引 言

在智慧水務領域，伴隨著各種物聯(lián)網(wǎng)設備及無線通信技術的快速發(fā)展，相應的智能硬件設備的種類也越來越多 [1-2]。但是此類設備的運行環(huán)境多數(shù)無法提供市電供電，采用電池供電且一般工作在低功耗模式 ；另一方面，此類設備的資源有限，對成本比較敏感，因此很多設備廠家直接將微控制器（Microcontroller Unit，MCU）內(nèi)部的器件 ID 作為設備地址實現(xiàn)身份識別。雖然這種模式可以識別設備的唯一性，但是缺乏規(guī)律性與追溯性，不利于設備管控、生產(chǎn)管理與售后維護，無法大面積推廣。與此形成鮮明對比的是，在現(xiàn)有同樣數(shù)量龐大的移動終端中，其設備的 ID 早已普及，且具有全球唯一性，展現(xiàn)出其管控的便利性。

基于以上背景，有必要根據(jù)智慧領域硬件設備的特點， 設計適用于該類設備的 ID 管理系統(tǒng)。因此，本文在不增加硬件成本的前提下，利用設備的 FLASH 資源，結(jié)合嵌入式軟件以及平臺 ID 燒寫管理軟件，實現(xiàn)低成本的設備 ID 管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可將有規(guī)律性、可追溯性的唯一 ID 植入設備， 有效解決設備管控、生產(chǎn)管理及售后維護中的問題。

1 系統(tǒng)總體架構及原理

本文設計的設備 ID 管理系統(tǒng)總體架構如圖 1所示，該系統(tǒng)主要由設備 ID管理服務器、用戶電腦、通用串行總線（Universal Serial Bus，USB）轉(zhuǎn)串口設備、板級硬件設備組成。設備 ID管理服務器用于存放設備 ID數(shù)據(jù)庫，以及部署管理平臺實現(xiàn)設備 ID 的規(guī)則管理、權限管理、追溯管理，并提供應用接口給用戶和其他管理系統(tǒng)。各個用戶通過部署應用軟件，采用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)與服務器的 ID 數(shù)據(jù)庫建立連接。板級硬件設備通過 USB 轉(zhuǎn)串口設備與用戶電腦建立連接，實現(xiàn)設備 ID 燒寫軟件與板級設備的交互，并將有規(guī)律性、可追溯性的 ID 下載到設備中，同時將結(jié)果反饋至服務器實現(xiàn)雙向管理。

從圖 1 可明顯看出，本文系統(tǒng)基本采用通用設備，不需要額外開發(fā)新的硬件設備，通用性較強，只需要板級的硬件設備預留串口與 FLASH 資源即可，這兩個硬件設備資源在目前的智慧水務領域基本是標配，所以該系統(tǒng)可在不增加硬件成本的情況下實現(xiàn)系統(tǒng)設計。

2 硬件設計

設備 ID 管理系統(tǒng)中，板級硬件設備是系統(tǒng)設計的核心內(nèi)容。智慧水務領域的硬件設備多采用電池供電，通常須保持低功耗休眠模式，因此在燒寫 ID 過程中需通過磁桿喚醒設備。設備喚醒后，MCU 通過通用異步收發(fā)器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）接口與 USB 轉(zhuǎn)串口設備連接，該轉(zhuǎn)接設備與電腦通過 USB 連接，從而實現(xiàn) MCU 與電腦燒寫軟件之間的通信，進而可實現(xiàn)兩者之間的協(xié)議及數(shù)據(jù)交換 [3]。考慮到很多設備采用的 MCU 資源有限，且后期有可能需要升級軟件，所以將設備 ID 信息存儲在外部 FLASH 可使系統(tǒng)具備更高的兼容性。板級設備硬件框圖如圖 2 所示。

3 軟件設計

本節(jié)重點闡述設備 ID 管理的業(yè)務流程及設備 ID 規(guī)則，在此基礎上給出設備 ID 管理的軟件流程。其中，業(yè)務流程闡明系統(tǒng)實現(xiàn)設備 ID 管理功能的步驟，設備 ID 規(guī)則明確通信的編碼規(guī)則。

3.1 業(yè)務流程

智慧水務領域硬件設備 ID 管理系統(tǒng)的業(yè)務流程如圖 3 所示。首先用戶通過燒寫軟件選擇相應的產(chǎn)品參數(shù)（如產(chǎn)品線、設備類型等）。然后選擇從服務器獲取 ID 號段，服務器收到獲取命令后從數(shù)據(jù)庫提取未被使用的 ID 號段并下發(fā)到用戶端，同時將這些號段鎖定，防止重復下發(fā)。用戶端獲取成功后即可選擇燒寫設備 ID 號，設備收到燒寫命令后對 ID 號進行鑒別，若設備本身無 ID 號且設備類型一致，則將該ID 燒寫到外部 FLASH，并返回成功應答碼，若失?。ㄈ缭O備ID 已存在、設備類型不對、設置失敗等）則返回不同應答碼。

