CN103708315A - 一种施工电梯超员与超载监控系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种施工电梯超员与超载监控系统，施工电梯监控终端和远程监控平台，所述施工电梯监控终端，包括电源电路、单片机、重量传感器、重量信号转换电路、键盘、LCD显示屏、读IC卡模块、输出控制模块、GPRS通信模块，所述施工电梯监控终端还包括超高频射频卡读卡器、超高频射频卡、施工电梯状态识别模块、音频放大电路。当施工电梯处于静止状态时，利用超高频射频卡读卡器读取轿厢中的乘员数量，同时利用重量信号转换电路获得电梯载重量，如果发生超员或超载，则禁止电梯运行，同时以语音方式进行超员或超载提示，只有不发生超载和超员时才允许电梯运行。施工电梯监控终端检测数据发送至远程监控平台，进行记录、显示。

Description

一种施工电梯超员与超载监控系统及其应用

技术领域

本发明涉及一种施工电梯超员与超载监控系统及其应用，属于建筑施工安全监控的技术领域。

背景技术

施工电梯，通常称为施工升降机，是建筑施工过程中经常使用的载人载货的施工机械，主要用于高层建筑内外装修以及桥梁、烟囱等建筑的施工。

目前我国建筑业特别是房地产行业突飞猛进，但与此同时，施工电梯高层坠落，导致机毁人亡的惨剧也时有发生。造成惨剧的原因除了设备本身老化或者没能及时检修发现故障源以外，超载、超员运行也是造成事故的重要因素。为此，各地安监部门相继加强了包括严禁超载、超员在内的一系列施工电梯安全操作的整治力度，加装监控器已经成为施工电梯监管的一种强烈需求。

对于超载监控，常采用重量传感器实时检测施工电梯的承载重量，当发生承重超载时控制器禁止施工电梯运行，实现简单、效果好。而对于超员的监控实现则较为困难，难点在于如何准确统计进、出轿厢乘员的数量；目前出现了基于摄像头的视频图像识别技术，以此统计进出轿厢乘员的数量，如：中国专利CN202414916U公开了一种施工升降机智能预警系统。

然而事实上，目前国内现有的民用或工业用视频图像识别产品在复杂场景中统计流动人员数量的准确率约为90%左右，即使国内专业公司研发的基于三向检测的高端视频图像识别统计方法，其识别准确率也只能达到95%左右。针对两端都可以开、关门的施工电梯轿厢（长x宽x高：3mx1.5mx2.4m）特定空间，以及人员进出无序、进出速度变化大、状态繁杂（如：搂脖子抱腰、身体遮挡）等特殊现象，目前的视频图像识别技术很难快速、准确地统计进出施工电梯轿厢乘员的数量。当然，可以利用这种技术对轿厢乘员数量进行预测、预警控制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开一种施工电梯超员与超载监控系统。

本发明还公开一种上述监控系统的应用。本发明基于建筑施工人员必须佩带安全帽的强制规定，本发明的目的是克服现有技术难以快速、准确统计施工电梯乘员数量的缺陷，利用超高频射频卡读卡器的密集读卡技术，准确、快速统计施工电梯乘员的数量，提供一种施工电梯超员与超载监控系统。

本发明的技术方案是：

一种施工电梯超员与超载监控系统，包括施工电梯监控终端和远程监控平台，所述施工电梯监控终端安装在施工电梯轿厢中，远程监控平台安装在安检单位的监控服务器上；

所述施工电梯监控终端，包括电源电路、单片机、重量传感器、重量信号转换电路、键盘、LCD显示屏、读IC卡模块、输出控制模块、GPRS通信模块，其特征在于，所述施工电梯监控终端还包括超高频射频卡读卡器、超高频射频卡、施工电梯状态识别模块、音频放大电路；

