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摘要：介绍了基于物联网的检验管理系统的电梯检验手持终端的整体设计方案及核心设计思想，着重分析了系统软硬件实现的可行性。
关键词：电梯检验；物联网；RFID；GPRS
1 引言
我国电梯检验工作从上世纪八十年代开始起步，经过三十多年的发展形成了一个完整体系。随着我国经济发展和城镇化进程的加速，电梯数量的急剧增长带来电梯检验工作量的成倍增加，造成检验人员工作繁重，急需从检验工作中寻找新方式、新方法提高检验工作效率，降低电梯检验人员工作量，保障检验质量。目前，检验机构通过信息化手段建立了检验管理系统用于检验业务的集中管理，但现有检验管理系统并未将检验工作中的“人”、“电梯”纳入网络，阻碍了检验工作效率的进一步提高，基于物联网的检验管理系统（以下简称系统）提供了解决方案。电梯检验手持终端是基于物联网的检验管理系统中重要一环，它通过射频识别（RFID）技术现场采集电梯的信息、领取检验任务、管理检验信息，并通过无线通信技术将各类检验信息传到信息中心，实现检验过程中信息集中管理，保证了检验人员、电梯与数据中心的信息交互。然而，目前市场手持终端种类众多，考虑到成本及功能的針对性，缺少专为电梯检验设计与开发的手持终端，针对这一情况，本文提出一种专为电梯检验所用的电梯检验手持终端。
2 基于物联网的检验管理系统
2.1 基于物联网的检验管理系统的需求
基于物联网的检验管理系统将电梯检验工作中任务受理、任务下达、任务接受、检验信息录入、检验记录出具、校阅、检验报告出具、校阅、审核、批准、打印、存档等所有环节集中管理的业务管理系统，与现有检验管理系统相比，增加了检验现场的受检设备信息读写、远程检验任务下载、任务接受、现场数据上传、检验记录信息管理等功能，实现新增功能重点考虑以下需求：
（1）建立电梯设备的身份系统，用于电梯身份识别及记录相关信息；
（2）设计电梯检验移动终端，实现现场检验工作中领取检验任务、查看电梯信息、录入检验信息、上传数据等功能；
（3）通过检验原始信息的集中管理，自动形成相关检验记录和检验报告。
2.2 基于物联网的检验管理系统设计；
2.2.1 总体设计；
根据电梯检验业务的需求分析，基于物联网的检验管理系统由三个部分组成：
第一部分：数据中心即服务器，提供数据支持及网络通讯接口；
第二部分：RFID（电子标签）系统；利用RIFD系统为电梯安装RFID卡，建立电梯身份的信息档案，完成电梯设备数字化；
第三部分：手持终端设备系统；手持终端是检验人员访问服务器硬件载体，也是实现电梯RFID卡与系统进行信息交互的中间载体，保证电梯、检验人员与数据中心的通讯联系。
图1 基于物联网的检验管理系统物理框架图
2.2.2 检验业务流程设计；
基于物联网的检验管理系统改变了原有业务流程只能在PC终端管理的局面，由于RFID系统及手持终端的使用，使得现场检测环节加入到业务流程中。现场检测环节依靠手持终端设备完成领取任务单（利用RFID系统）、设备信息卡的读写、检验信息的管理及数据上传等，为数据中心完成后续业务工作提供数据支持。综合考虑根据不同终端分别设计相应业务功能，具体功能分配如下：
PC终端完成以下工作：报检申请受理、编制工作单及任务单、检验任务下达、接受现场检测数据、编制原始记录、管理检验报告等；
手持终端客户端完成以下工作：通过RFID系统领取检验任务单、管理现场检验信息、读写电梯RFID信息卡、保持与系统的信息交互。
图2 基于物联网的检验管理系统业务流程图
3 手持终端的实现
3.1 硬件设计
本文设计的电梯检验手持终端是集数据采集、无线通讯、信息存储、多媒体功能为一体，可同时实现RFID电子标签的读写、无线数据通讯、数据自动处理等功能。目前，手持终端开发技术发展成熟，能够根据实际需要快速的配置各种模块，一般带有独立的操作系统，有液晶显示屏，具有良好的人机界面。考虑基于物联网的检验管理系统整体需求，本文在手持移动终端硬件设计与实现上主要满足电梯检验工作的特殊性，如数据存储、自身防护、电池续航等方面。在原有各基本功能模块的基础上配置了RFID读写模块和GPRS通讯模块。手持终端硬件系统设计上考虑便携性能及小型化，电路设计时选用集成度高的芯片，体积小的电子元件，以节约硬件空间，选用三星的S3C2440ARM芯片作为手持移动终端[1]的CPU，配置相关基本电路、UHF RFID读写模块（工作频段在860到960MHz）及GPRS通讯模块。
