CN100482562C - 电梯定位用的电磁/超声轮换呼叫/应答(eura)系统 - Google Patents

Abstract

一种电梯吊龙(37)的定位系统包括具有独特识别符ID的发射-应答器模块(10)以便接收一个信号并且当该信号与该独特的ID等同时发射一个超声信号。根据两种信号之间的持续时间确定吊笼的位置。

Description

电梯定位用的电磁/超声轮换呼叫/应答(EURA)系统

本发明的领域

本发明涉及一种使用超声和射频(RF)信号来确定可移动平台的位置的设备和方法，更具体点说，涉及一种设置无线收发器和发射-应答器模块以测量在运行中的电梯吊舱位置的方法。

相关技术的说明

定位参照系统(PRS)是电梯控制系统的一个组成部分，它能对提升间内的电梯吊笼的位置提供快速而准确的测量。许多现有的PRS都是以连结在电梯电动机、调速器、或独立滑轮上的编码器为依据的。这些PRS会遭受编码器读数和实际位置之间的差异，这个差异是由于滑动、绳索的拉伸、子系统内的机械磨损及/或建筑物的晃动而引起的.为了减少这个差异，应当根据某些固定而已知的示出登陆楼层和水平地段的实际位置的参照点经常进行校正。为此需要建立一个由瞄准片读出器(Vane reader)和一些瞄准片构成的瞄准片系统来提供这些参照点及其检测设施。考虑到该瞄准片系统简单的功能性，其成本效率极低，因为在提升间内的每一楼层上都要由技工来装一个瞄准片，每一片需材料费10美元，安装时间0.5小时，调准时间约0.1小时。总之，在现有的PRS中，最重大问题之一就是性价比很低。

有鉴于现有PRS的缺点，人们曾研发射被动式超声射频识别(RF-ID)系统，简称PURIS。但PURIS系统引起另外的问题。例如通过超声波传送的无线功率供应可能会不够激发发射-应答器。另外，空气动力的干扰可能会显著地降低定位效能。

上述两个问题都能在技术上予以解决。对于第一个问题可在RFID系统内用RF来供应所需的电力，对于第二个问题可在每一个门框上使用4个发射-应答器(PURIS)来替代2个。

虽然这两解决方案已够好，但它们可能花费得比需要的更多，因为第一方案需要对固态RFID进行定制，而第二方案几乎要将最后构成系统的材料的费用翻番。采用有线供应电力能容易地解决第一个问题。但在PURIS的架构内仍旧不能解决第二个问题。

因此人们需要的是一个在材料、安装和维修上都是低成本的高精度的定位方法。

本发明的综述

因此，本发明的一个目的是要提供一种使用超声和RF信号来确定一个可移动平台的位置的设备和方法。

按照本发明的定位系统包括：多个各具有独特的ID(识别符)的发射-应答器模块以便接收一个具有编码的电磁信号并且当该编码与独特的ID等同时发射一个超声波信号；一个具有每组至少为三个超声信号接收器的其中的至少一组的无线收发器模块，以便发射至少一个编码的电磁信号并接收所说超声信号；用来确定从该至少三个超声接收器发射所说编码的电磁信号到接收所说超声信号之间的持续时间的设施；以及从所说持续时间确定所说无线收发器模块的位置的设施。

按照本发明的测量可移动平台的位置的设备包括：多个发射-应答器模块，该模块各具有一个适于接收编码RF信号的RF接收器；一个适于发射超声信号的超声发射器，和一个计算单元；还包括至少一个固定在可移动平台上的无线收发器模块，该模块各具有一个适于发射编码RF信号的RF发射器；多个适于接收超声信号的超声接收器；一个用来测量多个从发射编码RF信号到多个超声接收器接收到超声信号之间的持续时间的计时机构，和一个用来处理多个持续时间从而计算出位置的计算机构。

按照本发明的测量可移动平台的位置的方法包括下列步骤：设置多个无线应答机模块，以便接收一个编码RF信号，并在被固定位置发射一个超声信号；设置至少一个无线收发器模块以便发射一个编码RF信号，并用多个超声接收器接收该超声信号；发射该编码RF信号，接收该编码RF信号并发射一个超声信号作为应答；用多个超声接收器接收该超声信号；测量多个从发射该编码RF信号到多个超声接收器接收到该超声信号之间的持续时间；根据这些持续时间确定该无线收发器模块的位置。

