基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的井道式載人電梯遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)

摘要：由于電梯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特殊性，本文采用具有自組網(wǎng)功能的Zigbee技術(shù)和GPRS通信技術(shù)，所有數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸，避免了在井道內(nèi)鋪設(shè)大量的有線電纜。在對(duì)目前電梯監(jiān)控技術(shù)的特點(diǎn)與不足加以分析的基礎(chǔ)之上，提出了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的井道式載人電梯遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)測;電梯;無線傳感器網(wǎng)絡(luò);節(jié)點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）06-0075-02

0 引言

伴隨著城市的迅猛發(fā)展，電梯作為一種垂直交通工具日益廣泛，因此電梯的故障檢測和及維護(hù)，特別是電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控的作用就顯得極為重要[1]。電梯是機(jī)與電緊密結(jié)合的復(fù)雜產(chǎn)品，其基本組成包括機(jī)械和電氣兩個(gè)部分，具體又可劃分為八大系統(tǒng)：曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、門系統(tǒng)、轎廂系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)[2]。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

隨著無線通信、集成電路、傳感器以及微機(jī)電系統(tǒng)MEMS等技術(shù)的飛速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN作為新興的信息獲取與智能控制技術(shù)引起了許多領(lǐng)域的高度重視[3]。由于WSN本身所具備的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，在數(shù)據(jù)采集區(qū)部署大量的微型、低功耗且功能各異的傳感器節(jié)點(diǎn)，通過自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、高速地采集電梯運(yùn)行的多種參數(shù)的數(shù)據(jù)信息，并通過無線通信的方式發(fā)送至監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的采集、無線傳輸、記錄、圖形顯示、查詢、報(bào)表輸出及超限報(bào)警等功能，很好地克服了傳統(tǒng)有線數(shù)據(jù)采集模式的種種不足。

采用ZigBee無線技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：低速率、低功耗、近距離、低成本、自組網(wǎng)以及延時(shí)短[4]。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在電梯監(jiān)控系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)

近年來，電梯故障頻繁發(fā)生。原因主要是大量傳統(tǒng)的電梯監(jiān)控系統(tǒng)使用有線方式進(jìn)行信號(hào)傳輸，電纜老化中斷引起的故障日益增加?；诖?，研究基于Zigbee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于電梯運(yùn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)，有著重要的意義和推廣價(jià)值。該系統(tǒng)采用各種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，包括Zigbee技術(shù)，GPRS技術(shù)等，通過使用單獨(dú)的傳感器來收集電梯運(yùn)行信息，因此不會(huì)影響原有的電梯系統(tǒng)本身，并適用于所有的井道電梯。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

本文所研究的電梯運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)中，以傳感器節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)為起點(diǎn)，繼而是數(shù)據(jù)采集設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)采集與處理，并將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心。因此，整個(gè)系統(tǒng)分為三個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)過程，參數(shù)數(shù)據(jù)采集和傳輸過程以及監(jiān)控中心數(shù)據(jù)處理過程。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

簡化的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

3.1.1 數(shù)據(jù)采集設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)過程

數(shù)據(jù)采集過程主要利用各種傳感器來采集電梯各部分的運(yùn)行參數(shù)，如牽引電壓和電流，系統(tǒng)電機(jī)的電流和電壓，以及室溫。數(shù)據(jù)采集設(shè)備從休眠狀態(tài)激活后，發(fā)出接入網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，等待應(yīng)答，如果接入網(wǎng)絡(luò)，則進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。因此，數(shù)據(jù)采集過程也是本系統(tǒng)的起點(diǎn)。

3.1.2 參數(shù)數(shù)據(jù)采集與傳輸過程

數(shù)據(jù)采集主要負(fù)責(zé)設(shè)備初始化和信號(hào)采集;數(shù)據(jù)處理模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的濾波、格式轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)打包;數(shù)據(jù)傳輸模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)在傳輸過程中使用的協(xié)議。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)其實(shí)質(zhì)是一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，它由部署在電梯內(nèi)的大量微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，這些節(jié)點(diǎn)通過無線通信的方式形成一個(gè)多跳、自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用于感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的智能化維護(hù)與管理[5]。

3.1.3 監(jiān)控中心數(shù)據(jù)處理過程

監(jiān)控中心數(shù)據(jù)處理過程主要包括對(duì)采集的電梯運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)的分析、處理，以判斷是否有參數(shù)數(shù)據(jù)超限、及時(shí)報(bào)警以及實(shí)現(xiàn)參數(shù)的顯示與查詢。

3.2 傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)通常由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊、電源模塊等組成[6]。硬件框圖如圖3所示。傳感器模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測電梯運(yùn)行數(shù)據(jù)信息的采集，處理器模塊主要負(fù)責(zé)處理各個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)，無線通信模塊主要負(fù)責(zé)與其他傳感器節(jié)點(diǎn)相互收發(fā)所采集的電梯運(yùn)行數(shù)據(jù)，電源模塊主要負(fù)責(zé)各環(huán)節(jié)運(yùn)行所需能量[7]。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完成后，傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠模式，以低功耗延長電源壽命。

3.3 傳感器節(jié)點(diǎn)工作流程

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括：傳感器終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、傳感器終端與主控模塊通信設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)三個(gè)環(huán)節(jié)。其中，傳感器終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)主要是通過操作系統(tǒng)將傳感器驅(qū)動(dòng)程序、執(zhí)行控制程序 以及協(xié)議棧結(jié)合起來有效合作，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的加入以及數(shù)據(jù)和指令的傳輸[8]。傳感器終端與主控模塊通信設(shè)計(jì)的目的是將傳感器采集過來的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀nternet上，遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)主要完成對(duì)采集來的電梯運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理。下面以傳感器采集節(jié)點(diǎn)為例加以說明，工作流程如圖4所示。

4 結(jié)語

本文根據(jù)電梯運(yùn)行的特殊性，采用具有自組網(wǎng)功能的Zigbee技術(shù)和GPRS通信技術(shù)，所有數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸，避免了在井道內(nèi)鋪設(shè)大量的有線電纜，解決了井道內(nèi)有線傳輸網(wǎng)絡(luò)給安全監(jiān)測帶來的不便，提高了系統(tǒng)的適用性。

參考文獻(xiàn)

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Remote Monitoring System of Manned Elevator Based on

Wireless Sensor Network

WANG Hai-bo

（Huainan Vocational and Technical College，Huainan Anhui? 232001）

Abstract：Because of the particularity of elevator system structure， Zigbee technology and GPRS communication technology with self-organizing network function are adopted. All data are transmitted by wireless mode， avoiding laying a large number of wired cables in the well. Based on the analysis of the characteristics and shortcomings of the current elevator monitoring technology， a well-type manned elevator remote monitoring system based on wireless sensor network is proposed.

Key words：Remote monitoring;Elevator;Wireless sensor network;node