系统总体框架如图3所示，主要包括核心处理部分（CPU+FLASH+SDRAM）、对外接口部分（WIFI+蓝牙+USB）、软件调试接口部分（USB+RS232）、GPRS无线通讯部分、数据采集部分（UHF RFID读写）、电源管理等。
（1）核心部分；S3C2440是三星公司开发的用于移动设备的一款16/32位RISC微处理器，采用ARM920T内核，工作频率可以达到400MHz，手持终端采用128MB的SDRAM、1GB的Nand Flash以及SD卡的外扩存储器方案。选用两片16位SDRAM芯片组成32位数据总线，单片SDRAM大小64MB，分别组成高16位和低16位。应用bank6作为SDRAM的寻址空间，采用了nGCS6作为SDRAM的片选，寻址空间为0x30000000到0x37FFFFFF。S3C2440集成了8位/16位的NAND Flash控制器，支持512 /1024/2048个字节的NAND Flash页面大小。NAND Flash采用非标准总线形式的地址和数据传输方式，需要专门的NAND Flash控制器来完成对其寻址和数据读写。 图3 硬件总体设计框架图
（2）RFID读写模块部分；RFID（Radio Frequency Identification）射频识别技术是利用射频信号通过空间耦合（如交变磁场、电磁场等）实现无接触信息交互并达到识别目的。RFID技术现已发展成为一种成熟自动识别技术，一般由读卡器、天线、电子标签三部分组成。本文采用超高频系统，中心工作频率为915MHz，RFID标签采用无源标签，无源标签因其体积小和成本低被广泛用于UHF频段。综合考虑我们采用了Impinj公司的R1000[2]射频前端芯片。该芯片集成度高，功能全面，结合简单的外围电路即可实现射频前端的收发功能，工作在860-960MHz频段，涵盖了不同国家或地区的UHF RFID频段，片内集成了的寄存器，可以灵活控制其工作频率范围，并且支持ISO 18000-6C/EPC global Gen2空中接口协议。
（3）GPRS无线通讯部分；GPRS（General Packet Radio Service英文缩写）即通用无线分组业务，是一种基于GSM无线系统的分组交换技术。GPRS是GSM网络向第三代移动通信发展的过渡技术，被称为2.5G，但在很多方面具有自身优势，特别是经济性，沿用现有的GSM网络来发展即可，不用重新铺设网络，相比第三代通讯技术（3G网络）节约成本。本文选用了Siemens的TC35i[3][4]模块作为GPRS的通讯模块。
3.2 软件设计
手持终端的软件设计分为嵌入式操作系统的选用和应用程序设计两部分。
3.2.1 嵌入式操作系统的选用
目前，嵌入式操作系统品种较多，考虑系统软件的扩展性、持续性，本文选用了微软公司的Windows CE.net。该操作系统是基于移动电子设备而设计，是一种较为成熟的嵌入式操作系统，广泛用于各类移动终端设备操作系统。Windows CE延续了Windows的界面风格、使用微软的开发工具、可以使用Windows的函数，从而使应用程序的开发变得简单，缩短应用程序的开发周期。
3.2.2 软件工作流程
手持终端系统软件主要功能：终端工作时，首先通過无线模块（GPRS）从数据中心下载检验任务，使用RFID模块采集外部数据信息，领取检验任务，然后根据具体检验任务处理检验信息信息，最终通过无线模块（GPRS）将数据信息上传给数据中心，在根据控制中心的回复的指令要求进行相应的操作。同时，通过RFID模块将重要检验信息（如最近一次检验日期）写入电梯RFID身份识别卡内。
3.3 功能演示
图5是手持终端的实物及系统框架图，该手持终端配置了RFID模块及GPRS无线通讯模块。通过RFID模块完成与电梯RFID信息卡的读写，使用GPRS无线通讯模块完成与数据中心的数据交互，实现了检验现场的信息集中管理。图6是手持终端应用程序基本功能演示。
4 结束语
本文设计的电梯检验手持终端是基于物联网的检验管理系统，主要根据电梯检验工作的实际需求，通过RFID模块和GPRS无线通讯模块完成电梯和检验人员与数据中心的数据交互。随着电梯检验工作信息化进程的进一步深入，广泛应用电梯检验手持终端将是大势所趋。因此，本方案具有良好的应用前景。
参考文献
[1] 李文新； 王广龙； 陈建辉；《基于S3C2440和WinCE的嵌入式传感测控系统》；计算机测量与控制，2009年08期
[2]卓建亮、文光俊、李建；《一种小型化便携式UHF RFID读写器的实现》微型机与应用，2011年08期
[3] 金加根； 董鹏曙；《基于TC35i模块塔式起重机远程报警系统》； 电脑知识与技术， 2009年36期