另一个按照本发明的测量可动移平台的位置的方法包括下列步骤：将至少一个无线收发器模块固定在可移动的平台上，该模块具有一个适于发射编码RF信号的RF发射器；多个适于接收超声信号的超声接收器；一个用来测量多个从发射该编码RF信号到收到该超声信号之间的持续时间的计时机构；和一个用来处理多个持续时间的计算机构；还包括将多个发射-应答器模块分别设置在固定的位置上，该模块具有一个适于接收编码RF信号的RF接收器；一个适于发射超声信号的超声发射器；和一个计算单元；从该无线电收发器模块发射该编码RF信号，以便由该多个无线电应答器模块中的一个接收，并起动计时机构；用该多个发射-应答器模块中的一个接收该编码RF信号，并发射一个超声信号作为应答；用该多个超声接收器接收该发射的超声信号；利用该计时机构测出至少三个从发射编码RF信息到用多个超声接收器接收到该超声信号之间的持续时间；利用这些被固定的位置和该至少三个测出的持续时间计算出该可移动平台的位置。

附图简要说明

图1为本发明的发射-应答器模块(transponder module)。

图2为本发明的无线收发器模块(transceiver module)。

图3为本发明的EURA系统的优选实施例。

优选实施例的详细说明

本发明公开一种电磁/超声转盘呼叫/应答(EURA)系统。

该EURA系统由最好每一楼层一个的多个发射-应答器模块和一个连结在电梯吊舱上的无线接收发器模块构成.在本发明公开内容中所用电磁波为无线电频率即射频(RF)波。但其他电磁波如微波或光波也可用来实现本发明的概念。虽然本文是就电梯而言，但本发明并不受限于此，而是可以广泛地将EURA系统用到任何一种可移动的平台上。

图1示出的本发明的发射-应答器模块10由一个RF接收器11、一个狭束锥角的超声发射器13、和一个计算单元15组成。如下所述，发射-应答器模块将沿着电梯提升间预先安装在每一门框密封部的同一地方。发射-应答器的电力线也是适当地被预先安装在门框内。这里所使用的“预先安装”意为在提升间外面完成的安装。该无线应答模块10的超声发射器13将被安装成所有的面都向上或都向下，下面将述的在无线收发器内超声发射器的超声传感器的面对方向将与该超声发射器13的面对方向相反，即所有的都向下或都向上。这里我们假定，发射-应答器模块的面向上，而无线收接器模块的面向下。

该RF接收器11从该无线收发器模块收到一个预定频率的信号，将它解调抽出编码并将该编码送到计算单元15，以该编码与存储在计算单元内的独特的ID数比较。这个独特的ID或者可预先确定，由该发射-应答器以特殊的训练模式学到。或由在该场所的技工设定。如果该编码与该ID数相等，该计算单元就会触发发射器13使它发射一个超声信号。这里假定存在着一个电源可供每一个发射-应答器模块使用.

在任何两个相邻的发射-应答器10之间的距离被限定在xm之内。这意味着一个或多个发射-应答器模块10应被安装在任何两个相邻而相距大于xm的发射-应答器模块10之间。由于楼层间距离约为3.5m，只有一些例外如高的底层或特殊区段。因此，x可被设定为3.5。但x也可以是任何其他足够供EURA系统操作的距离.如下将述，这个参数将被用来设定供无线收发器模块20用的另一个参数。

图2示出的本发明的无线收发器模块20由两个RF发射器电路21、两组多个超声接收器23、23’、和两个分开的计算单元25构成。随后的图中画出了这些部件。在该优选的实施例中，采用两组电路是出于编码需要的冗余度，一组电路用于正常定位和正常终端停止装置(NTSD)功能，而另一组用于紧急终端停止装置(ETSD/ETSLD)功能。每一个复式超声接收器23，23’都包括与另一个接收器23，23’共享的两组27，27’、每组各三个超声传感器28。当然还可以有使用数目较少的传感器但要增加设计复杂性的其他的传感器冗余设计。在一组内两个相邻传感器28之间的距离最好约为10m，但也能小于此数。两组之间的距离Y可由下式给出：

Y>X-Z

其中Z为一系统参数代表在发送器和接收器两者之间的最大距离。最好Z被设定为3m或2m或1m。较小的Z意为较小的测量滞后。满足上式的参数Y能够保证，在任何时候，总是有一个发射-应答器模块10，它与无线收发器模块20内两个超声传感器组27、27’中一组的距离小于Z。

该无线接收器模块20能被预先安装，也能被安装在提升间上。最好，该无线接收器模块20被安装到吊笼37的侧边上。

现在只考虑电路27、27’中的一组。每隔一个预定的持续时间如10ms，该RF发射器21呼叫发射-应答器模块20一次。该持续时间可以是任何长度，只要足够到能够容易地进行EURA系统的操作即可。该呼叫时刻被计算单元25打印下来。如何确定哪一个发射-应答器10应被呼叫将在以后详细说明。简短地说，与该无线收发器模块20最为接近的那个发射-应答器模块10将被该无线收发器模块20呼叫。这个逻辑是正确的，因为除了电力发生故障的情况外，该PRS能知道该吊笼37和该发射-应答器模块10的大概位置。

