基于物联网技术的电梯安全管理系统（基于物联网技术的电梯安全管理系统有哪些）

摘 要： 介绍了基于物联网技术的电梯安全管理系统。该系统采集电梯运行过程中的各种参数进行分析处理，并及时将各种信息通过无线或短信发送到后台。这将极大地提高电梯的安全系数，对于电梯的制造者与使用者都有很大的现实意义。

0 引言

物联网作为掀起我国第三次信息革命浪潮的主导技术，又称M2M，是一种以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用与服务。通过在机器内部嵌人无线通信模块，以光纤、无线通信等为接入手段，为客户提供综合的信息化解决方案，以满足客户对监控、指挥调度、数据采集和测量等方面的信息化需求[1-2]。随着中国城市化进程的加速，城市人口日益增多，越来越多的高层建筑耸立在城市中，高层电梯自然不可或缺。但电梯安全事故也频频发生，据不完全统计，全国平均20台电梯中就有1台存在隐患，平均每年事故死亡30人[3]，这样的事故提醒着大家电梯安全不容忽视。目前，电梯的安全保障主要靠维保单位的定期维修保养和电梯检验机构的定期检验。在电梯数量庞大、维护管理人员紧缺的状况下，如何及时发现电梯故障并采取有效的措施加以处理，成为电梯使用单位和监管部门必须共同应对的课题[4]。

本文设计实现了一种基于物联网技术的电梯安全管理系统，采用无线传感网与物联网技术相结合，对电梯关键信号进行采集、处理和监控，实现电梯运行状态的实时监控和故障报警。

1 系统的设计与实现

本系统由红外传感器检测模块、速度传感器模块、语音及报警模块、无线通信模块组成，系统总体工作图如图1所示。

本系统设计了电梯六层楼层模型。轿厢由电机模块驱动，通过联轴器把旋转编码器固定在电机转轴上，当电机带动轿厢升降时，旋转编码器随之转动，产生脉冲信号，并传入ATMEGA128单片机进行处理，得出此时电梯运行速度、加速度。每一楼层均设有红外传感器模块，用以检测电梯当前运行状态。当轿厢到达某楼层，该层的红外传感器处于感应状态，传感器即把当前楼层信息传送给单片机，经过单片机处理动态显示当前楼层。轿厢内设有红外传感器，如果电梯门处于开启或未完全关闭状态，电梯将会保持停靠状态。通过键盘选择，可以控制电梯前往指定目标楼层，并通过语音模块播报到达楼层和提醒乘客注意事项。当电梯运行速度与正常运行速度不符时，电梯将发出报警信号，呼叫检修人员以便迅速做出反应，并播放预置语音稳定乘客情绪。最后，通过无线通信模块，把电梯此时运行状态发送到PC端的后台服务器上，并定期发送短信给工程师，从而实现实时监控电梯运行状态，为电梯的保养、检验和监管提供数据支撑，同时为迅速可靠地实施救援提供保障[5]。

2 硬件部分设计

2.1 红外传感器检测模块

红外传感器模块对环境光线适应能力强，其具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器电路处理之后，绿色指示灯会亮起，同时信号输出接口输出数字信号（一个低电平信号）。可通过电位器旋钮调节检测距离，有效距离范围为2～30 cm，工作电压为3.3 V~5 V[6]。传感器模块输出端口OUT可直接与单片机I/O口连接，红外传感器模块原理图如图2所示。

2.2 速度传感器模块

速度传感器模块由步进电机模块和旋转编码器组成。步进电机驱动电梯运行，旋转编码器用来测量电梯运行速度以及加速度。旋转编码器主要由光栅、光源、检读器、信号转换电路、机械传动等部分组成。当旋转编码器轴带动光栅盘旋转时，经发光元件发出的光被光栅盘狭缝切割成断续光线，并被接收元件接收产生初始信号。该信号经后继电路处理后将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。旋转编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来获知其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置[7-8]。系统收到电信号后，通过对脉冲信号的统计，计算出对应的电机运行角速度，再根据角量与线量的关系，分别计算出电梯运行的实时速度以及加速度，从而实现对电梯信息的收集。速度传感器模块原理图如图3。

2.3 无线通信模块

红外传感器检测模块以及速度传感器模块将收集到的电梯运行时各种实时信息通过串口传输给电梯黑箱中的ATMEG128单片机，单片机对信息进行汇总。然后将汇总好的信息通过工业级串口转WiFi模块转化为WiFi信号传输到网关，网关将数据传输到后台服务器上[9]。PC端对收到的电信号进行分析、统计，通过相应的算法，可以得到电梯的各种参数，实时显示在后台服务器上。GSM模块与单片机相连，可以定期把电梯运行状态及时发送给工程师，极大提高了工作效率。