[4] 肖广兵； 唐慧强；《基于TC35I的无线数据采集系统的设计》， 通信技术 ， 2009年04期
关键词：电梯检验；物联网；RFID；GPRS
1 引言
我国电梯检验工作从上世纪八十年代开始起步，经过三十多年的发展形成了一个完整体系。随着我国经济发展和城镇化进程的加速，电梯数量的急剧增长带来电梯检验工作量的成倍增加，造成检验人员工作繁重，急需从检验工作中寻找新方式、新方法提高检验工作效率，降低电梯检验人员工作量，保障检验质量。目前，检验机构通过信息化手段建立了检验管理系统用于检验业务的集中管理，但现有检验管理系统并未将检验工作中的“人”、“电梯”纳入网络，阻碍了检验工作效率的进一步提高，基于物联网的检验管理系统（以下简称系统）提供了解决方案。电梯检验手持终端是基于物联网的检验管理系统中重要一环，它通过射频识别（RFID）技术现场采集电梯的信息、领取检验任务、管理检验信息，并通过无线通信技术将各类检验信息传到信息中心，实现检验过程中信息集中管理，保证了检验人员、电梯与数据中心的信息交互。然而，目前市场手持终端种类众多，考虑到成本及功能的針对性，缺少专为电梯检验设计与开发的手持终端，针对这一情况，本文提出一种专为电梯检验所用的电梯检验手持终端。
2 基于物联网的检验管理系统
2.1 基于物联网的检验管理系统的需求
基于物联网的检验管理系统将电梯检验工作中任务受理、任务下达、任务接受、检验信息录入、检验记录出具、校阅、检验报告出具、校阅、审核、批准、打印、存档等所有环节集中管理的业务管理系统，与现有检验管理系统相比，增加了检验现场的受检设备信息读写、远程检验任务下载、任务接受、现场数据上传、检验记录信息管理等功能，实现新增功能重点考虑以下需求：
（1）建立电梯设备的身份系统，用于电梯身份识别及记录相关信息；
（2）设计电梯检验移动终端，实现现场检验工作中领取检验任务、查看电梯信息、录入检验信息、上传数据等功能；
（3）通过检验原始信息的集中管理，自动形成相关检验记录和检验报告。
2.2 基于物联网的检验管理系统设计；
2.2.1 总体设计；
根据电梯检验业务的需求分析，基于物联网的检验管理系统由三个部分组成：
第一部分：数据中心即服务器，提供数据支持及网络通讯接口；
第二部分：RFID（电子标签）系统；利用RIFD系统为电梯安装RFID卡，建立电梯身份的信息档案，完成电梯设备数字化；
第三部分：手持终端设备系统；手持终端是检验人员访问服务器硬件载体，也是实现电梯RFID卡与系统进行信息交互的中间载体，保证电梯、检验人员与数据中心的通讯联系。
图1 基于物联网的检验管理系统物理框架图
2.2.2 检验业务流程设计；
基于物联网的检验管理系统改变了原有业务流程只能在PC终端管理的局面，由于RFID系统及手持终端的使用，使得现场检测环节加入到业务流程中。现场检测环节依靠手持终端设备完成领取任务单（利用RFID系统）、设备信息卡的读写、检验信息的管理及数据上传等，为数据中心完成后续业务工作提供数据支持。综合考虑根据不同终端分别设计相应业务功能，具体功能分配如下：
PC终端完成以下工作：报检申请受理、编制工作单及任务单、检验任务下达、接受现场检测数据、编制原始记录、管理检验报告等；
手持终端客户端完成以下工作：通过RFID系统领取检验任务单、管理现场检验信息、读写电梯RFID信息卡、保持与系统的信息交互。
图2 基于物联网的检验管理系统业务流程图
3 手持终端的实现
3.1 硬件设计
本文设计的电梯检验手持终端是集数据采集、无线通讯、信息存储、多媒体功能为一体，可同时实现RFID电子标签的读写、无线数据通讯、数据自动处理等功能。目前，手持终端开发技术发展成熟，能够根据实际需要快速的配置各种模块，一般带有独立的操作系统，有液晶显示屏，具有良好的人机界面。考虑基于物联网的检验管理系统整体需求，本文在手持移动终端硬件设计与实现上主要满足电梯检验工作的特殊性，如数据存储、自身防护、电池续航等方面。在原有各基本功能模块的基础上配置了RFID读写模块和GPRS通讯模块。手持终端硬件系统设计上考虑便携性能及小型化，电路设计时选用集成度高的芯片，体积小的电子元件，以节约硬件空间，选用三星的S3C2440ARM芯片作为手持移动终端[1]的CPU，配置相关基本电路、UHF RFID读写模块（工作频段在860到960MHz）及GPRS通讯模块。
系统总体框架如图3所示，主要包括核心处理部分（CPU+FLASH+SDRAM）、对外接口部分（WIFI+蓝牙+USB）、软件调试接口部分（USB+RS232）、GPRS无线通讯部分、数据采集部分（UHF RFID读写）、电源管理等。
