一种应用于多领域化工生产链的物联网服务系统

技术领域

本发明涉及电子信息管理与定位技术领域，具体为一种应用于多领域化 工生产链的物联网服务系统。

背景技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是信息化时代的重要发展 阶段，顾名思义，就是物物相连的互联网。物联网的核心和基础仍然是互联 网，是在互联网的基础上进行延伸和扩展的网络；其用户端延伸和扩展到任 何物品与物品之间进行信息交换和通信，即万物互联。物联网通过智能感知、 识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被 称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联 网的应用拓展，与其说物联网是网络或连接的设备，不如说物联网是服务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心。

计算机技术、通信与微电子技术的高速发展，促进了互联网技术、射频 识别(RFID)技术、全球定位系统与数字地球技术的广泛应用。随着集成电路 技术的发展，特别是非接触IC技术的发展，目前利用射频识别(RFID)技术来 对重要物品进行识别已经非常成熟，将射频识别(FID)标志安装在需要识别的 物品中，通过相应的检测设备，就可方便地识别该物品。此外射频识别(RFID) 技术还有多种应用领域，高速公路的不停车自动收费、铁路机车车辆识别与 跟踪、集装箱识别与跟踪、出入门禁管理、动物识别、跟踪等等。

由于化工生产过程中各种监控防护设备较多，单一或者分部管理不方便 准确管理，监控防护设备之间标准不统一无法建立交互，且各种物联网的连 接技术没有统一标准，各种设备不仅功能和应用场景千差万别，设备的制造 商和供应商也林林总总，使得不同厂商或不同种类的设备间不能有效互联。 目前，鲜有满足人们贴切需求的物联网服务被设计和应用起来，采取物联网 系统对货物进行管理监管也不够灵活方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于多领域化工生产链的物联网服务系 统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种应用于多领域化工生产链的物联网服务系统，包括生产环境监控管 理模块、货物运输管理模块和物联网控制总线；

所述生产环境监控管理模块包括生产环境监测模块、紧急预警处理模块 和信息交互流程编辑模块，所述生产环境监测模块包括粉尘感应器、易燃气 体感应器、有毒气体感应器和视屏监控设备，所述紧急预警处理模块包括通 风系统、喷淋系统、停止生产预案、金技术疏散措施和预警系统；所述信息 交互流程编辑模块用于供用户编辑建立交互流程，所述交互流程用于设备与 设备之间的信息交流和控制；

所述货物运输管理模块采用射频识别的方法对货物进行监管运输、存储 盘点，所述货物运输管理模块包括射频识别控制接口、射频识别阅读器、射 频识别读/写头和射频识别标签，所述射频识别控制接口适用工业以太网协 议，所述射频识别控制接口与物联网控制总线之间双向连接，所述射频识别 标签由芯片和内置天线组成，所述射频识别标签供用户存储产品信息，所述 阅读器供用户读取射频识别标签中的产品信息，所述射频识别读/写头供用户 读/写射频识别标签内产品信息。

优选的，所述信息交互流程编辑模块为设备与设备之间建立交互流程， 设备由用户自主管理，用户可以自主添加、删除。

优选的，所述设备的数据输出接口和数据输入接口均有一个或多个，所 述交互流程中有一个或多个信号输入，所述交互流程在有一个设备信号输入 对应发送一个或多个设备的控制信号，所述交互流程在有多个设备信号输入 对应发送一个或多个设备的控制信号。

优选的，所述易燃气体感应器和有毒气体感应器采用电化学型检测器、 半导体性监测器和光致电离型检测器，根据气体种类和监测精度选择检测器。

优选的，所述物联网控制总线与所有设备之间通过双向数据通道实现互 联，构成数据传输架构。

优选的，所述设备包括粉尘感应器、易燃气体感应器、有毒气体感应器 和视屏监控设备，所述设备包括通风系统、喷淋系统、停止生产预案、紧急 疏散措施和预警系统中采用的终端设备。

优选的，所述信息交互流程编辑模块包括设备数据存储模块和设备兼容 管理支撑模块，所述设备数据存储模块用于存储上游信息采集设备和下游信 息接收应对设备的自身出厂信息，所述设备兼容管理支撑模块提供用户操作 编辑、接口通道管理和交互流程建立。

