 Open Journal of Circuits and Systems 电路与系统, 2013, 2, 55-60 http://dx.doi.org/10.12677/ojcs.2013.24010 Published Online December 2013 (http://www.hanspub.org/journal/ojcs.html) Open Access 55 Research and Application of Elevator Intelligent Data Acquisition Alarm System Based on Internet of Things Guolong Yang, Jin Che Ningxia University School of Physics Electrical Engineering, Yinchuan Email: yangguolong_41@126.com Received: Nov. 20th, 2013; revised: Dec. 18th, 2013; accepted: Dec. 22nd, 2013 Copyright © 2013 Guolong Yang, Jin Che. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. In accordance of the Creative Commons Attribution License all Copyrights © 2013 are reserved for Hans and the owner of the intellectual property Guolong Yang, Jin Che. All Copyright © 2013 are guarded by law and by Hans as a guardian. Abstract: With the development of modern society, elevator has been necessary in our life. Th e security of elevator has also become a focus of attention. This paper studies the theory of elevator intelligent data acquisition alarm system based on the internet of things and the design flow of its overall architecture, analyzes its important modules, and ap- plies it to actual operation. Keywords: Elevator Intelligent Data Acquisition; Module Design; System Design; Practical Analysis 基于物联网的电梯智能数据采集报警系统研究及应用 杨国龙，车 进 宁夏大学物理电气信息学院，银川 Email: yangguolong_41@126.com 收稿日期：2013 年11 月20 日；修回日期：2013 年12 月18 日；录用日期：2013 年12 月22 日 摘 要：随着现代社会的发展，电梯已经成为人们生活的必需品，而电梯的安全也就自然成为人们关注的重点。 本文分析了基于物联网的电梯智能数据采集报警系统的工作原理及其总体架构的设计流程，对其重要模块进行 了设计分析，并将其初步运用在实际中。 关键词：电梯智能数据采集；模块设计；系统设计；实用分析 1. 引言 随着信息时代的跃进式发展，特别是计算机、通讯、 物联网和集成电路等技术的日趋成熟，不管是在个人生 活方面还是在工业应用领域，对日常大量信息追求着更 为方便、快捷、实时的处理。人们对电梯安全性不断增 高的追求使得电梯智能数据采集报警方案应运而生，电 梯的智能数据采集报警的实现是提高电梯安全性的重 要方案。利用物联网技术将区域内的电梯连接起来，则 可以实现实时传送电梯的运行状态和工作参数。 2. 电梯智能数据采集报警系统介绍 2.1. 定义 电梯智能数据采集报警终系统，是用来采集电梯 实时运行的一些参数，并对这些数据进行记录和分 析，从而判断电梯当前的运行状态，在故障情况下能 根据故障给出不同的告警，并通过长期的数据积累和 分析，从而得出电梯的运行故障概率，从而保证电梯 在整个生命周期内安全运行。图 1为电梯智能数据采 集报警系统功能交联图。  基于物联网的电梯智能数据采集报警系统研究及应用 Open Access 56 传感器数据源 平台数据传输 平层传 感器 称重传 感器 基站传 感器 门磁传 感器 供电监 测 WEB平台 供电及数据采集 电源采集 板(含可充 电电池) 各传感器轿顶单元 轿厢单元 信号 供电 通讯和控制 主控板 串口 信号 供电 黑色方形机箱 碟形塑料机壳 Figure 1. E levator intelli gent data acquisition alarm system block diagram of functional cross-linking 图1. 