所述GPRS通信模块附带TTS语音播报功能；

电源电路将220V或380V交流电源转化为施工电梯监控终端中需要的直流电源；

所述重量传感器为2个，所述2个重量传感器同时作为连接销轴分别安装在施工电梯轿厢的托板与轿厢之间左右连接板的销孔中，为重量信号转换电路提供重量检测电压信号；单片机分别与键盘、LCD显示屏、读IC卡模块、重量信号转换电路、GPRS通信模块、超高频射频卡读卡器、施工电梯状态识别模块和输出控制模块连接；所述GPRS通信模块还与音频放大电路相连；超高频射频卡安装在员工安全帽内。

根据本发明优选的，所述的电源电路采用现有的12V/15W开关电源模块将220V或380V交流电源转化为+12V直流电源，分别给超高频射频卡读卡器和输出控制模块供电；所述的电源电路分别利用SPX29302、SPX2945M3-3.3、MIC29300-5.0BU芯片将+12V直流电源转换为施工电梯监控终端需要的+4.0V、+3.3V及+5V供电直流电源。

根据本发明优选的，所述单片机为型号为STM32F107单片机。

根据本发明优选的，所述键盘包括四个轻触按键，通过密码保护方式设定施工电梯的核定载重量和核定乘员数量；所述LCD显示屏为具有SPI接口、128X64规格的LCD模块，用于显示实时载重量、乘员数量以及参数设定信息；所述读IC卡模块通过IIC接口与单片机连接，读取接触式IC卡中驾驶员的身份信息，要求接触式IC卡符合SLE444协议标准。

根据本发明优选的，所述GPRS通信模块为M50模块并配接SIM卡，通过UART接口与单片机通信，M50模块加装TTS功能程序，除了实现监控终端与监控平台之间的数据传输以外，还把文字代码转化为音频信号，由音频放大电路实现语音播报。

根据本发明优选的，所述音频放大电路为音频功率放大器，优选的，所述音频功率放大器的型号为WAA2890，放大GPRS通信模块输出的音频信号，驱动喇叭实现语音播报。

根据本发明优选的，所述重量传感器采用销轴式四线制重量传感器，优选的，3吨量程传感器MMK-3X-A，两个重量传感器作为连接销轴安装在托板与轿厢之间左右连接板的销孔中；所述重量信号转换电路选用超低噪声PGIA模数转换器CS5531或CS5532，通过SPI总线与单片机连接。

根据本发明优选的，所述超高频射频卡读卡器采用含有Impinj Indy R2000芯片的成品读卡器模块，通过配接圆极化天线，实现180TAG/S速率的密集寻卡操作；超高频射频卡采用支持EPC global UHF Class1Gen2/ISO18000-6C协议的无源电子标签，每枚电子标签粘贴在员工安全帽内部的顶端。

根据本发明优选的，所述输出控制模块采用直流继电器的常闭触点接通或断开升降电梯运动控制回路，继电器可选用943-1C-12DS；施工电梯状态识别模块通过检测升降电梯运动控制回路中有、无电流判断施工电梯处于运动状态还是静止状态，实现原理见图2，当施工电梯没有上行、下行或者门处于打开状态时，AB两端子之间没有电流通过，光电耦合器OP1的OUT引脚为高电平，同理，施工电梯处于运行状态时OUT引脚为低电平。

一种上述施工电梯超员与超载监控系统的应用：

所述单片机利用施工电梯状态识别模块检测到施工电梯处于静止状态时，命令超高频射频卡读卡器以密集模式循环寻卡，同时命令重量信号转换电路循环转换重量信号；单片机从超高频射频卡读卡器获取轿厢中电子标签数量即员工数量，如果轿厢中员工数量超过了该施工电梯核定的承载人数即发生了超员现象，单片机利用输出控制模块切断施工电梯运行控制回路，禁止施工电梯运行，同时间隔性地向GPRS通信模块发送“电梯超员，请减员！”文字信息，GPRS通信模块把该文字信息转化为音频信号，经音频放大电路播报“电梯超员，请减员！”语音提示，直到乘员数量满足要求才接通施工电梯运行控制回路，允许施工电梯运行控制；同样，单片机从重量信号转换电路获取载重量转换结果，如果轿厢载重量超过了该施工电梯核定的载重量即发生了超载现象，单片机利用输出控制模块切断施工电梯运行控制回路，禁止施工电梯运行，同时间隔性地向GPRS通信模块发送“电梯超载，请减载！”文字信息，GPRS通信模块把该文字信息转化为音频信号，经音频放大电路播报“电梯超载，请减载！”语音提示，直到载重量满足要求才接通施工电梯运行控制回路，允许施工电梯运行控制；