优选的，所述管理层技术模块包括标识与解析、安全技术、网络管理和 QoS管理，所述射频识别阅读器与射频识别标签之间的距离d的计算公式为：

其中，Co是单位时间的声波传播速度，Ts是系统的时间延时，Tc是预校 准脉冲期间接收天线和解调器之间电缆传输延时，T1是所有标签的时间延时， T0为传输总时间。

优选的，所述货物运输管理模块中根据射频识别标签确定位置的方法中 有三个基点，所述三个基点分别为基点1、基点2和基点3，计算射频识别标 签位置公式为：

x1

其中x、y和z为空间坐标轴，x

优选的，射频识别标签包括工作电源完全由内部电源提供的有源电子标 签和无内置电源的无源标签两种，所述射频识别标签贴于运输车辆或者运输 货物上，所述射频识别阅读器位于各个道路口、路基以及便捷放置管理的路 段。

与现有技术相比，本发明的实施例有益效果：该应用于多领域化工生产 链的物联网服务系统便捷的在上游设备与下游设备之间建立交互关系，方便 的对化工成产过程中安全进行预防、监管和紧急处理。本发明能够利用RFID 技术实现对多领域化工生产链中的化工产品实施物流信息的快速、准确识别 与全程跟踪。

附图说明

图1为本发明优选实施例中系统总体框图；

图2为本发明优选实施例中设备信息交互关系图；

图3为本发明优选实施例中物联网信息处理框图；

图4为本发明优选实施例中射频识别模块框图；

图5为本发明优选实施例中设备管理与设备管理界面示意图；

图6为本发明优选实施例中射频识别定位技术示意图；

图7为本发明优选实施例中根据信号强度三边测量位置方法示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不 是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出 创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：

参考图1，本发明的实施例中提供了一种应用于多领域化工生产链的物联 网服务系统，包括生产环境监控管理模块、货物运输管理模块和物联网控制 总线；

生产环境监控管理模块包括生产环境监测模块、紧急预警处理模块和信 息交互流程编辑模块，所述生产环境监测模块包括粉尘感应器、易燃气体感 应器、有毒气体感应器和视屏监控设备，所述紧急预警处理模块包括通风系 统、喷淋系统、停止生产预案、金技术疏散措施和预警系统；所述信息交互 流程编辑模块用于供用户编辑建立交互流程，所述交互流程用于设备与设备 之间的信息交流和控制；

货物运输管理模块采用射频识别的方法对货物进行监管运输、存储盘点， 所述货物运输管理模块包括射频识别控制接口、射频识别阅读器、射频识别 读/写头和射频识别标签，所述射频识别控制接口适用工业以太网协议，所述 射频识别控制接口与物联网控制总线之间双向连接，所述射频识别标签由芯 片和内置天线组成，所述射频识别标签供用户存储产品信息，所述阅读器供 用户读取射频识别标签中的产品信息，所述射频识别读/写头供用户读/写射 频识别标签内产品信息。

参考图2-5，本发明的实施例中信息交互流程编辑模块中两个设备、连接 于该两个设备的数据接口之间的一个数据处理模型以及将所述一个数据处理 模型与所述两个设备的数据接口连通的数据传输通道构成一个数据流模块， 多个不同的数据流模块构成所述交互流程；其中，所述数据传输通道由用户 创建。设备1、设备2和连接于设备1和设备2的数据接口之间的数据处理模 型以及数据传输通道共同构成一个数据流模块；在同样的两个设备之间不只 是可以形成一个数据流模块，也可以形成多个实现不同功能的数据流模块， 设备1、设备2和连接于设备1和设备2的数据接口之间的数据处理模型以及 数据传输通道共同构成另一个不同数据流模块。设备1和设备3之间形成一 个数据流模块，设备2和设备3之间又可以形成一个数据流模块。

在一个交互信息模块中，数据处理模型的数据入口和数据出口分别连接 至其中一个设备的数据输出接口和另一设备的数据输入接口，以对所述其中 一个设备的设备输出值进行数据处理，从而输出一控制信号至所述另一设备， 控制所述另一设备执行相应的功能。例如设备1为粉尘感应器，设备2为易 燃气体感应器，设备3通风系统装置，设备4为喷淋系统装置，当室内粉尘 浓度高于一所设阙值，设备1发送一控制信号M1，所属控制信号M1经过信息 交互流程编辑模块提前编辑成控制设备3运转通风，降低粉尘浓度，也可以 根据设备1检测到的室内粉尘的浓度等级发送对应的控制信号M1、M2、M3和 M4等，然后通过信息交互流程编辑模块提前编辑M1为控制设备3运转通风， M2为控制设备3运转通风，再控制设备四喷洒气凝胶降低粉尘浓度。

