CN101381042B - 基于rfid技术的电梯定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于RFID技术的电梯定位方法，是通过以下步骤实现的：在井道和电梯轿厢上安装好相应射频设备；系统实时读取所有射频标签的信号强度，并传回系统；系统根据射频阅读器传来的数据，通过算法确定电梯轿厢位置；系统根据电梯轿厢位置自动控制电梯运行；本发明的有益效果是：无需自学习；辅助电梯有效运行；不依赖以前数据；功能易扩展。

Description

基于RFID技术的电梯定位方法

技术领域

本发明涉及电梯领域，尤其涉及一种电梯定位方法。

背景技术

现有技术中的电梯定位系统大多是采用旋转编码器，其分为绝对式旋转编码器和增量式旋转编码器。一般的旋转编码器会安装在曳引机的主轴上，也有一些是安装在限速器的主轴上，从而由主轴的旋转速度来换算出目前电梯的速度，再通过代码的累加来确定电梯的位置。由于这种定位系统的值是通过换算而得到的，而且由于齿轮的齿隙以及皮带间的相对滑移的存在，导致这种定位方式相对来说是存在一定的累积误差的。

以增量编码器为例，其工作原理如图1所示。在一个圆盘的边缘上开有相同间距的缝隙，圆盘两侧分别安装红外发光器件和光敏元件。将圆盘与曳引机同轴相连。在盘孔的一侧有一光源，对着盘孔的另一侧装有光敏三极管。当孔盘转到时，将其对光源的间断性遮挡，转换为脉冲信号。当圆盘随曳引机转到时，每转过图个缝隙就发生一次光线明暗的变化，经过整形、分频等电路处理后反馈给控制系统。控制系统内部的位移计数器对脉冲数累加，形成电梯轿厢已运行的距离。因此，将这些脉冲送入微控制器的计数器输入端对其进行技术，就可以得到电梯运行的距离信号。

利用对编码器产生脉冲的计数，虽然可以准确的记录电梯位置，甚至获得电梯运行速度，但该方法除增加成本之外，还存在以下问题：

1、当发生电网断相、错相、欠压或停电时，控制系统就会失去当前轿厢位置，使运行中的轿厢死锁，容易将乘客困在轿厢中，而且必须返回端站，重新确认轿厢位置；

2、如果曳引轮与钢丝绳之间打滑控制器也会失去轿厢平层后，必须通过平层矫正脉冲数，甚至需要再自学习一次，系统才能恢复正常；

3、对以前记录的数据具有依赖性。特别实在串行电梯控制系统中，电梯的楼层信息要依赖以前的记录(即脉冲数累加)，并且只有通过上下强慢来纠正错层问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供了一种基于RFID技术的电梯定位方法，旨在解决上述的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下步骤实现的：

在井道和电梯轿厢上安装好相应射频设备；

系统实时读取所有射频标签的信号强度，并传回系统；

系统根据射频阅读器传来的数据，通过算法确定电梯轿厢位置；

系统根据电梯轿厢位置自动控制电梯运行；

其中在步骤1中：在轿厢顶部中央放置一个阅读器，在轿厢顶部边缘四周分别放置第一射频标签(tag1)、第二射频标签(tag2)、第三射频标签(tag3)以及第四射频标签(tag4)，并在离这四个射频标签最近的井道每楼层平层位置放置与放置在轿厢顶部边缘射频标签同型号的第一射频参考标签(tagi1)、第二射频参考标签(tagi2)、第三射频参考标签(tagi3)、第四射频参考标签(tagi4)；i表示某层数；

在步骤2中：定义轿厢上射频标签的信号强度矢量为S＝(S₁，S₂，S₃，S₄)，其中S_j表示轿厢上射频标签tag_j在阅读器上的信号强度值，j∈[1，4]；对于射频参考标签，定义所有楼层中的射频参考标签的信号强度矢量θ＝(θ₁，θ₂，…，θ_n)，其中θ_i表示楼层i上的4个射频参考标签强度矢量，即θ_i＝(θ_i1，θ_i2，θ_i3，θ_i4，)，则θ_ij表示第i楼层的第j个射频标签在阅读器上的信号强度值；其中：i＝1-n，n代表楼层数，是正整数，j＝1-4；

对于楼层i的射频参考标签，定义：

$E_i=\sqrt{\underset{j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}-S_j)}^2},i\∈[1,n]---\left(2\right)$

表示轿厢上射频标签到楼层i射频参考标签的距离，亦反映出轿厢与各楼层的距离关系，E越小表示射频参考标签和射频标签距离越近；

在步骤3中：轿厢上的阅读器读取出各楼层射频参考标签的信号强度矢量θ_i，以及轿厢上的射频标签矢量S后，可以根据式(2)计算出E＝(E₁，E₂，...，E_n)值，其中，E_i表示楼层i的射频参考标签到轿厢射频标签的距离；