（1）核心部分；S3C2440是三星公司开发的用于移动设备的一款16/32位RISC微处理器，采用ARM920T内核，工作频率可以达到400MHz，手持终端采用128MB的SDRAM、1GB的Nand Flash以及SD卡的外扩存储器方案。选用两片16位SDRAM芯片组成32位数据总线，单片SDRAM大小64MB，分别组成高16位和低16位。应用bank6作为SDRAM的寻址空间，采用了nGCS6作为SDRAM的片选，寻址空间为0x30000000到0x37FFFFFF。S3C2440集成了8位/16位的NAND Flash控制器，支持512 /1024/2048个字节的NAND Flash页面大小。NAND Flash采用非标准总线形式的地址和数据传输方式，需要专门的NAND Flash控制器来完成对其寻址和数据读写。 图3 硬件总体设计框架图
（2）RFID读写模块部分；RFID（Radio Frequency Identification）射频识别技术是利用射频信号通过空间耦合（如交变磁场、电磁场等）实现无接触信息交互并达到识别目的。RFID技术现已发展成为一种成熟自动识别技术，一般由读卡器、天线、电子标签三部分组成。本文采用超高频系统，中心工作频率为915MHz，RFID标签采用无源标签，无源标签因其体积小和成本低被广泛用于UHF频段。综合考虑我们采用了Impinj公司的R1000[2]射频前端芯片。该芯片集成度高，功能全面，结合简单的外围电路即可实现射频前端的收发功能，工作在860-960MHz频段，涵盖了不同国家或地区的UHF RFID频段，片内集成了的寄存器，可以灵活控制其工作频率范围，并且支持ISO 18000-6C/EPC global Gen2空中接口协议。
（3）GPRS无线通讯部分；GPRS（General Packet Radio Service英文缩写）即通用无线分组业务，是一种基于GSM无线系统的分组交换技术。GPRS是GSM网络向第三代移动通信发展的过渡技术，被称为2.5G，但在很多方面具有自身优势，特别是经济性，沿用现有的GSM网络来发展即可，不用重新铺设网络，相比第三代通讯技术（3G网络）节约成本。本文选用了Siemens的TC35i[3][4]模块作为GPRS的通讯模块。
3.2 软件设计
手持终端的软件设计分为嵌入式操作系统的选用和应用程序设计两部分。
3.2.1 嵌入式操作系统的选用
目前，嵌入式操作系统品种较多，考虑系统软件的扩展性、持续性，本文选用了微软公司的Windows CE.net。该操作系统是基于移动电子设备而设计，是一种较为成熟的嵌入式操作系统，广泛用于各类移动终端设备操作系统。Windows CE延续了Windows的界面风格、使用微软的开发工具、可以使用Windows的函数，从而使应用程序的开发变得简单，缩短应用程序的开发周期。
3.2.2 软件工作流程
手持终端系统软件主要功能：终端工作时，首先通過无线模块（GPRS）从数据中心下载检验任务，使用RFID模块采集外部数据信息，领取检验任务，然后根据具体检验任务处理检验信息信息，最终通过无线模块（GPRS）将数据信息上传给数据中心，在根据控制中心的回复的指令要求进行相应的操作。同时，通过RFID模块将重要检验信息（如最近一次检验日期）写入电梯RFID身份识别卡内。
3.3 功能演示
图5是手持终端的实物及系统框架图，该手持终端配置了RFID模块及GPRS无线通讯模块。通过RFID模块完成与电梯RFID信息卡的读写，使用GPRS无线通讯模块完成与数据中心的数据交互，实现了检验现场的信息集中管理。图6是手持终端应用程序基本功能演示。
4 结束语
本文设计的电梯检验手持终端是基于物联网的检验管理系统，主要根据电梯检验工作的实际需求，通过RFID模块和GPRS无线通讯模块完成电梯和检验人员与数据中心的数据交互。随着电梯检验工作信息化进程的进一步深入，广泛应用电梯检验手持终端将是大势所趋。因此，本方案具有良好的应用前景。
参考文献
[1] 李文新； 王广龙； 陈建辉；《基于S3C2440和WinCE的嵌入式传感测控系统》；计算机测量与控制，2009年08期
[2]卓建亮、文光俊、李建；《一种小型化便携式UHF RFID读写器的实现》微型机与应用，2011年08期
[3] 金加根； 董鹏曙；《基于TC35i模块塔式起重机远程报警系统》； 电脑知识与技术， 2009年36期
[4] 肖广兵； 唐慧强；《基于TC35I的无线数据采集系统的设计》， 通信技术 ， 2009年04期