電梯承運(yùn)質(zhì)量測(cè)試儀器的研究與設(shè)計(jì)

吳迪 張志佳

【關(guān)鍵詞】數(shù)字模擬電路;加速度傳感器;安卓電容觸摸屏

近年來(lái)我國(guó)電梯產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，已經(jīng)成為電梯大國(guó)，無(wú)論從電梯制造的數(shù)量上還是電梯保有量上都在世界上處于領(lǐng)先地位，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)正在高速發(fā)展，為了提高國(guó)民的生活質(zhì)量，國(guó)家大力開(kāi)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加速推進(jìn)農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設(shè)，中國(guó)漸漸成為電梯保有量最大的國(guó)家。2000年以來(lái)，我國(guó)電梯的保有量保持高速增長(zhǎng)，到2015年年增長(zhǎng)速度已經(jīng)超過(guò)20%，我國(guó)電梯總產(chǎn)量超過(guò)76萬(wàn)，同比增長(zhǎng)7.3%，電梯產(chǎn)量占全球電梯產(chǎn)量的一半以上。但是，我國(guó)電梯人均保有量仍然只占世界平均水平的三分之一，相比于發(fā)達(dá)國(guó)家仍然有較大差距，中國(guó)市場(chǎng)電梯需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有被滿(mǎn)足，我國(guó)的電梯市場(chǎng)存在巨大潛力[2]。由此可見(jiàn)，隨著未來(lái)城鎮(zhèn)化建設(shè)、無(wú)障礙設(shè)施、地鐵和商場(chǎng)的發(fā)展，人們對(duì)電梯的需求會(huì)越來(lái)越多。電梯給人們帶來(lái)了極大的便利，人們?cè)絹?lái)越依賴(lài)電梯，可電梯事故卻時(shí)有發(fā)生，既給人們?cè)谑褂秒娞輹r(shí)帶來(lái)不安，更有甚者會(huì)危害人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。通過(guò)對(duì)大量電梯事故進(jìn)行分析，電梯的事故原因主要有部分電梯公司的零部件不合格、電梯安裝技術(shù)人員不專(zhuān)業(yè)、電梯維護(hù)保養(yǎng)不到位、電梯乘客對(duì)電梯進(jìn)行惡意損壞，這些原因都會(huì)使電梯運(yùn)行不正常，如果使用電梯運(yùn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢查出電梯的安全問(wèn)題將大大降低電梯事故的發(fā)生率[3][4]?；诖?，本文設(shè)計(jì)了一套獨(dú)立于電梯本體的第三方電梯測(cè)試設(shè)備儀器。

一、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由四部分組成。分別為傳感器部分，采用的3軸加速度傳感器，其響應(yīng)頻率為0～20Hz，可以很好地測(cè)量低頻信號(hào);硬件接口電路設(shè)計(jì)，其中核心控制器采用SMT32F103作為信號(hào)采集及數(shù)據(jù)處理、傳輸單元;安卓開(kāi)發(fā)板主要用來(lái)做界面顯示及對(duì)于采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法分析，得出電梯運(yùn)行的測(cè)試結(jié)果;電池采用12V鋰電池，其容量達(dá)到16000mAh，可滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)多日無(wú)充電情況下的使用需求。

二、硬件電路設(shè)計(jì)

（一）數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)傳輸模塊包含程序的讀取接口、用于無(wú)線連接的Wi-Fi電路或藍(lán)牙電路、供電模塊、系統(tǒng)狀態(tài)指示燈電路、供電模塊以及協(xié)調(diào)各功能的中央處理器?；谝陨瞎δ?，若選擇先用處理系統(tǒng)則會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)功能欠缺或冗余，無(wú)法適配情況。因此，根據(jù)以上功能自主設(shè)計(jì)電路以滿(mǎn)足功能需求。

（二） 微控制器模塊設(shè)計(jì)