对于矢量E，定义：

E_k＝min(E₁，E₂，...，E_n)，k∈[1，n]                     (3)

E_l＝min(E₁，E₂，...，E_k-1，E_k+1，...，E_n)，l∈[1，n]    (4)

其中，k表示离轿厢最近的楼层号，l表示离轿厢次近的楼层号，而且|k-l|＝1。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：无需自学习；辅助电梯有效运行；不依赖以前数据；功能易扩展。

附图说明

图1是现有技术中采用增量编码器的电梯定位原理图；

图2是本发明中采用的结构图；

图3是本发明的拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明是通过以下步骤实现的：

1、在井道和电梯轿厢上安装好相应射频设备；

2、系统实时读取所有射频标签的信号强度，并传回系统；

3、系统根据射频阅读器传来的数据，通过算法确定电梯轿厢位置；

4、系统根据电梯轿厢位置自动控制电梯运行。

由图2、图3可见，在步骤1中：在轿厢顶部中央放置一个阅读器(Reader)，在轿厢顶部边缘四周分别放置第一射频标签(tag1)、第二射频标签(tag2)、第三射频标签(tag3)以及第四射频标签(tag4)，并在离这四个射频标签最近的井道每楼层平层位置放置与放置在轿厢顶部边缘射频标签同型号的第一射频参考标签(tagi1)、第二射频参考标签(tagi2)、第三射频参考标签(tagi3)、第四射频参考标签(tagi4)；i表示某层数；

在步骤2中：定义轿厢上射频标签的信号强度矢量为S＝(S₁，S₂，S₃，S₄)，其中S_j表示轿厢上射频标签tag_j在阅读器上的信号强度值，j∈[1，4]。对于射频参考标签，定义所有楼层中的射频参考标签的信号强度矢量θ＝(θ₁，θ₂，…，θ_n)，其中θ_i表示楼层i上的4个射频参考标签强度矢量，即θ_i＝(θ_i1，θ_i2，θ_i3，θ_i4)，则θ_ij表示第i楼层的第j个射频参考标签在阅读器上的信号强度值；其中：i＝1-n，n代表楼层数，是正整数，j＝1-4；

对于楼层i的射频参考标签，定义：

$E_i=\sqrt{\underset{j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}-S_j)}^2},i\∈[1,n]---\left(2\right)$

表示轿厢上射频标签到楼层i射频参考标签的距离，亦反映出轿厢与各楼层的距离关系，E越小表示射频参考标签和射频标签距离越近；

在步骤3中：轿厢上的阅读器读取出各楼层射频参考标签的信号强度矢量θ_i，以及轿厢上的射频标签矢量S后，可以根据式(2)计算出E＝(E₁，E₂，...，E_n)值，其中，E_i表示楼层i的射频参考标签到轿厢射频标签的距离；

对于矢量E，定义：

E_k＝min(E₁，E₂，...，E_n)，k∈[1，n]                     (3)

E_l＝min(E₁，E₂，...，E_k-1，E_k+1，...，E_n)，l∈[1，n]    (4)

其中，k表示离轿厢最近的楼层号，l表示离轿厢次近的楼层号，而且|k-l|＝1。

因此，可以确定，轿厢在楼层k与楼层l之间，并且更靠近楼层k。而一旦电梯平层开关动作，系统就可以确定电梯已经在楼层k的相应的平层位置。

本发明利用RFID技术，根据无线信号传播规律(即：接收方测得的信号强度越强，发送方距离接收方往往越近；接收到的信号强度越弱，发送方距离往往越远。因此，通过测量接收到的信号强度可以推算出移动台到基站的距离)，结合无线信号“距离-损耗”模型，通过实时读取射频标签的信号强度，并通过有效的算法，对电梯进行定位。该方法可以使电梯无需自学习，辅助电梯有效运行，不依赖以前数据，功能易扩展。

本发明使用主动式射频标签，虽然一般情况至少可以保证射频标签使用2年以上，但仍存在着射频标签电池电量不足的隐患。所以在系统设计时，需要考虑系统的自动检测功能以及做冗余设计。以便能预先检测出射频标签电量不足以及在部分射频标签不能工作，系统仍能有效运行。

基于以上考虑，系统在每个节点放置4个射频标签，即如前所述，轿厢上放置4个射频标签，井道的每个平层位置放置4个射频标签。如此一来，不妨假设，当某节点的第3个射频标签出现问题时，即：

此时可以判断，轿厢上的或者楼层i的第3个射频标签出现故障。

进一步判断，如果在其他楼层亦出现式(5)的情况，基本可以断定轿厢的第3个射频标签出现故障，之后可将式(2)改为：

$E_i=\sqrt{\underset{j=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}-S_j)}^2+{({\mathrm{\θ}}_{i4}-S_4)}^2},i\∈[1,n]---\left(6\right)$

