基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電梯底坑進(jìn)水監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)

陸海濤 成新民 雷雪 李倩

摘要：利用NBIOT技術(shù)開發(fā)一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電梯底坑進(jìn)水監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要用于水位監(jiān)測及預(yù)警。給出系統(tǒng)的主要構(gòu)成，闡述了數(shù)據(jù)采集傳輸及處理的具體方法，自定義了數(shù)據(jù)通訊的通信協(xié)議，以及論述系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和后臺報(bào)警設(shè)計(jì)的方法。系統(tǒng)測試結(jié)果滿足了設(shè)計(jì)需求。

關(guān)鍵詞：NBIOT;物聯(lián)網(wǎng);水位監(jiān)測

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）10-0178-02

0 引言

隨著近幾年來我國建設(shè)行業(yè)飛速發(fā)展，電梯設(shè)備的安裝數(shù)量逐年增長。隨著電梯的廣泛應(yīng)用，電梯的故障和安全隱患愈發(fā)引起人們的重視。在電梯的使用中，經(jīng)常遇見的問題之一就是電梯底坑積水導(dǎo)致電梯無法使用或帶病運(yùn)行，這存在著嚴(yán)重的安全隱患，較輕時(shí)使電梯外觀不雅，嚴(yán)重時(shí)造成電梯損壞，有時(shí)甚至發(fā)生人身傷亡事故。

由于我國現(xiàn)有電梯規(guī)范的安全條款中，對用技術(shù)手段防水的要求不多。因此，我們擬開展基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電梯底坑進(jìn)水監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)的研究。該系統(tǒng)能監(jiān)測電梯底坑水位變化，并能通過無線網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)頁上顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，一旦水位超過設(shè)定的閾值，就會(huì)在客戶端和手機(jī)端同時(shí)發(fā)送報(bào)警信息。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要由電源模塊，水位采集模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，傳輸模塊和上位機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及預(yù)警模塊組成。電源模塊將電梯井道中的220v交流電轉(zhuǎn)換成5v直流電，確保單片機(jī)以及其他模塊的正常運(yùn)行，水位采集模塊是通過CYW11通用型投入式液位傳感器采集液位高度，并將模擬量傳到數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)的處理后再通過NBIOT上傳到服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并判斷是否超過預(yù)先設(shè)定的閾值，若超過，則通過客戶端發(fā)出警報(bào)聲以及通過短信通知相關(guān)人員進(jìn)行處理。

2 數(shù)據(jù)采集傳輸及處理

2.1 井道底坑進(jìn)水及水位信息采集

對于井道底坑進(jìn)水，系統(tǒng)采用CYW11通用型投入式液位傳感器，通過對傳感器壓力的變化，輸出0.5V-2.5V的電壓模擬量，DA轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，經(jīng)過數(shù)據(jù)整合得到具體的水位。

2.2 數(shù)據(jù)的無線傳輸

系統(tǒng)使用NBIOT來做無線傳輸，先自己確定通信協(xié)議，然后按照制定好的通信協(xié)議來編寫一個(gè)字符序列，然后通過4G發(fā)送到透傳云，透傳云再將字符序列發(fā)送給服務(wù)器，再有服務(wù)器來對字符序列進(jìn)行處理。這樣能有效防止數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤和丟失。

2.3 數(shù)據(jù)處理

系統(tǒng)上位機(jī)和下位機(jī)之間相互通信，在上位機(jī)端和下位機(jī)端都有對字符序列的處理，也就是數(shù)據(jù)處理。我們約定了通信協(xié)議，就按照通信協(xié)議的格式對字符序列來判斷是否完整，比如，從起始位開始，對每一位進(jìn)行判斷，是否正確，若整個(gè)字符序列都是正確的話，則認(rèn)為數(shù)據(jù)是完整的，如果是完整的話，就把放水位的那兩位的數(shù)據(jù)提取出來，若不完整，則舍去。

3 通信協(xié)議

通信協(xié)議是指通信雙方共同完成通信或服務(wù)所必須遵守?cái)?shù)據(jù)單元使用的格式、信息單元應(yīng)該包含的信息與含義、連接方式、信息發(fā)送和接收的時(shí)序等。協(xié)議定義了數(shù)據(jù)單元使用的格式，信息單元應(yīng)該包含的信息與含義，連接方式，信息發(fā)送和接收的時(shí)序，從而確保網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)順利地傳送到確定的地方。