本模塊采用STM32F103作為核心控制器[5]，主要負(fù)責(zé)采集傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)傳感器的數(shù)字輸出形式，自定義類(lèi)SPI時(shí)序，同步采集3軸的數(shù)據(jù)。然后將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換經(jīng)由無(wú)線傳感器Wi-Fi或藍(lán)牙傳輸給其他移動(dòng)設(shè)備。其中MCU[6]的UART3負(fù)責(zé)把采集的傳感器數(shù)據(jù)回傳給安卓開(kāi)發(fā)板。另外還有一些外圍控制功能，例如打印機(jī)的電源控制、蜂鳴器控制[7]。

（三）打印機(jī)電源控制電路設(shè)計(jì)

由于打印機(jī)的電源功耗比較大，對(duì)于移動(dòng)設(shè)備而言，一直供電就會(huì)很快消耗掉電池的電量，因此需要對(duì)打印機(jī)進(jìn)行精細(xì)化管理，在需要打印的情況下再開(kāi)啟打印機(jī)的電源。由于打印機(jī)的電流相對(duì)較大，故本設(shè)計(jì)選用場(chǎng)效應(yīng)管IRLB3036作為開(kāi)關(guān)電源，最大承受電流可達(dá)10A以上。

（四）電源電路設(shè)計(jì)

電源電路的穩(wěn)壓采用的是LD1117A穩(wěn)壓器和德州儀器的LM5007芯片，電源電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用Buck形式。LM5007采用滯后的固定頻率的控制方法，可以提供相當(dāng)好的穩(wěn)壓效果，并且具有輸出端電容量小和沒(méi)有環(huán)路補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)。LM5007是一個(gè)寬范圍的電源轉(zhuǎn)換芯片，可以接受9V～75V（最大80V）的電源輸入。LM5007內(nèi)部集成有自舉二極管和能夠承受高壓的N溝道的MOSFET開(kāi)關(guān)，可以大大地減少電路板的布線壓力。

三、軟件分析與流程

（一）軟件設(shè)計(jì)原理及流程圖

軟件主要由移動(dòng)端與儀器操作端兩部分界面組成。儀器操作端為人機(jī)觸控界面;當(dāng)使用移動(dòng)終端操作時(shí)，測(cè)試儀的界面應(yīng)隨操作自動(dòng)更新人機(jī)界面，達(dá)到與移動(dòng)終端同步顯示的效果。

測(cè)試儀操作界面和移動(dòng)終端操作界面的設(shè)計(jì)風(fēng)格應(yīng)當(dāng)保持一致，界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、美觀、規(guī)范，移動(dòng)終端軟件能自適應(yīng)不同屏幕分辨率的手機(jī)和平板。

（二） 顯示測(cè)試界面

本設(shè)計(jì)的界面由安卓系統(tǒng)的GUI庫(kù)設(shè)計(jì)而來(lái)，主要顯示3軸加速值及經(jīng)過(guò)ISO算法濾波后的值。電梯相關(guān)人員可以直接根據(jù)這個(gè)界面判斷電梯運(yùn)行的效果以及判斷是否有安全故障等隱患。

四、結(jié)論

電梯震動(dòng)檢測(cè)儀器一直以來(lái)為歐美進(jìn)口產(chǎn)品壟斷，價(jià)格高昂。本設(shè)計(jì)主要研究電梯震動(dòng)測(cè)試儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

硬件方面，為了解決電梯震動(dòng)檢測(cè)的問(wèn)題，采用MSV3100A傳感器來(lái)解決信號(hào)傳輸與藍(lán)牙連接管理等問(wèn)題，采用根據(jù)功能需求自主設(shè)計(jì)電路板實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能方案。數(shù)據(jù)處理分析模塊采用DMT80480T070_32WTR安卓開(kāi)發(fā)板為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)相關(guān)軟件功能。

軟件方面，界面具備標(biāo)題定義、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?系統(tǒng)可利用頻域算法、時(shí)域分析算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理。同時(shí)系統(tǒng)可定義相關(guān)數(shù)據(jù)表格，外接打印機(jī)直接輸出數(shù)據(jù)。

本文所研制的電梯、扶梯震動(dòng)測(cè)試儀經(jīng)過(guò)試驗(yàn)以及產(chǎn)品測(cè)試，在精度和準(zhǔn)確性上能夠達(dá)到檢測(cè)要求，在處理速度上滿(mǎn)足檢測(cè)速度要求[8]。