可见，一个交互信息模块由用户根据使用需求、设备固有输出值选项以 及设备固有控制选项，选择对应的数据处理模型创建而成。其中，设备固有 输出值选项以及设备固有控制选项由设备厂商根据设备本身定义，具体地:设 备厂商从后台系统的设备厂商入口进入设备信息管理界面，实现对所述设备 信息的编辑；所述设备信息至少包括设备唯一标识(例如二维码)、所述设备 固有输出值选项以及所述设备固有控制选项。所述设备固有控制选项例如设 备的开启、关闭、待机等，不同类型、不同功能的设备，其设备固有控制选 项不同。厂商添加的设备唯一标识可以打印出来贴在出厂的设备上或设备使 用手册中，以便用户进行添加该设备。厂商所添加的设备信息还可以包括一 组系统认证信息，比如一组用户名和密码，或一个密钥，用于该设备在与所 述物联数据总线装置建立连接时所使用。

物联网中的射频识别系统中射频识别控制接口装置连接多个阅读器，阅 读器用来读取射频识别标签内的信息，射频识别读写头能够对射频识别标签 进行编辑信息，将商品的信息编写进射频识别标签里面去。当进行室内的产 品稽核时，采用射频识别技术能够有效便捷的进行稽核。其工作原理是标签 进入磁场后，接收读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发出 存储在芯片上的信息；或者主动发送出某一频率的信号。

设备管理与设备管理界面示意图所示为了方便的查询设备信息建立设备 之间的交互关系。把用于信号采集发送控制信号的叫做上游设备。上游设备 包括分成感应器、易燃气体感应器、有毒气体感应器和视频监控设备，把接 收控制信号的叫做下游设备，下游设备用来对上游设备发送的控制信号给出 对应的应答，下游设备一般有通风系统设备、喷淋系统设备、控制停止生产 的设备、用于紧急疏散的设备和预警报警设备。这些设备的厂商信息会在设 备信息块里面显示，设备的添加和删除也可以通过对设别到的设备进行确认 或者将已近在列表中的设备选择进行删除。交互关系的建立通过交互关系编 辑管理模块执行，列表中有已经建立完成的交互关系，当需要宠幸建立新的 交互关系时，利用交互关系建立模块中的交互关系设备选择块选择需要建立 交互关系的上游设备和下游设备，交互关系的编辑通过编辑对上游设备的控 制信号作出对应的下游设备的应答，用户可以根据设备间的运行关系自行建 立。

参考图6-7，本发明的实施例中射频识别RFID有射频标签、读写器，在 RFID读写器端，对应现有固件的存储区，将待写入固件分段并关联映射至存 储区，在RFID读写器端，根据RFID标签类型和写指令的三个特征字段，将 分段后的待写入固件的指令和数据按字段编码并嵌入写命令，以完成指令编 码，RFID读写器将写命令发送至RFID射频标签，在RFID射频标签对写命令 进行解析，以完成指令解码，RFID射频标签根据写命令的解析值，执行重编 程，以完成重编程指令执行，所述的RFID射频标签类型包括软件定义的无源 可计算RFID标签类型和基于芯片的无源可计算RFID标签类型，射频标签由 IC芯片与内置天线组成，每一个射频标签都有一个唯一的电子编码，嵌在被 识别对象上，射频标签内存储了被识别对象的各种信息和数据，读写器由硬 盘驱动器、传输设备、编程器、通信器、查询器、扫描器和读头组成，用于 实现数据的传输读写以及显示射频标签信息，用于电脑其他系统进行组合。

贴标签方式将目标物体转变为智能物体，便于监控及跟踪，因此，射频 卡也称之为电子标签，由芯片和耦合元件构成，RFID系统数据载体就是电子 标签。电子标签与阅读器之间的通信可以依靠连接的天线实现，这样，才能 将标签的识别码和数据输入及读出。根据实际需要来对标签的形状进行设计， 这样能够对标签内存数据进行保护，不易损坏标签。长时间监控和追踪多个 快速运动目标、较长的使用寿命、数据存储量较高、小体积方便使用等等都 是电子标签自身优点所在。电子标签根据不同的频率氛围微波、超高频、高频、低频电子标签。而且，无源系统和有源系统是根据标签是否装设内置电 池而进行划分的。

