摘要：為克服傳統(tǒng)電梯管理與維保方式存在的缺點，提出建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)。由感知層、匯聚層、傳輸應(yīng)用層組成電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)，系統(tǒng)硬件采用模塊化的設(shè)計方法，分別設(shè)計了中心控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、GPRS模塊、射頻處理模塊和電源模塊；系統(tǒng)軟件從基本信息模塊、維保信息模塊、監(jiān)測信息模塊和數(shù)據(jù)分析模塊方面進行了設(shè)計，建立了電梯安全監(jiān)控管理系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了電梯安全監(jiān)控管理的自動化與信息化，將其應(yīng)用推廣具有廣泛的社會與經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；電梯安全；模塊化設(shè)計；監(jiān)控系統(tǒng)

0引言

電梯作為一種公共交通工具，現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高層住宅、大型商場、辦公樓等公共場所。長期以來，我國因電梯事故而造成人員傷亡的情況屢有發(fā)生，事故發(fā)生率與嚴(yán)重程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，電梯作為一種與人民群眾的生命安全密切相關(guān)的特種設(shè)備，電梯安全運行越來越受到政府和社會的關(guān)注。截至2013年，我國電梯保有量超過200萬臺，并以每年約20%速度增長，而現(xiàn)有的檢驗人員已無法滿足電梯故障處理、定期維保的需求，安全部件失靈、電梯漏檢、疏于維護等現(xiàn)象時有發(fā)生，再加上現(xiàn)有監(jiān)管體制尚不健全，管理維護水平也有欠缺，如何能保證電梯使用安全，最大限度減少損失，給人民群眾一個安全的生活環(huán)境，成為城市管理者考慮的頭等大事。傳統(tǒng)的電梯管理維護方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)前形勢需要，將新興物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于電梯監(jiān)控，實現(xiàn)電梯安全監(jiān)控管理自動化信息化勢在必行。

物聯(lián)網(wǎng)是在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、先進傳感器、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個覆蓋世界上各種物品的網(wǎng)絡(luò)，在這個網(wǎng)絡(luò)中，物品能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預(yù)。其本質(zhì)是利用射頻自動識別技術(shù)，通過計算機互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物品的自動識別和信息的互聯(lián)與共享，管理者通過電腦或手機，可實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)是通過傳感器網(wǎng)絡(luò)實時采集各類監(jiān)測參數(shù)，通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)方式傳輸至監(jiān)控平臺，從而實現(xiàn)對電梯進行智能化管理和維護。在這種管理模式下，可以實時監(jiān)測電梯的運行狀態(tài)，并將狀態(tài)信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到電梯安全管理監(jiān)控中心，及時實現(xiàn)人與電梯的信息交互與處理。建立電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)一方面可實現(xiàn)實時監(jiān)控電梯狀態(tài)，對故障進行預(yù)警和報警，降低電梯故障發(fā)生率，提高故障電梯修復(fù)速度；另一方能夠?qū)﹄娞荻〞r準(zhǔn)確維保提供技術(shù)支持。

1系統(tǒng)設(shè)計總體方案

電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)主要是對影響電梯安全運行的多項特性參數(shù)進行實時監(jiān)測，并能將這些監(jiān)測參數(shù)通過無線傳輸技術(shù)傳輸至計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)，由計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)對電梯實際運行狀態(tài)和維護情況進行協(xié)調(diào)統(tǒng)一管理。

電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計由感知層、匯聚層、傳輸應(yīng)用層組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

感知層由安裝在電梯外圍各部分的各類傳感器組成，設(shè)計原則是傳感器信號與電梯內(nèi)部運行信號相互獨立，避免相互影響，由這些傳感器信號實時監(jiān)控電梯各個位置的物理以及環(huán)境狀況，特別是涉及電梯安全的特性參數(shù)等，它們可以在24小時內(nèi)不間斷地向匯聚層傳輸信息。在電梯現(xiàn)場將布置RFID檢測點，檢測點內(nèi)保存電梯安裝、維護與檢查信息，這些信息為電梯及時維保提供技術(shù)基礎(chǔ)。

匯聚層的核心是匯聚分站，匯聚分站將感知層傳來的各類信息進行整理，并根據(jù)需求將數(shù)據(jù)進行初步分析，并將分析結(jié)果進行區(qū)別處理，根據(jù)電梯運行情況對處理結(jié)果分級，涉及特別嚴(yán)重影響人身安全的情況要立即發(fā)出報警信息，其它情況通過本地存儲，再通過傳輸層發(fā)送到應(yīng)用層進行后續(xù)處理。