电梯智能数据采集报警系统功能交联框图 2.2. 系统特点 1) 通过设置在电梯里的传感设备，定时采集电梯 运行数据。用户可以通过电梯电子监管系统，实时查 看电梯的运行情况。 2) 所有数据均会存储在数据库中，可以随时进行 数据查询、事故分析和责任认定。用户根据需要，选 择所要查看的电梯运行数据。 3) 电梯发生故障时，系统会自动将故障信息发送 给电梯相关管理人员，实现多级报警。 4) 电梯黑匣子可以自动拨打求救电话，被困人员 可以直接通过轿厢话筒与管理人员通话。 3. 电梯智能数据采集报警系统结构设计 3.1. 工作原理 电梯智能数据采集报警系统对电梯系统的数据 采集点包括：开关信息，轿厢内有人无人信息，轿厢 内有人无人的图像信息，电梯运行速度信息，电梯所 在楼层信息，电梯起、停、运行的加速度信息，电梯 运行繁忙程度信息，电梯电源供电信息。 电梯智能数据采集报警系统原理简单来说就是 传感器采集楼层，开关门情况和重量情况，传输给轿 顶单元，轿顶单元再通过数模，模数转换等方式将传 输采集来的信息给轿厢单元，最后轿厢单元把轿顶单 元传输来的数据与本身红外感应到的数据做综合分 析，得出有无故障，并用过轿厢单元最后通过 GPRS 无线网络传输给电信运营商，运营商再通过光纤传输 到电梯智能数据采集报警数据平台，使电梯监管，电 梯维保，电梯产权和电梯检验单位能够了解电梯及其 乘梯人员的全面综合情况，及时处理[1-4]。如 图2电梯 智能数据采集报警系统原理所示： 3.2. 电梯故障分析 当电梯发生故障时，分为两种情况： a) 电梯故障并且轿内困人时，电梯智能数据采集 报警系统首先依次给电梯使用单位管理人员、电梯维 保单位工作人员；然后依据电梯使用单位管理人员、 电梯维保单位工作人员、的次序拨打预设的故障应急 电话，次序靠前的故障应急电话如果能够拨通，后续 故障应急电话不再拨打，如果次序靠前的故障应急电 话不能拨通，依次拨打后续故障应急电话；最后将故 障信息和轿内拍照图片信息通过 GPRS 无线网络上报 至电梯智能数据采集报警系统远端网络平台数据库 [5,6]。 b) 电梯故障并且轿内无人时，电梯智能数据采集 报警系统首先依次给电梯使用单位管理人员、电梯维 保单位工作人员发送故障告知短信；然后将故障信息 通过 GPRS 无线网络上报至电梯智能数据采集报警系 统远端网络平台数据库[7]。 电梯智能数据采集报警系统可识别、分析、记录 并报警的故障信息种类有一下 10 种：1) 非平层轿内 关人故障； 2) 电梯冲顶故障；3) 电梯蹲底故障；4) 超 速故障； 5) 非平层区域开门故障；6) 停电故障；7) 运 行开门故障；8) 非平层区域停车故障；9) 平层区域 开门故障；10) 平层区域关人故障[8]。电梯智能数据 采集报警系统故障恢复：将电梯开到平层，开门 2秒， 开关门次数大于 3次，听到播放默认语音或广告语音， 则故障恢复。  基于物联网的电梯智能数据采集报警系统研究及应用 Open Access 57 Figure 2. Elevator intelligent data acquisition ala rm system schematics 图2. 电梯智能数据采集报警系统原理图 4. 关键模块设计 4.1. LB30MCU模块 上位机 LB30MCU 功能是根据实时上报的电梯采 集信息来分析当前电梯的运行状态，并进行语音播报 和数据上传。通过主控芯片STM32 和各个单元并通 过串口控制：1) 主控芯片和 GSM 单元通过异步收发 器进行通信，TTL 电平，三线制；2) 主控芯片通过 SDIO 接口对 MICRO SD卡进行读写操作；3) 主控芯 片和音频处理单元通过 SPI接口通信，四线制；4) 主 控芯片和无线单元通过 SPI接口通信，四线制；5) 主 控芯片和加速度单元通过 IIC接口通信，两线制；6) 主 控芯片通过 SPI 接口对 FLASH 进行读写操作，四线 制；7) 主控芯片有 2路USART 接口与板外通信， RS232 电平，三线制；8) 主控芯片通过 IO口获取数 据采集检测单元提供的信号和控制LED 照明灯的点 亮；9) 主控芯片通过 IO口控制、获取摄像头单元采 集的图像信息[9]。 4.2. LB30PCU模块 下位机 LB30PCU模块采用 STC12C5A60S2 单片 机作为 MCU。LB30PCU 模块为完成系统的供电和信 号的采集等功能，设计为由 9个功能单元组成，分别 为AC-DC 变换单元、电池充电管理单元、可充电电 池、传感器信号调理单元、窗口电压管理单元、 5VDC 变换输出单元、信号采集与通讯单元、LED 状态指示 单元和串口电平转换单元。这些单元使 LB30PCU 具 备了直流供电、电池充放电管理、传感器数据采集、 串口通讯及状态指示等功能。 4.3. 