為了使后臺監(jiān)控軟件能準(zhǔn)確理解數(shù)據(jù)的來源及含義，保證通信的可靠性，需要自定義傳輸協(xié)議。具體形式見下表，當(dāng)上位機(jī)未設(shè)定采樣時(shí)間時(shí)，單片機(jī)自動(dòng)每隔5秒發(fā)送一條Hello命令，表示此時(shí)設(shè)備已連接，當(dāng)上位機(jī)向單片機(jī)發(fā)送水位采樣時(shí)間間隔設(shè)置命令后，單片機(jī)自動(dòng)向上位機(jī)發(fā)送水位采樣命令，水位采樣命令中包含當(dāng)前水位信息，當(dāng)水位超過閾值時(shí)，服務(wù)器通過網(wǎng)口向單片機(jī)發(fā)送手機(jī)短信命令，手機(jī)短信命令里面包含電話號碼以及短信內(nèi)容。（Hello命令和水位采樣時(shí)間間隔設(shè)置命令中的采樣時(shí)間如果是0x00表示無效，單位為秒）。

通信協(xié)議定義格式如表1所示，前4個(gè)字節(jié)為起始位，第5個(gè)字節(jié)為長度，第6個(gè)字節(jié)為命令字，最后一位為校驗(yàn)位，命令字到校驗(yàn)位之間為所需要發(fā)送的實(shí)際內(nèi)容，長度為從第5字節(jié)開始到校驗(yàn)位的前一位（不包括長度及校驗(yàn)位），校驗(yàn)位是將長度位開始到校驗(yàn)位前一位中的每一位異或起來。

4 后臺監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

4.1 用戶界面

用戶界面如圖2所示，設(shè)備在線則地標(biāo)顯示紅色，反之則為灰色。當(dāng)傳感器檢測到電梯底坑水位超過設(shè)定的閾值時(shí)，紅色地標(biāo)閃爍。產(chǎn)生異常信號的電梯的水位監(jiān)測圖表出現(xiàn)在用戶界面，如圖3所示。發(fā)出報(bào)警聲音，同時(shí)發(fā)送短信提醒維修人員對異常信號電梯進(jìn)行檢查和維修。電梯底坑水位在設(shè)定的閾值以下時(shí)，恢復(fù)正常。

4.2 軟件系統(tǒng)框架

軟件系統(tǒng)框架圖如圖4所示，服務(wù)器將從透傳云拿取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，若超過閾值，則報(bào)警。瀏覽器向服務(wù)器發(fā)出讀取數(shù)據(jù)請求，服務(wù)器向數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)，然后將所得到的數(shù)據(jù)最終顯示到網(wǎng)頁上。

5 系統(tǒng)后臺報(bào)警設(shè)計(jì)

監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警設(shè)計(jì)流程如圖5所示，系統(tǒng)在接收到開始命令后，進(jìn)行數(shù)據(jù)初始化，主程序主要判斷水位是否超過原先設(shè)定的閾值，是否達(dá)到5個(gè)采集點(diǎn)，若都都未達(dá)到或者只有其中一項(xiàng)達(dá)到，都將返回循環(huán)，一旦水位超過閾值，并且達(dá)到5個(gè)采集點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)，并且通過網(wǎng)口將報(bào)警信息發(fā)送給GSM，提醒電梯維修人員進(jìn)行及時(shí)的檢測和維修。

6 結(jié)語

系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場測試，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。能夠?qū)﹄娞莸卓舆M(jìn)水和水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存在數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)?shù)卓铀贿_(dá)到閾值，報(bào)警模塊會(huì)實(shí)時(shí)在客戶端報(bào)警，同時(shí)給設(shè)定的手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息，通知工作人員及時(shí)維護(hù)，實(shí)現(xiàn)了電梯底坑水位的監(jiān)測和預(yù)警，避免電梯因進(jìn)水而產(chǎn)生故障，減少電梯安全事故，延長電梯的使用壽命。但是系統(tǒng)采集電梯底坑水位數(shù)據(jù)時(shí)存在一定誤差，對于閾值的判定存在一些影響，這個(gè)問題有待進(jìn)一步改進(jìn)。

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