；充气枪尾部螺纹装置通过三通定位孔连接防护挠性胶管，胶管套着控制线从另一端接入防爆接线盒；充气枪通过三通与输气管连接，定位三通底面与充气枪手阀开关手柄垂直，接头处缠上密封材料。
12.根据权利要求1所述的钢瓶射频电子标签读写及控制的方法，其特征是电磁波以半双工的方式进行读写器与非接触式射频芯片——电子标签间的双向数据传输。
13.根据权利要求1所述的钢瓶射频电子标签读写及控制的方法，其特征是手持机由PDA掌上电脑及射频芯片读写扩展模块构成。
全文摘要
一种钢瓶射频电子标签读写及控制的方法，涉及一种固定在充装气体钢瓶上的电子标签用射频识别控制器读写及安全控制的方法，实现远距离自动监督控制钢瓶充装气体的全过程，钢瓶充装控制管理系统由数据处理和现场控制两大部分组成，数据处理由监控中心，充气站、检测站的现场管理中心构成，现场控制部分由射频识别控制器、电子标签、防爆电磁阀、防爆电子秤、防爆线管组成。远程监控中心发行授权的钢瓶电子标签固定在待充气的钢瓶上，一体化射频充气枪发射电磁波给电子标签解读待充气钢瓶上的电子标签信息，自动判断电子标签信息是否符合规定，符合规定则充气，否则不予充气并报警，并记录存储充装信息，通过网络反馈给远程监控中心，可应用于钢瓶等压力容器强制检测上。
文档编号G06K19/07GK1538348SQ0312272
公开日2004年10月20日 申请日期2003年4月18日 优先权日2003年4月18日
发明者陈军, 王怡南, 陈 军 申请人:洋浦联合利丰电气有限公司, 海南容利科技开发有限公司