電梯監(jiān)測報(bào)警控制器的設(shè)計(jì)

摘 要：硬件以雙音多頻（DTMF）和可編程邏輯器件（CPLD）為基礎(chǔ)，研制了一種電梯自動(dòng)監(jiān)測、報(bào)警系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)中的監(jiān)測控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的控制器能對電梯設(shè)備的門機(jī)開關(guān)、轎廂照明、安全鉗夾緊力、曳引機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和故障報(bào)警，用VHDL語言編程實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測控制器的各項(xiàng)功能，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)具有較好的靈活性和適應(yīng)性，并可根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行升級，電梯實(shí)測結(jié)果表明：設(shè)計(jì)方案基本可行。

關(guān)鍵詞：電梯；監(jiān)測；報(bào)警控制器；VHDL

引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速進(jìn)行，電梯的需求量猛增，到2012年，我國電梯保有量已接近240萬臺，預(yù)計(jì)未來10年，電梯保有量的年均增速將超過20%，由于電梯的安全舒適運(yùn)行事關(guān)公共安全，電梯設(shè)備的維修保養(yǎng)一直被電梯行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注，在現(xiàn)有電梯維保行業(yè)中，維保單位的定期保養(yǎng)維修和電梯檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的定期檢驗(yàn)成為電梯安全運(yùn)行的主要保障方式，由于電梯數(shù)量龐大、維護(hù)人員缺少，各個(gè)維保單位的管理和技術(shù)水平參差不齊，電梯故障很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并采取有效的處理措施，電梯主要設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測和故障報(bào)警，成為電梯監(jiān)管部門、使用單位、維保單位必須共同應(yīng)對的課題。

目前，國外已有研制出電梯監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)，其主要硬件是ASIC芯片，且價(jià)格昂貴，多用于高層和高速電梯上，但系統(tǒng)靈活性不高，在文章電梯監(jiān)測、報(bào)警控制器的設(shè)計(jì)中，主要硬件采用復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）和雙音多頻（DTMF），當(dāng)電梯設(shè)備的門機(jī)開關(guān)、轎廂照明、安全鉗夾緊力、曳引機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)工作異常時(shí)，系統(tǒng)借助電話網(wǎng)系統(tǒng)以撥話的方式發(fā)出故障報(bào)警信號，該系統(tǒng)通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)報(bào)警控制功能，具有靈活性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)功能分析

報(bào)警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1，其主要功能是對門機(jī)開關(guān)、轎廂照明、安全鉗夾緊力、曳引機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)測信號進(jìn)行監(jiān)視和識別，多個(gè)傳感器負(fù)責(zé)獲取電梯設(shè)備不同運(yùn)行部位的信號參數(shù)，當(dāng)傳感器檢測到設(shè)備運(yùn)行的故障信號時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)所識別異常信號的類別，啟動(dòng)DTMF進(jìn)行撥號，同時(shí)驅(qū)動(dòng)顯示故障的專用電路，故障信號識別控制器需完成的工作內(nèi)容如下：（1）發(fā)出摘/掛機(jī)指令；（2）識別電路所處的工作狀態(tài)；（3）在撥號操作有效情況下，對故障信號進(jìn)行分析、處理，文章重點(diǎn)分析故障報(bào)警控制區(qū)域的功能設(shè)計(jì)。

2 故障報(bào)警控制器工作電路的方案設(shè)計(jì)

由于故障報(bào)警控制器工作程序比較復(fù)雜，僅采用功能原理分解的方法進(jìn)行了模塊功能輸入，還不能實(shí)現(xiàn)工作電路的精確設(shè)計(jì)，把