一旦该无线收发器模块20呼叫发射-应答器模块10，它就要在每一个超声传感器上等待超声信号的到来。每一次超声信号在其中一个传感器上的到达都将被计算单元25打印下来。

该计算单元25利用这些关于呼叫时刻和前三个最早到达的时间信息便可计算出吊笼的位置.这个位置计算之所以可能是因为有三个未知的变数，即吊笼的垂直位置和水平位置及局部的声音传送速率，而我们从三个超声传感器可以得到三个独立的方程式。注意这里由于通信和计算上的滞后造成的在流失时间内存在一个决定性的时间偏差。事实上，在实现本系统时一条重要的约束就是要设定一个时间界限在该界限之内方可确保成功的能信。

该EURA系统的最终设计在图3中详细画出。再请注意PURIS系统和EURA系统最大的差别为，在EURA系统中，该无线收发器20可以知道每一个发射-应答器10的ID数，并且用其ID数只呼叫一个发射-应答器10而不是同时呼叫多于一个的发射-应答器10。

在操作时，该EURA系统起到下列作用：

1.该无线收发器模块20知道10ms前该吊笼的位置及每一个发射-应答器模块10的绝对位置和ID识别符。

2.该无线收发器模块20通过一个编码的RF射频信号39呼叫最接近两组27、27’超声传感器28之间中心点的发射-应答器10。该呼叫时刻被打印下来。

3.每一个发射-应答器模块10都不断地收听该无线收发器模块10，将任何一个收听到的RF信号39解码，并将该编码与其ID比较。如果编码与其ID相同，就触发其超声发射器13使它发射一个超声信号。

4.该无线收发器模块检测并打印该超声信号35到达每一个超声传感器28的时间。

5.由于使用至少三个到达时间的打印，该无线接收器便能计算出该吊笼的位置。该项计算可以简单到如同解三个联立方程式那样，也可比较复杂。例如当超声信号碰撞而离开吊笼及/或提升间墙壁时会有各种回声。可以采用相应的回声抵消法来减少这种干扰。

注：在具有多个提升时间的情况下，每一提升间应有不同样的RF和超声信号频率以便减少任何一种的信号干扰。

对于NTSD和ETSD操作，发射-应答器模块可每隔x/2m安装一个。这样便可保证将测量滞后减少为原来的一半。在NTSD和ETSD的区域内，两组电路27、27’用5ms的启动时间差来进行政常的定位程序。那就是说，一组在t＝0时呼叫发射-应答器模块，然后另一组27’在t＝5ms时开始工作。一组供NTSD用而另一组供ETSD/ETSLD用。通过测量由多普勒效应引起的频率迁移，或将位置的测量微分，该无线收发器模块可算出该吊笼的移动速度。

为了在特殊地带内定位，可在特殊地带的两端安装发射-应答器模块10以便能较早地检测该特殊地带的两端.安装在底端的发射-应答器10包括一个长距离的超声发射器.这里假定其范围能覆盖整个特殊地带。如果不能，可将发射-应答器模块10安装在该特殊地带内。

一旦该吊笼37进入该地带并经过位在特殊地带一端的发射-应答器模块，该无线收发器模块20就依靠该长距离发射-应答器模块10来定位。该无线收发器模块10需要等待较长的时间一直到收到一个超声的应答为止。在收到一个应答后，它就可重新呼叫该发射-应答器模块10。

在一次电力故障后如要恢复位置的信息，该无线收发器模块20可从位在提升间顶部的模块开始轮替呼叫各个发射-应答器模块10。由于在该发射-应答器模块10内的所有超声发射器13都被假定为面向上，所以该无线收发器模块20不能检测到任何一个有效的超声21一直要到第一发射-应答器模块10位在该无线收发器模块20内的上面一组27的超声传感器28之下的第一发射-应答器模块10被呼叫为止。由于有可容许的应答的时间闸门，可能存在对不希望的应答的额外故障容许偏差。

一旦位在无线收发器模块20内上面一组超声传感器27之下的第一无线应对器模块10被呼叫，该无线收发器模块20就能恢复该吊笼37的现有位置的信息。

结果是，本发明的对提升间内任何一处的位置测量都能提供高准确度、高的位置及时率；由于提升间的安装/调整工作量很少，只需较低的安装/调整费用；由于结构简单并且没有机械磨损，不需维护费用；由于全世界都可适用，只需较低的管理费用；并且可以不需校正的运行.