當批量生產(chǎn)結(jié)束后，選擇上傳序列，將已燒寫與未燒寫的 ID 號段回傳至服務器數(shù)據(jù)庫，做相應的刪除與釋放工作， 從而實現(xiàn) ID 號段的統(tǒng)一管理與資源最大化。

3.2 設 備 ID 規(guī) 則

智慧水務領域的硬件設備多采用電池供電，對能耗的開銷非常敏感，而且多數(shù)設備采用無線通信方式。為了盡量減少無線通信帶來的耗能，本文系統(tǒng)在保證工作正常的前提下盡量減小設備 ID 的長度。

本文設計的設備 ID 規(guī)則如圖 4 所示，其包含廠家編碼（1 B）、產(chǎn)品系列（1 B）、產(chǎn)品類型（1 B）、年（1 B）和序列號（3 B）共 7 B。

（1）廠家編碼 ：實際設備可能存在不同廠家代工現(xiàn)象，為了后期可追溯，不同的廠家編碼代表不同廠家。 

（2）產(chǎn)品系列、產(chǎn)品類型 ：由于智慧水務領域硬件設備系列種類較多，所以產(chǎn)品系列和產(chǎn)品類型用于區(qū)分不同系列不同類型的硬件設備，便于后期平臺對設備進行管理。 

（3）年、序列號 ：年與序列號配合使用，實現(xiàn)設備 ID唯一性，最大可支持每年 100 萬臺某類型的設備。

通過上述編碼規(guī)則可有效實現(xiàn)設備的云管控、售后管理及生產(chǎn)管理。

3.3 設備 ID 軟件流程圖

板級硬件設備進入設置狀態(tài)后，一旦收到設備 ID 燒寫指令，就會對數(shù)據(jù)進行解析、校驗及匹配，然后判斷設備 ID是否為空，若為空則將收到的 ID 燒寫到設備的 FLASH 中，并返回成功應答碼，否則返回錯誤應答碼 [4-5]。設備 ID 軟件流程如圖 5 所示。

4 實用效果

本文設計的設備 ID 管理系統(tǒng)可應用于智慧水務領域硬件設備的生產(chǎn)管理、售后管理及設備管控等，大大提升這些環(huán)節(jié)的工作效率與質(zhì)量。

4.1 生產(chǎn)管理

本文系統(tǒng)給不同類型的設備賦予了唯一的身份標識，該標識可體現(xiàn)此設備的生產(chǎn)信息（如由哪條生產(chǎn)線生產(chǎn)、設備類型、生產(chǎn)批次等），結(jié)合制造企業(yè)的生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）， 對應硬件設備的元器件廠家批次、生產(chǎn)人員、生產(chǎn)工藝等信息進行關聯(lián)，有利于成品不良率的分析。此外，在做半成品檢測時，設備 ID 已經(jīng)生成，因此結(jié)合自動化工裝，可自動生產(chǎn)對應信息，無需人員手工錄入，從而提升了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。

4.2 售后管理

在智慧水務領域，硬件設備的數(shù)量基數(shù)較大且設備種類較多，因此給售后人員的設備維護工作造成了較大壓力。通過引入設備 ID 管理系統(tǒng)，售后人員利用手持設備掃描外殼二維碼或直接讀取設備 ID，就可獲取到相應的設備信息，并將售后信息導入售后系統(tǒng)。而售后系統(tǒng)與研發(fā)系統(tǒng)掛鉤，研發(fā)人員將第一時間獲取設備情況，并通過生產(chǎn) MEX 系統(tǒng)調(diào)閱該設備相關生產(chǎn)信息，從而獲取到完整的設備信息。在多維信息的支撐下，研發(fā)人員可迅速定位問題點，進而快速配合售后人員解決相關問題，從而有效降低售后維護成本，同時提高售后響應速度。

4.3 設備管控

通過硬件設備的 ID，設備管控平臺有了抓力點，可對設備的運行狀況進行全生命周期的管控與調(diào)度。智慧水務領域的設備基數(shù)大且種類多，在沒有設備 ID 的情況下無法對數(shù)據(jù)快速篩選，通常都是發(fā)現(xiàn)一個，標記一個，篩選一個，當數(shù)據(jù)量大時工作效率很低。利用本文設計的設備 ID 管理系統(tǒng)，設備管理平臺可根據(jù)相應的規(guī)則自動對數(shù)據(jù)進行過濾、分類和篩選，真正為大數(shù)據(jù)分析提供強有力的信息支撐。

5 結(jié) 語

在智慧水務領域，硬件設備數(shù)量基數(shù)大且種類多的特性給企業(yè)帶來了管理上的難題。本文設計的設備 ID 管理系統(tǒng)在不增加硬件成本的前提下，通過修改硬件設備，軟件配合現(xiàn)有硬件資源，即可高效完成設備 ID 管理，且該 ID 具有規(guī)律性、唯一性與可追溯性，利用其可打通研發(fā)設計、生產(chǎn)管理、售后維護及設備管控等環(huán)節(jié)的信息壁壘，使所有管理環(huán)節(jié)信息對稱，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低售后成本，并提升數(shù)據(jù)分析能力。