傳輸層主要是通過GPRS技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用層平臺，利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)各相關(guān)方的管理維護。應(yīng)用層平臺是一個電梯安全運行監(jiān)測、故障分析和維保記錄的管理系統(tǒng)，其任務(wù)之一是接收各匯聚分站傳輸來的實時數(shù)據(jù)并通過分析一定時間段內(nèi)的電梯運行記錄數(shù)據(jù)，全面了解電梯的實時運行狀態(tài)和故障分布情況。將潛在的故障和已出現(xiàn)的故障及時準(zhǔn)確地傳遞給相關(guān)單位和個人，并且為物業(yè)管理部門、政府監(jiān)管部門和維保單位提供查詢平臺。任務(wù)之二是如實記錄了電梯安裝、改造、維護、維修、檢查等操作情況，通過無線傳輸技術(shù)與現(xiàn)場RFID內(nèi)存儲信息一致，為電梯維保查詢、發(fā)出預(yù)警信息提供技術(shù)支持。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件部分的監(jiān)測終端由數(shù)據(jù)采集模塊、中心控制模塊、顯示模塊、GPRS通信模塊、RFID電子標(biāo)簽和電源模塊構(gòu)成，如圖2所示。監(jiān)測終端能實時采集各類傳感器信號，對電梯運行狀態(tài)實現(xiàn)全天候監(jiān)控，對出現(xiàn)的安全隱患及時報警。

圖2系統(tǒng)硬件功能模塊

2.1中心控制模塊

電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測終端需要多個的I/O口和相關(guān)調(diào)試接口，同時考慮到系統(tǒng)后期的進一步擴展與升級等問題，經(jīng)綜合考慮，該系統(tǒng)設(shè)計的中心控制單元選用的處理器是STM32F103C8T6，STM32F103C8T6使用了高性能的ARMCortex-M332位的RISC內(nèi)核，頻率是72MHZ，內(nèi)置128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM，豐富的增強I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。其內(nèi)部包含兩個12位的ADC、三個通用16位定時器和一個PWM定時器，還包含標(biāo)準(zhǔn)的通信接口：兩個12C和SPI，三個US－ART，一個USB和一個CAN．同時它還具有低成本、低功耗、卓越計算性能和先進中斷系統(tǒng)響應(yīng)的特點，這些都充分滿足了系統(tǒng)設(shè)計需要。

2.2數(shù)據(jù)采集模塊

監(jiān)控系統(tǒng)采集模塊主要完成對影響電梯安全的特性數(shù)據(jù)進行實時采集，這些特性參數(shù)由分布在電梯各關(guān)鍵部位監(jiān)測點的傳感器提供。在采集模塊設(shè)計中，首先需對傳感器過來的信號進行信號調(diào)理，使之變換成為合適的電壓信號，對于其中一些強電信號還需要進行光耦隔離電路設(shè)計，以提高系統(tǒng)的抗干擾性。

2.3GPRS模塊

監(jiān)測終端需要實時將監(jiān)測到的電梯運行狀態(tài)參數(shù)通過無線傳輸技術(shù)傳遞到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中。由于GPRS引入的分組交換數(shù)據(jù)傳輸模式，使得數(shù)據(jù)無線傳輸速率最高可達(dá)170kbit/s，GPRS還支持Internet上應(yīng)用最廣泛的TCO協(xié)議和IP協(xié)議，利用GPRS能夠提供Internet和其他分組網(wǎng)絡(luò)的全球性無線接入，所以本系統(tǒng)設(shè)計中利用GPRS技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸控制。

2.4射頻處理模塊

射頻處理模塊主要功能是產(chǎn)生高頻發(fā)射能量，激活電子標(biāo)簽并為電子標(biāo)簽提供能量，對發(fā)射信號進行調(diào)制，把數(shù)據(jù)傳輸給電子標(biāo)簽，接收并解調(diào)來自電子標(biāo)簽的射頻信號。

2.5電源模塊

本系統(tǒng)設(shè)計采用外接電源適配器和內(nèi)置鋰電池雙重供電方式，電源適配器采用工業(yè)AC220V/DC12V模塊，抗干擾能力強，使用范圍寬，達(dá)到國家電磁認(rèn)證，通用性強，技術(shù)成熟，性價比高，能夠達(dá)到電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)電源方面的要求。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計包括底層監(jiān)測終端和上位機信息管理系統(tǒng)兩部分，在前文中對監(jiān)測終端的硬件設(shè)計進行了系統(tǒng)研究，其軟件設(shè)計對實現(xiàn)其既定功能也是至關(guān)重要的，限于文章篇幅，對監(jiān)測終端的軟件設(shè)計細(xì)節(jié)在此不做細(xì)述。上位機信息管理系統(tǒng)軟件主要包括基本信息管理模塊、監(jiān)測信息模塊、維保信息模塊和數(shù)據(jù)分析模塊，通過無線傳輸模塊將采集的數(shù)據(jù)收集后，進行集中處理，再應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)供監(jiān)管部門、使用單位和維保單位進行遠(yuǎn)程實時監(jiān)控及查詢和維護。