电梯智能数据采集报警系统软件设计 电梯智能数据采集报警系统硬件编译用 C语言在 KeiluVision4 编译环境下编写，整体流程如下：给轿 厢单元上电，完成各模块的初始化以及开中断， STM32 通过 USART3 接收传感器的数据，并对数据 进行分析，判断采集的数据是否正确有效，有效则将 接收的数据存入外部存储器，同时编程处理提取所需 的信息发送至 USART2，无效则返回中断入口；STM32 同步控制 GPRS 模块连接到GPRS 网络并登录服务 器，登录成功后，程序进入主循环，监测终端实时发 送数据到服务器。 STM32 还可以根据 GPRS 模块的反 馈信息自动监测网络连接情况，并实现断线重连[10]。 图3为软件终端的流程图。 5. 现实实用情况及问题 电梯智能数据采集报警系统实际使用的中期实 验选在宁夏大学并对 21部电梯安装了电梯智能数据 采集报警系统。实用主要可以对设备进行更好的测试 并完善。图 4是电梯监控的实际界面，图 5电梯智能 数据采集报警系统故障记录，图6真实故障实时照片。  基于物联网的电梯智能数据采集报警系统研究及应用 Open Access 58 图4中有运行状态，门状态，是否有人，楼层， 是否有故障等一些基本信息。对电梯信息检测有很大 用处。图 5可以看出电梯的故障可以随时检测，并分 析故障即使做出处理，并结合图 6可以明确电梯内部 情况，及时处理故障，安抚电梯内人员。 表1看出使用设备前后处理次数和处理时间的差 别，从几个月的跟踪观察可以得出使用电梯智能数据 采集报警系统后效果明显改善，对电梯检测有很好的 效果。 在实际运行中电梯智能数据采集报警系统基本上 可以很正常的运行，并对各种电梯运行中的关键数据进 行准确的传输和纪录，但是还是有以下一些问题： 开始 初始化模块，开中断 开始接受采集数据 判断是否成功 分析处理采集数据，并分析 故障 建立GPRS连接 连接是否成功 电梯维保单位 发送分析数据或故障至处理 器 下一次任务 N 有故障 Figure 3. LB 30MCU software terminal fl owchart 图3. LB30MCU软件终端的流程图 Figure 4. Elevator intel ligent data acquisition alarm s ystem interface 图4. 电梯智能数据采集报警系统界面  基于物联网的电梯智能数据采集报警系统研究及应用 Open Access 59 Figure 5. Elevator intel ligent data acquisition alarm system failure recording 图5. 电梯智能数据采集报警系统故障记录 Figur e 6. Real-time photos of real faults 图6. 真实故障实时照片 Table 1. Comparison of malfunction before and after using the elevator intelligent data acquisition alarm system 表1. 使用电梯智能数据采集报警系统前后故障对比 使用前 使用后 月份 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 故障处理次数/次 8 9 6 6 10 10 8 13 故障处理时间/小时 2 3 3 2 1 1 0.5 1 1) 误报故障。主要原因是在安装时出现的基站传 感器安装位置不准确，导致基站传感器不能正常工 作。还有一些误报故障的原因是轿厢单元安装前，红 外感应的可变电阻没有调整到正确阻值，导致红外感 应过于灵敏，细微的变化导致黑匣子感应“有人”在 电梯轿厢之中，致使关人故障较多。 2) 在实际测试中，由于种种现实情况的限制，如 电梯井道中信号不好，轿厢信号不好等，导致黑匣子 在现实使用中有各种数据异常的情况，而且会导致故 障发生无法及时处理等问题。  基于物联网的电梯智能数据采集报警系统研究及应用 Open Access 60 6. 总结 本文从功能上全面介绍了电梯智能数据采集报警 系统的结构，本系统经济适用、可靠性高，实现了电梯 远程监控的参数采集、数据共享、实时监测、数据状态 的存储、故障预测与报警以及体系扩展升级等功能。 由于本人时间和精力有限，主要研究了系统的设 计和工作原理主要功能的实现，系统的很多功能部分 还有很大的改善空间。到目前为止，整个系统还只是 初步运用，因此未来的工作还需要不断研究以逐步完 善整个系统。 参考文献 (References) [1] 安洪涛 (2004) 基于网络的电梯远程监控系统的研究. 南京 理工大学, 南京. [2] 龚静雯 (2006) 基于 Internet的智能电梯远程监控系统研究. 武汉理工大学, 武汉. [3] 刘明 (2006) 基于 GPRS 的电梯远程监控系统研究. 华中科 技大学, 武汉. [4] 黄涛 (2010) 物联网技术与应用发展的探讨. 信息通信技术 , 2, 9-13. [5] 陈如明 (201) 泛在/物联/传感网与其他信息通信网络关系分 析思考. 移动通信 , 30, 214-217. 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