如果其他楼层未出现式(5)的情况，则可以断定楼层i的3个射频标签故障，则可单独令该楼层i的E值为：

$E_i=\sqrt{\underset{j=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}-S_j)}^2+{({\mathrm{\θ}}_{i4}-S_4)}^2}\×\frac{4}{3}\≈\sqrt{\underset{j=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}-S_j)}^2+{({\mathrm{\θ}}_{i4}-S_4)}^2}\×1.3---\left(7\right)$

而对于某节点出现2个或2个以上的射频标签故障，系统应该及时报出故障，返到平层位置后，停梯并等待故障修复后，继续运行。

RFID技术以其特有的优势受到众多学者与企业关注与研究，同时在众多领域得以尝试应用，优势逐渐显现，在电梯定位技术上，RIFD同样有着其特有的优势：

1)无需自学习

因为系统不需要脉冲累加计数，不需要依赖以前记录数据，因此该定位系统不需要自学习，特别是对于中低速电梯，十分适用，除降低成本之外，方便电梯调试运行；

2)辅助电梯有效运行

对于家用电梯(Homelift)一类没有使用编码器的电梯，基本没有电梯定位的有效手段，只能依靠从端站开始累计楼层数，使得效率低下，而且容易出错。而本文提出的基于RFID电梯定位技术正好可以弥补这一缺憾，在增加较少成本的情况下，即能增加系统的定位功能，提高了运行效率，降低了出错概率；

3)不依赖以前数据

基于编码器的电梯定位技术是完全依赖以前的脉冲数记录，一旦记录脉冲数出现错误，则之后的定位随之出错，必须依靠返端站，重新开始脉冲计数；而基于RFID的电梯定位技术完全不依赖以前的数据记录，随时根据射频标签信号强弱确定当前位置，具有实时自动纠错功能；

4)功能易扩展

RFID技术之所以如此广泛被关注，很大程度上因为其非接触、实时数据传输等特性。因为RFID可以无线交换数据，所以可以十分顺畅的将电梯信息传递到各类终端设备，用户可以非常方便查看电梯信息，同时也可以通过有权限的终端设备向轻松向电梯发送指令。

Claims (1)

1.一种基于RFID技术的电梯定位方法，是通过以下步骤实现的：

(1)、在井道和电梯轿厢上安装好相应射频设备；

(2)、系统实时读取所有射频标签的信号强度，并传回系统；

(3)、系统根据射频阅读器传来的数据，通过算法确定电梯轿厢位置；

(4)、系统根据电梯轿厢位置自动控制电梯运行；

其中在步骤(1)中：在轿厢顶部中央放置一个阅读器，在轿厢顶部边缘四周分别放置第一射频标签(tag1)、第二射频标签(tag2)、第三射频标签(tag3)以及第四射频标签(tag4)，并在离这四个射频标签最近的井道每楼层平层位置放置与放置在轿厢顶部边缘射频标签同型号的第一射频参考标签(tagi1)、第二射频参考标签(tagi2)、第三射频参考标签(tagi3)、第四射频参考标签(tagi4)；i表示某层数；

在步骤(2)中：定义轿厢上射频标签的信号强度矢量为S＝(S₁，S₂，S₃，S₄)，其中S_j表示轿厢上射频标签tag_j在阅读器上的信号强度值，j∈[1，4]；对于射频参考标签，定义所有楼层中的射频参考标签的信号强度矢量θ＝(θ₁，θ₂，…，θ_n)，其中θ_i表示楼层i上的4个射频参考标签强度矢量，即θ_i＝(θ_i1，θ_i2，θ_i3，θ_i4)，则θ_ij表示第i楼层的第j个射频参考标签在阅读器上的信号强度值；其中：i＝1-n，n代表楼层数，是正整数，j＝1-4；

对于楼层i的射频参考标签，定义：

$E_i=\sqrt{\underset{j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}-S_j)}^2},i\∈[1,n]---\left(2\right)$

表示轿厢上射频标签到楼层i射频参考标签的距离，亦反映出轿厢与各楼层的距离关系，E越小表示射频参考标签和射频标签距离越近；

在步骤(3)中：轿厢上的阅读器读取出各楼层射频参考标签的信号强度矢量θ_i，以及轿厢上的射频标签矢量S后，可以根据式(2)计算出E＝(E₁，E₂，...，E_n)值，其中，E_i表示楼层i的射频参考标签到轿厢射频标签的距离；

对于矢量E，定义：

E_k＝min(E₁，E₂，...，E_n)，k∈[1，n]                    (3)

E_l＝min(E₁，E₂，...，E_k-1，E_k+1，...，E_n)，l∈[1，n]   (4)

其中，k表示离轿厢最近的楼层号，l表示离轿厢次近的楼层号，而且|k-l|＝1。

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