3.1基本信息模塊

該模塊實現(xiàn)電梯基本信息資料管理和用戶管理。電梯基本信息資料包括電梯名稱、電梯所在地址、維保公司名稱、維護人員姓名、維護人員聯(lián)系方式、電梯生產(chǎn)廠家、上次維護時間、下次維護時間、下次年檢時間和檢驗單位名稱等。用戶管理設(shè)計包括編輯操作人員如名稱、密碼和聯(lián)系方式等基本信息，添加、刪除和修改操作人員人數(shù)，設(shè)置操作人員的使用權(quán)限，系統(tǒng)還設(shè)計了分級查看、分權(quán)查看等使用模式，只有具備相應(yīng)權(quán)限的人員才能查看符合其權(quán)限的信息。

3.2維保信息模塊

維保單位擁有設(shè)置電梯資料管理、故障管理和維保管理功能的權(quán)限。利用網(wǎng)絡(luò)維保單位可隨時查看其所屬管理電梯的情況，如電梯故障電梯列表、待維護電梯列表和待年檢電梯列表；另一方面也可對所屬管理電梯相關(guān)信息進行修改、補充與更新，選擇設(shè)置相關(guān)的管理限制條件。在軟件設(shè)計方面，瀏覽查詢是主要功能，查詢方面可以按照“時間范圍”、“電梯品牌”、“維保單位”、“維保人員”、“電梯名稱”等進行查詢，數(shù)據(jù)與信息更新方面設(shè)計了良好的人機交互界面，以滿足系統(tǒng)功能需要。

3.3監(jiān)測信息模塊

監(jiān)測信息模塊用于完成實時監(jiān)控電梯的運行狀態(tài)和故障情況。在電梯安全監(jiān)控中心服務(wù)器、物管單位、維保單位和主管單位，都能遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)控電梯的安全回路、門鎖回路的工作狀態(tài)、上下行和開關(guān)門狀態(tài)以及其它與安全密切相關(guān)的特性參數(shù)變化。在監(jiān)測信息模塊中設(shè)置了故障短信報警功能，當(dāng)電梯發(fā)生故障時，監(jiān)測信息模塊將會第一時間通過短信通知現(xiàn)場工作人員，如果相關(guān)人員在設(shè)定的時間范圍內(nèi)未作處理，系統(tǒng)將會報警信息升級，自動將故障信息發(fā)送至更高一級的相關(guān)主管和單位負(fù)責(zé)人。

3.4數(shù)據(jù)分析模塊

電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析包括兩部分，一是在監(jiān)測終端完成的基本數(shù)據(jù)分析，二是在服務(wù)器上完成的復(fù)雜數(shù)據(jù)分析。監(jiān)測終端通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行基本數(shù)據(jù)分析后，形成電梯運行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，并將電梯運行狀態(tài)特性參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進行對比，分析判斷當(dāng)前電梯運行狀況和故障情況，當(dāng)對比結(jié)果超出標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值范圍時將該故障信息以短消息的形式及時發(fā)送給相關(guān)管理人員。服務(wù)器端的數(shù)據(jù)分析主要完成對一段時間內(nèi)電梯運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，進行特征提取、主成分分析和趨勢預(yù)測，這將借助數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來完成，以達(dá)到對電梯故障信息起到提前預(yù)警的目的。

4結(jié)語

構(gòu)建完成的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電梯安全監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測電梯實際運行狀態(tài)，對出現(xiàn)的故障與告警信息能夠及時給出提醒信息，并能對告警信息按嚴(yán)重程度進行分級管理；系統(tǒng)采用GPRS無線傳輸技術(shù)，無需在現(xiàn)場布置很多網(wǎng)絡(luò)線路，安裝施工簡單，便于維護，適應(yīng)性廣，適用于任何型號電梯安裝；在監(jiān)控管理系統(tǒng)中，能自動記錄電梯運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果給出預(yù)警信息，對已經(jīng)發(fā)生的故障，能自動分析出故障產(chǎn)生原因，幫助維保人員及時解決故障；監(jiān)管部門、使用單位和維保單位都可以通過網(wǎng)絡(luò)方式登錄，方便監(jiān)督管理。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對城市電梯運行狀態(tài)監(jiān)測和對電梯管理部門的多方協(xié)調(diào)管理，為城市電梯運行管理提供了一種科學(xué)、有效的方法?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)控管理系統(tǒng)是在無人在現(xiàn)場的情況下完成相關(guān)管理工作，這給電梯管理工作帶來極大的便利，一方面提高工作效率和管理效果，減輕維保人員的勞動強度，另一方面能最大程度地保證電梯安全運行，具有廣泛的社會效益和經(jīng)濟效益。

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作者簡介

陳飛，男，1979年3月出生，工作于新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院，電梯檢驗二所副所長，高級工程師職稱，