硬件語言描述與功能原理分解結(jié)合起來，才能確保電路設(shè)計(jì)的高效、準(zhǔn)確，首先，將系統(tǒng)總功能分解為多個(gè)單元功能模塊，然后運(yùn)用VHDL語言進(jìn)行編程，設(shè)計(jì)出單元模塊的頂層電路，同時(shí)檢測、調(diào)試各個(gè)單元模塊，并對其進(jìn)行仿真，故障報(bào)警控制器能夠分解為以下幾個(gè)單元功能模塊：控制掛機(jī)/摘機(jī)的模塊PICK、識別電話音信號的模塊JUDGE和接發(fā)DTMF時(shí)序的模塊RT，頂層電路如圖2，系統(tǒng)時(shí)鐘（CLK）被三個(gè)模塊共同使用，RESET引腳為系統(tǒng)復(fù)位信號，當(dāng)RESET處于有效狀態(tài)時(shí)，模塊PICK輸出狀態(tài)為掛機(jī)的信號，如果傳感器檢測到信號處于正常工作狀態(tài)，EN引腳顯示為低電平， PICK引腳也將顯示并輸出為低電平，這時(shí)，其他模塊和摘機(jī)電路均處于非工作的空閑狀態(tài)，當(dāng)傳感器檢測到的信號為故障狀態(tài)時(shí)，引腳EN和PICK均顯示并輸出高電平，PICK輸出的信號將傳至模塊RT，模塊RT將產(chǎn)生呼叫處理命令，并將該命令寫成語句植入 MT8880芯片中，同時(shí)將其原有設(shè)置改為“呼叫處理”模式，此時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)電話網(wǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，各種不同頻率的求救信號IRQ被MT8880芯片輸出，JUDGE模塊的IRQ輸入端口將與IRQ的輸出信號連接，請求信號IRQ被模塊JUDGE接收到后，通過對IRQ施加脈沖來計(jì)數(shù)，以判斷電話音是否處于撥號音狀態(tài)，如果電話音未處在撥號音狀態(tài)，系統(tǒng)就生成“電話忙”BUSY信號，并將該信號反饋回模塊PICK，PICK接到反饋后，立刻輸出“掛機(jī)”信號，然后電話掛機(jī)，此時(shí)，模塊JUDGE將對IRQ重新判定，如果電話音處于撥號音狀態(tài)，模塊JUDGE立刻根據(jù)指令發(fā)出DIAL撥號信號，并將該信號反饋回模塊RT，從而達(dá)到控制MT8880芯片的目的，并使它能夠具有自動(dòng)撥出預(yù)先設(shè)置的電話號碼的能力。

3 主要單元功能模塊的設(shè)計(jì)

文章僅介紹模塊JUDGE和模塊PICK的設(shè)計(jì)方案。

3.1 “摘/掛機(jī)”模塊PICK的程序設(shè)計(jì)

模塊PICK的引腳位置見圖3，共有六個(gè)輸入腳和一個(gè)輸出腳PICK，各個(gè)引腳均為有效高電平，摘/掛機(jī)信號輸出腳為PICK，高電平狀態(tài)時(shí)，該引腳顯示“摘機(jī)”，否則顯示為“掛機(jī)”，如果引腳EN處于高電平狀態(tài)，同時(shí)系統(tǒng)不忙引腳BUSY處于低電平狀態(tài)時(shí)，引腳PICK將輸出高電平信號，當(dāng)傳感器采到的信號為故障信號時(shí)，引腳EN將輸入高電平有效，這將形成引腳PICK輸出高電平信號，如果模塊JUDGE發(fā)送來的信號顯示“系統(tǒng)忙”，就意味著引腳BUSY處于高電平狀態(tài)，此時(shí)模塊PICK輸出信號的狀態(tài)為“掛機(jī)”，如果想重新啟動(dòng)摘機(jī)狀態(tài)，設(shè)定間隔時(shí)間應(yīng)為2s，直至電話音處于可撥號狀態(tài)，在撥號操作完成后，引腳STOP處于高電平狀態(tài)，此時(shí)，模塊PIC

