多功能一體化電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

韓 媛

（無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214153）

傳統(tǒng)升降電梯中電梯門的開啟和目的樓層的選擇都是靠手動操縱完成的，這個(gè)操作過程對于一般的用戶都可以輕而易舉地實(shí)現(xiàn)，但是對于貨運(yùn)電梯、醫(yī)療電梯的使用者和一些特殊的人群，如盲人、身高不夠的小朋友、坐輪椅的殘疾人等，操縱起來卻非常有難度。另外，一般電梯的升降速度為1.6m/s。若以18層的建筑為例，按層高3.5米來計(jì)算，升降電梯從1樓到18樓大概用時(shí)40s，用戶等乘電梯的時(shí)間有點(diǎn)長。

為了解決現(xiàn)有電梯控制系統(tǒng)存在的問題，本文設(shè)計(jì)出一款集語音、遙控反饋、電梯門感應(yīng)功能于一體的電梯控制系統(tǒng)。

一、設(shè)計(jì)目標(biāo)與方案

（一）設(shè)計(jì)目標(biāo)

該電梯控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下3個(gè)目標(biāo)。

圖1 多功能一體化電梯控制系統(tǒng)組成框圖

1.自動感應(yīng)

采用紅外線感應(yīng)技術(shù)，用戶只需在電梯門前的自動感應(yīng)區(qū)稍做停留，電梯門即可自動打開，無需手動操縱。

2.語音控制

用戶進(jìn)入電梯后，電梯門關(guān)閉并自動觸發(fā)電梯內(nèi)語音控制系統(tǒng)，語音引導(dǎo)用戶選擇樓層，系統(tǒng)根據(jù)用戶語音應(yīng)答做出判斷并執(zhí)行相應(yīng)指令，初次使用者也毫無困難。

3.電梯呼叫和電梯到達(dá)反饋

增設(shè)電梯呼叫功能及電梯到達(dá)反饋功能，用戶出門乘坐電梯之前，通過家用遙控器一鍵式操作呼叫電梯，當(dāng)電梯到達(dá)后，遙控器會收到反饋，適時(shí)提醒用戶，避免用戶的漫長等待。

（二）設(shè)計(jì)方案

為了實(shí)現(xiàn)上述3個(gè)目標(biāo)，在電梯原有控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上增設(shè)一套紅外感應(yīng)系統(tǒng)、一套語音控制系統(tǒng)、一套遙控系統(tǒng)。整個(gè)控制系統(tǒng)的組成如圖1所示。

紅外感應(yīng)系統(tǒng)通過繼電器可編程模塊與電梯原有電梯門機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫對接，語音控制系統(tǒng)通過語音控制模塊與電梯原有樓層選擇系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫對接，遙控系統(tǒng)通過繼電器與電梯原有升降系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫對接。

1.紅外感應(yīng)系統(tǒng)

圖2 紅外感應(yīng)區(qū)示意圖

紅外感應(yīng)器安裝于電梯上門套正中間位置。一般紅外感應(yīng)器的感應(yīng)角度范圍為140°，一般建筑通道的寬度不會超過2米，如圖2所示。根據(jù)圖2可算出x=2m×tan70°=2.4m，由此可知紅外感應(yīng)區(qū)的最大長度為4.8米。一般正常人行走速度為1.2m/s，按這個(gè)速度來計(jì)算，一個(gè)人正常行走通過感應(yīng)區(qū)的時(shí)間不會超過：4.8m÷1.2m/s=4s。

圖3 紅外感應(yīng)系統(tǒng)工作流程

紅外感應(yīng)系統(tǒng)工作流程如圖3所示。路人路過感應(yīng)區(qū)和用戶停留在感應(yīng)區(qū)，紅外感應(yīng)器都會接收到信號，信號1和信號2可以通過時(shí)間長短來區(qū)分[1]。依據(jù)以上計(jì)算，信號時(shí)間超過5s可判定用戶停留在感應(yīng)區(qū)是想乘坐電梯的，而信號時(shí)間小于5s可判定為路人路過電梯。繼電器可編程模塊收到信號時(shí)長超過5s，繼電器閉合，觸發(fā)電梯門機(jī)系統(tǒng)，電梯門打開；繼電器可編程模塊收到信號時(shí)長少于5s，繼電器不閉合，無法觸發(fā)電梯門機(jī)系統(tǒng)，電梯門無反應(yīng)，避免電梯門的無效開啟。

2.語音控制系統(tǒng)

當(dāng)電梯門關(guān)上的一瞬間，即可觸發(fā)語音控制系統(tǒng)，直至接收到2個(gè)有效信號或者電梯門合上后超過20s（以先到者為主），語音控制系統(tǒng)停止工作。語音控制系統(tǒng)的工作流程如圖4所示。

語音控制系統(tǒng)工作原理如圖5所示。（1）信號采集：主要采集電梯里超過一定分貝的各種聲音。（2）提取主要特征：將所有采集到的聲音信號加以篩選，篩選出含有1樓、2樓、3樓等的語音。（3）與語音庫配比（識別）：將篩選出的語音與語音庫中貯存的語音配比，找出最匹配的一個(gè)語音，該語音即識別結(jié)果。（4）決策：根據(jù)識別結(jié)果，給電梯控制系統(tǒng)下達(dá)指令，從而控制電梯去往相應(yīng)的樓層，同時(shí)通過喇叭播放提示語音[2]。