虽然本说明以垂直的电梯运输为例，但它同样适用于一般的水平和垂直的输送。

虽然本发明已就具体的实施例加以详细说明，但显然本行业的行家在阅读上述说明后能够作出各种替代、修改和变化。因此本发明理应包含所有这些替代、修改和变化，只要它们是在所附权利要求书所限定的宽广范围内。

Claims (15)

1.一种定位系统，包括：

多个各具有独有识别符的发射-应答器模块，用来接收具有编码的电磁信号，并且当所说编码与所说独有的识别符等同时发射一个超声信号；

一个具有每组至少为三个超声信号接收器的至少一组的无线收发器模块，用来发射所说编码电磁信号，并接收所说超声信号；

用以用所说至少三个超声信号接收器确定在所说编码电磁信号的发射和所说超声信号的接收之间的持续时间的设施；及

用以根据所说持续时间确定所说无线收发器模块的位置的设施。

2.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所说无线收发器模块被固定在一个可移动的平台上。

3.根据权利要求2所述的定位系统，其特征在于，所说可移动的平台为电梯。

4.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所说超声信号为声音信号，而所说电磁信号为射频信号。

5.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，具有每组至少为三个超声接收器的两组。

6.一种测量可移动平台的位置的设备，包括：

多个发射-应答器模块，该模块具有：

一个适于接收编码射频信号的射频接收器；

一个适于发射超声信号的超声发射器；及

一个计算单元；和

被固定在所说可移动平台上的至少一个无线收发器模块，该模块具有：

一个适于发射编码射频信号的射频发射器；

多个适于接收超声信号的超声接收器；

一个用以测量多个从所说编码射频信号的发射到所说超声信号被所说多个超声接收器接收的持续时间的计时机构；

一个用以处理所说多个持续时间以算出所说位置的计算机构。

7.根据权利要求6所述的测量可移动平台的位置的设备，其特征在于，所说可移动的平台适于沿一条中心轴线移动。

8.根据权利要求6所述的测量可移动平台的位置的设备，其特征在于，所说可移动的平台为一电梯。

9.根据权利要求6所述的测量可移动平台的位置的设备，其特征在于，至少两个所说发射-应答器模块被安装在多个门框上。

10.一种确定位置的方法，包括下列步骤：

设置多个发射-应答器模块，以接收编码射频信号，并在被固定位置上发射超声信号；

设置至少一个无线收发器模块，以发射编码射频信号，并用多个超声接收器接收所说超声信号；

发射所说编码射频信号；

接收所说编码射频信号，并发射一个超声信号作为应答；

用所说多个超声接收器接收所说超声信号；

测量多个从所说编码射频信号的所说发射到所说超声信号被所说多个超声接收器接收的持续时间，及

根据所说持续时间确定所说无线收发器模块的位置。

11.根据权利要求10所述的确定位置的方法，其特征在于，所说发射-应答器模块被固定在一个可移动的平台上。

12.一种测量可移动平台的位置的方法，包括下列步骤：

将至少一个无线收发器模块固定在所说可移动的平台上，所说无线收发器模块具有：

一个适于发射编码射频信号的射频发射器；

多个适于接收超声信号的超声接收器；

一个计时机构，用来测量多个在所说编码射频信号的发射和所说超声信号的接收之间的持续时间；及

一个计算机构，用来处理所说多个持续时间；

将多个发射-应答器模块分别设置在被固定的位置上，所说发射-应答器模块具有；

一个适于接收编码射频信号的射频接收器；

一个适于发射超声信号的超声发射器；及

一个计算单元；和

从所说无线收发器模块发射所说编码射频信号以便被所说多个发射-应答器模块中的一个接收，并起动所述计时机构；

用所说多个发射-应答器模块中的一个接收所说编码射频信号，并发射一个超声信号作为应答；

用所说多个超声接收器接收所说发射的超声信号；

利用所说计时机构测量至少三个在发射所说编码射频信号和用所说多个超声接收器接收所说超声信号之间的持续时间；及

利用所说发射-应答器模块的所说被固定的位置和所说至少三个被测出的持续时间计算所说可移动平台的所说位置。

13.根据权利要求12所述的测量可移动平台的位置的方法，其特征在于所说的将所说多个发射-应答器模块进行设置的步骤包括在大楼内每一层设置至少一个发射-应答器模块。

14.根据权利要求12所述的测量可移动平台的位置的方法，其特征在于所说的将所说多个发射-应答器模块进行设置的步骤包括沿平行于所说可移动平台移动时所沿的中心轴线的方向设置至少两个发射-应答器模块。

15.根据权利要求12所述的测量可移动平台的位置的方法，其特征在于所说的将至少一个无线收发器模块固定在所说可移动平台上的步骤包括将所说至少一个无线收发器模块设置在电梯吊舱上。

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