在RFID系统中，信号发射机为了不同的应用目的，会以不同的形式存在， 典型的形式是标签(TAG)。标签相当于条码技术中的条码符号，用来存储需要 识别传输的信息，每个标签具有唯一的电子编码。标签必须自动或在外力的 作用上，把存储的信息主动发射出去。标签一般是带有线圈、天线、存储器 与控制系统的低电集成电路。信号接收机一般叫做阅读器。可设计为手持式 或固定式。根据支持的标签类型不同与完成的功能不同，阅读器的复杂程度 是显著不同的。阅读器基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径。通常阅读器与电脑相连，所读取的标签信息被传送到电脑上进行下一步处理。 天线是标签与阅读器之间传输数据的发射、不接收装置。在实际应用中，除 了系统功率，天线的形状和相对位置也会影响数据的发射和接收。RFID标签 可分为两种:有源电子标签，标签的工作电源完全由内部电池供给，同时标签 电池的能量供应也部分地转换为电子标签与读写器通信所需的射频能量。无 源电子标签没有内装电池，在读写器的读出范围之外时，电子标签处于无源 状态，在读写器的读出范围之内时，标签从读写器发出的射频能量中提取其 工作所需的电源。无源电子标签体积小、成本低，但在读写距离及适应物体 运动方面比有源电子标签差。RFID读写器由天线、射频收发模块、信号处理 单元、控制单元和接口电路组成。射频收发模块完成射频信号接收、发射、 调制解调和功率控制；信号处理单元的主要功能为防冲突算法的实现和信息 加密、解密、校验和纠错；控制单元协调整个读写器的工作；接口电路完成 读写器和数据管理系统之间的数据传输。

射频识别技术总体实现步骤为首先阅读器通过发射天线发送一定频率的 射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能 量被激活；然后射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；接 着系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅 读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码，然后送到后台主系统进行相关 处理；最后主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相 应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。图6所示，当带有射屏识别标签的车辆或者货物出现在能够对社评标签进行阅读的射频识别月度检 测装置天线工作感应范围内，射频识别阅读器检测装置就会读取货物信息， 然后将货物信息和阅读器检测装置的位置信息上传到物联网总线装置上，这 种方法是提前将位置信息写入阅读器检测装置，当阅读器监测装置读取到运 输过程中的货物信息时，将提前写好的阅读器检测装置信息与对应读取的商 品信息一起进行传输，这样的方法能够简便的进行远距离位置定位，不需要 复杂的定位计算。

当进行商品稽核时，往往在厂区范围之内，这时采取通过读取商品的射 频识别标签来直接定位商品了解产品信息。采用表面声波识别标签的方法可 以对产品进行定位。表面声波识别标签全部是无源标签。测定每个标签脉冲 反应的频率，接着标签重新传送相关信号。重传信号有一个自相关峰值，产 生幅度值最高的脉冲响应标签就是待定位点的标签。基于信号到达时间的方 法测量每个读写器i与标签之间的距离如式所示。距离Di＝(T0-T1-Ts-Tc) /Co其中，Ts是系统的时间延时；Tc是预校准脉冲期间接收天线和解调器之间电缆传输延时；T1是所有标签的时间延时，T0为传输总时间。有3个估计 距离时，系统用三边测量法定位标签。这种方法利用发射信号强度的衰减与 发射机和接收机之间的距离成函数关系。依据相应的传播信号路径损耗，把 信号强度转化为距离进行定位，待定位点最少需要3个参考点参与计算，所 述三个基点分别为基点1、基点2和基点3，计算射频识别标签位置公式为：

x1

其中x、y和z为空间坐标轴，x1

本发明的实施例中信息交互流程编辑模块中两个设备、连接于该两个设 备的数据接口之间的一个数据处理模型以及将所述一个数据处理模型与所述 两个设备的数据接口连通的数据传输通道构成一个数据流模块，多个不同的 数据流模块构成交互流程，当交互流程建立时就可以通过物联网将化工生产 链过程中涉及的各种设备之间建立连接关系，智能、便捷、快速的进行设备 之间的交互处理，信号采集块与事故应急处理块之间建立交互关系就可以快 速的对生产过程中出现的各种意外进行处理，还有可供用户自己编辑交互关 系的信息交互流程编辑模块，更加方便用户根据自身厂区的特点，专项的建 立薄弱点的监管与处理之间的交互关系，保障生产过程的安全。在商品处理 过程中，为了对商品流通途径和快速的对商品运输途中意外进行处理，采用 射频识别的监管方式快速的了解产品运输情况，利用射频识别的电子标签和 射频识别阅读器，在运输过程中，当带有射频识别标签的货物或运输车被射 频识别阅读器读取到时，根据射频识别标签上的产品信息和带有阅读器的检 测装置中存储的位置信息，向物联网总线装置发送产品信息和位置信息，这 样就实现了对产品的跟踪定位。当在厂区内进行稽核时，利用无源的射频识 别标签来对产品进行定位，采用表面声波识别标签的方法可以对产品进行定 位。表面声波识别标签全部是无源标签。测定每个标签脉冲反应的频率，接 着标签重新传送相关信号。重传信号有一个自相关峰值，产生幅度值最高的 脉冲响应标签就是待定位点的标签。利用三个基点测得的距离来对产品进行 三边测量定位，从而找到商品的具体位置，快速简便的让稽核工作的工作量 降低，提高稽核工作的工作效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节， 而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实 现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且 是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨 在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。 不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实 施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起 见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也 可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。