3.遙控及反饋系統(tǒng)

電梯遙控系統(tǒng)工作流程如圖6所示。用戶出門乘坐電梯之前，通過家用遙控器一鍵式操作呼叫電梯，電梯遙控模塊接收遙控器發(fā)送的信號后會自動觸發(fā)電梯升降系統(tǒng)，當(dāng)電梯到達(dá)后，轎廂檢測傳感器會將到達(dá)信號反饋給遙控器以實(shí)現(xiàn)提醒用戶的目的。為了防止電梯升降過程中，將到達(dá)信號反饋到其余樓層，增設(shè)了電梯遙控模塊對轎廂檢測傳感器的激活功能。只有一定時(shí)間內(nèi)（不同樓層可設(shè)定不同時(shí)間）剛呼叫過的遙控器對應(yīng)的轎廂檢測傳感器才會被激活，其他沒有呼叫的樓層號對應(yīng)的轎廂檢測傳感器處于休眠狀態(tài)[3]。

圖4 語音控制系統(tǒng)工作流程

圖6 電梯遙控系統(tǒng)工作流程

二、方案實(shí)現(xiàn)

（一）電梯門開閉系統(tǒng)

電梯門開閉系統(tǒng)的電路如圖7所示，其功能主要通過單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)。以2樓電梯門為例，當(dāng)檢測到2樓頂限位開關(guān)閉合時(shí)，即可判斷電梯已到達(dá)2樓，此時(shí)給2樓電機(jī)一個(gè)信號，讓其正轉(zhuǎn)，由此帶動電梯門開啟；當(dāng)電梯門打開到最大位置時(shí)，開門位置開關(guān)斷開，單片機(jī)采集到此信號，給2樓電機(jī)反轉(zhuǎn)的信號，帶動電梯門關(guān)閉；當(dāng)電梯門閉合時(shí)，關(guān)門位置開關(guān)斷開，單片機(jī)采集到此信號，給2樓電機(jī)停轉(zhuǎn)的信號，由此完成一個(gè)電梯門開閉的過程[4]。

（二）語音控制系統(tǒng)

語音控制系統(tǒng)的電路圖如圖8所示。當(dāng)電梯門閉合（即圖8中1樓或2樓電梯門閉合開關(guān)閉合），即可觸發(fā)語音模塊工作。語音模塊的功能是：發(fā)出提問，當(dāng)?shù)玫接脩艋卮穑纯山o1樓或2樓的繼電器下達(dá)指令，讓電機(jī)正、反轉(zhuǎn)，帶動電梯上、下行；如果一定時(shí)間內(nèi)無應(yīng)答，則語音模塊會自動關(guān)閉。圖9是語音模塊的開發(fā)界面及相關(guān)設(shè)置示意圖。

（三）遙控系統(tǒng)

遙控系統(tǒng)的電路如圖10所示。摁下遙控器，接收器的KD端子即可導(dǎo)通，此時(shí)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動電梯轎廂上行。當(dāng)轎廂上行接近2樓時(shí)，接近開關(guān)閉合，反饋發(fā)射回路通電，反饋發(fā)射器給遙控器一信號，使得如圖11所示反饋系統(tǒng)通電，蜂鳴器開始蜂鳴，LED燈閃爍，達(dá)到提醒的目的；當(dāng)轎廂接著上行到達(dá)2樓時(shí)，2樓限位開關(guān)斷開，反饋發(fā)射回路斷電，圖11所示反饋系統(tǒng)斷電，蜂鳴器停止鳴叫，LED燈熄滅[5]。

圖7 電梯門開閉系統(tǒng)

圖8 語音控制系統(tǒng)電路圖

三、結(jié)論

該多功能一體化電梯控制系統(tǒng)通過在現(xiàn)有升降電梯系統(tǒng)中嵌入紅外感應(yīng)系統(tǒng)、語音系統(tǒng)、遙控及反饋系統(tǒng)，在不影響現(xiàn)有升降電梯功用的前提下，拓展了以下功能：

第一，采用了電梯門紅外感應(yīng)系統(tǒng)和樓層選擇語音控制系統(tǒng)，可真正實(shí)現(xiàn)電梯的全自動化控制。

第二，該電梯紅外感應(yīng)系統(tǒng)可區(qū)分用戶是否要乘用電梯，避免了電梯門的無效開啟，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。

第三，語音控制系統(tǒng)的觸發(fā)方式和其他電梯語音控制系統(tǒng)不同，可實(shí)現(xiàn)電梯門關(guān)閉即可自動觸發(fā)該語音控制系統(tǒng)，即使初次乘坐該電梯，用戶也可以無憂使用，通用性更強(qiáng)。

第四，通過遙控器遠(yuǎn)程控制電梯，為用戶節(jié)省了寶貴的等待時(shí)間。

圖9 語音模塊的開發(fā)界面及相關(guān)設(shè)置

圖10 遙控系統(tǒng)

圖11 反饋系統(tǒng)

第五，在電梯遙控系統(tǒng)中，增設(shè)了電梯到達(dá)反饋功能，用戶可在家無憂等待。

參考文獻(xiàn)：

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[5]付蔚，唐鵬光，李倩.智能家居語音控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].自動化儀表，2014（1）:46-50.