K輸出信號將變?yōu)椤皰鞕C(jī)”狀態(tài)。

VHDL 語句表達(dá)下PICK 模塊的工作程序如下：

Process（CLK， Busy， En， Stop， DELAY）；定義工作進(jìn)程

Begin

IF （CLK' EVENT and CLK ='1'） THEN

IF （STOP='1' or RESET='1'） then；如果停止或復(fù)位，則顯示“掛機(jī)”

PICK<='0'；

… …

END PROCESS；

3.2 識別電話音的JUDGE模塊

模塊JUDGE的工作電路見圖4，它的主要作用是識別撥號音、回鈴音以及忙音，經(jīng)過MT8880處理后，這三種聲音轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率不同的脈沖信號，如果取一標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)時(shí)間段內(nèi)，計(jì)數(shù)結(jié)果將出現(xiàn)完全不同的情況，在模塊JUDGE的識別過程中，使用了兩個(gè)計(jì)數(shù)器，一個(gè)對MT8880的輸出信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，另一個(gè)用于定時(shí)，通過如下方法進(jìn)行信號音的識別：在電話網(wǎng)系統(tǒng)中，這三個(gè)聲音的音源頻率均為450Hz（+25Hz），波形均為正弦波，但對識別有利的是各個(gè)音頻的斷續(xù)比不相同，且明顯的差異出現(xiàn)在時(shí)間段上，其中，撥號音為連續(xù)信號；忙音為通斷各0.35s；回鈴音為通1s斷4s。若對MT8880輸出的IRQ信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)時(shí)間為5秒，撥號音計(jì)數(shù)的范圍是2125-2375，同樣，忙音計(jì)數(shù)的范圍是1041-1212，回鈴音計(jì)數(shù)的范圍是425-475，無信號的計(jì)數(shù)應(yīng)為0，運(yùn)用同樣的方法，使用模塊JUDGE中的一個(gè)計(jì)數(shù)器，對CLK時(shí)鐘信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，這將產(chǎn)生5秒的控制信號；模塊JUDGE中另一個(gè)計(jì)數(shù)器將對IRQ傳送來的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，引腳PICK處于摘機(jī)信號時(shí)，必須同時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器啟動(dòng)5秒后，第二個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值再被識別，判斷忙音和撥號音操作時(shí)，一般取計(jì)數(shù)中間值1668被作為識別判據(jù)，這樣可以減小計(jì)數(shù)誤差，同樣，858將作為撥號音和回鈴音的判據(jù)，5秒后，如果第二個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果超過1668，此音頻為撥號音，如果計(jì)數(shù)值在858和1668之間，音頻為忙音，計(jì)數(shù)值小于858，此音頻為回鈴音，若計(jì)數(shù)值在零左右，此時(shí)系統(tǒng)處于無信號狀態(tài)，反之，計(jì)數(shù)值大于1668，電話網(wǎng)系統(tǒng)一定處于可撥號狀態(tài)，引腳DIAL處于有效值“1”狀態(tài)，否則引腳BUSY處于無效值“0”狀態(tài)，此時(shí)，需再一次觸發(fā)該模塊，才能進(jìn)行撥號操作。

4 結(jié)束語

可編程邏輯器件FLEX10K10L-84被作為本監(jiān)測控制器的主要硬件，圖5顯示了系統(tǒng)的工作程序，為了實(shí)現(xiàn)控制電路的全部功能，系統(tǒng)采用了由頂至下的EDA設(shè)計(jì)方法，VHDL程序和MT8880芯片被聯(lián)合使用，只要對程序進(jìn)行一定的修改，撥號對象就可更新，對電梯門機(jī)開關(guān)、轎廂照明、安全鉗夾緊力、曳引機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行檢測和電話報(bào)警實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明：該電梯監(jiān)測和報(bào)警控制器具有靈活性高、接口電路簡單等優(yōu)點(diǎn)，通過在某電梯上試驗(yàn)，該控制方案可行。

參考文獻(xiàn)

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