2.4 语音及报警模块

ATMEGA128单片机收到汇总信息后，一方面将信息通过WiFi发送给网关，另一方面播报给电梯中的乘客。WT588D语音模块内置13 bit D/A转换器，以及12 bit PWM输出，PWM输出可直接推动0.5 W/8 Ω扬声器，支持USB下载方式，支持在线下载/脱机下载。即便是在WT588D语音芯片通电的情况下，也一样可以正常下载数据到SPI-Flash。在收到单片机传来的触发信号后，对应语音将会被播放。在电梯出现故障时，乘客也可以及时的被告知，从而稳定乘客情绪。语音及报警模块原理图如图4。

3 软件部分设计

该系统要求设计完善的软件程序，完成包含各种电梯异常检测、键盘响应、显示、数据处理和中断处理等在内的功能，整个软件流程图如图5所示。

具体设计思路如下：

（1）楼层选择：选择所要到达的目的楼层。

（2）门开关检测：确定目的楼层后，检查轿厢门是否正常关闭，如果正常关闭则启动电梯，如果检测到轿厢门未完全关闭，则禁止电梯启动并报警。

（3）如果电梯启动，则实时监测电梯运行过程中的速度与加速度，然后将采集的速度、加速度与电梯安全运行时的速度、加速度对比，如果存在异常则故障报警并智能发短信通知物业或电梯工程师及时维修。

（4）当电梯到达相应楼层停止后，监测电梯门能否正常打开，如果超过一定的时间电梯门还不能正常打开，则智能报警同时短信通知工程师及时抢修，并开启音乐稳定被困乘客情绪。

软件设计中，对电梯运行中的各种状态进行异常检测，如门开关情况、速度、加速度检测等，如果存在异常情况，立即进行报警，并实时显示在后台服务器界面上，同时发送短信给工程师，提醒工作人员进行维修。

4 后台监控服务器实现

该系统的后台服务器设计使用C 语言，采用Windows Sockets API编程方式，基于TCP/IP协议，提供面向连接的服务，并在Microsoft Visual Studio 10.0下编译通过，实现可靠的通信[10]。在网络通信的双方，均有各自的套接字，并且该套接字与特定的IP地址和端口号相关联。通常，套接字主要有两种类型，分别是流式套接字（SOCK_STREAM）和数据报套接字（SOCK_DGRAM）。其中，流式套接字专门用于使用TCP协议通信的应用程序，而数据报套接字则是专门用于使用UDP协议通信的应用程序。使用流式套接字时，需要配置两端的端口号和IP地址使其一致，这样单片机就可以和PC端实现点对点通信，实时地把电梯运行状态数据显示在后台服务器上。后台监控服务器如图6所示。

5 结束语

本文设计了基于物联网技术的电梯安全管理系统，采用ATMEGA128单片机作为整个系统的核心，通过串口收到电梯运行的各种实时参数，并将运行状态信息发送给后台服务器或相关人员，以便及时做出反应。通过电梯模型的实验，把物联网技术应用到电梯产业中，有利于提升和突破电梯的保养、管理和安全监察水平。

参考文献

[1] 伊新，宋长亮.基于GPRS和物联网技术的电梯远程监控系统[J].江西通信科技，2013（3）：13-16.

[2] 王秀平.基于物联网技术的校园安防系统设计[J].实验技术与管理，2011，28（8）：103-106.

[3] 钱卫华.全国平均20台电梯有1台存隐患[N].京华时报，2011-08-01（007）.

[4] 李中兴，林创鲁，邱东勇，等.基于STM32的电梯实时监测系统[J].自动化与信息工程，2012，33（1）：43-45.

[5] 张敏，陈春俊，黄海莲.基于物联网的电梯实时监测系统设计[J].中国测试，2012，38（1）：101-105.

[6] 孟凡新，刘晓明，侯宪伦.无线遥控红外避障小车的制作[J].科技信息，2011（36）：512-513.

[7] 常春，胡瑜，董彬.光电旋转编码器的研究与应用[J].仪表技术与传感器，2001（12）：34-35.

[8] 耿读艳，于洪丽，秦莉，等.基于旋转编码器的转速控制系统的实现[J].河北工业大学学报，2007，36（3）：81-83.

[9] 车辚辚，孔英会，赵建立，等.基于物联网的智慧实验室设计[J].实验技术与管理，2013，30（10）：212-215.

[10] 唐文超.Visual C 网络编程[M].北京：清华大学出版社，2013.

（收稿日期：2014-09-05）