所述单片机检测结果同时通过GPRS通信模块发送至远程监控平台，远程监控平台则记录、显示相应的数据。

本发明的优势：

本发明采用超高频射频技术统计轿厢中成员的数量，超高频射频卡读卡器的读卡速度可达180TAG/S，而且识别率极高，对于乘员限制量10人左右的施工电梯，可以在1S内实现100%的快速识别，与现有技术相比，本发明具有快速、准确且结构简单的特点，配合上述的其他措施，能够可靠地实现施工电梯的超员与超载综合监控。

附图说明

图1为本发明中施工电梯监控终端部分原理结构示意图。

图中1为电源电路、2为键盘、3为音频放大电路、4为GPRS通信模块、5为重量传感器、6为重量信号转换电路、7为超高频射频卡、8为超高频射频卡读卡器、9为单片机、10为输出控制模块、11为施工电梯状态识别模块、12为读IC卡模块、13为LCD显示屏。

图2为施工电梯状态识别模块原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。

实施例1、

如图1所示。

一种施工电梯超员与超载监控系统，包括施工电梯监控终端和远程监控平台，所述施工电梯监控终端安装在施工电梯轿厢中，远程监控平台安装在安检单位的监控服务器上；

所述施工电梯监控终端，包括电源电路1、单片机9、重量传感器5、重量信号转换电路6、键盘2、LCD显示屏13、读IC卡模块12、输出控制模块10、GPRS通信模块4，其特征在于，所述施工电梯监控终端还包括超高频射频卡读卡器8、超高频射频卡7、施工电梯状态识别模块11、音频放大电路3；

所述GPRS通信模块4附带TTS语音播报功能；

电源电路1将220V或380V交流电源转化为施工电梯监控终端中需要的直流电源；

所述重量传感器5为2个，所述2个重量传感器5同时作为连接销轴分别安装在施工电梯轿厢的托板与轿厢之间左右连接板的销孔中，为重量信号转换电路6提供重量检测电压信号；单片机9分别与键盘2、LCD显示屏13、读IC卡模块12、重量信号转换电路6、GPRS通信模块4、超高频射频卡读卡器8、施工电梯状态识别模块11和输出控制模块10连接；所述GPRS通信模块4还与音频放大电路3相连；超高频射频卡7安装在员工安全帽内。

所述的电源电路1采用现有的12V/15W开关电源模块将220V或380V交流电源转化为+12V直流电源，分别给超高频射频卡读卡器8和输出控制模块10供电；所述的电源电路1分别利用SPX29302、SPX2945M3-3.3、MIC29300-5.0BU芯片将+12V直流电源转换为施工电梯监控终端需要的+4.0V、+3.3V及+5V供电直流电源。

所述单片机9为型号为STM32F107单片机。

所述键盘2包括四个轻触按键，通过密码保护方式设定施工电梯的核定载重量和核定乘员数量；所述LCD显示屏13为具有SPI接口、128X64规格的LCD模块，用于显示实时载重量、乘员数量以及参数设定信息；所述读IC卡模块12通过IIC接口与单片机9连接，读取接触式IC卡中驾驶员的身份信息，要求接触式IC卡符合SLE444协议标准。

所述GPRS通信模块4为M50模块并配接SIM卡，通过UART接口与单片机9通信，M50模块加装TTS功能程序，除了实现监控终端与监控平台之间的数据传输以外，还把文字代码转化为音频信号，由音频放大电路3实现语音播报。

所述音频放大电路3为音频功率放大器，优选的，所述音频功率放大器的型号为WAA2890，放大GPRS通信模块4输出的音频信号，驱动喇叭实现语音播报。

所述重量传感器5采用销轴式四线制重量传感器，优选的，3吨量程传感器MMK-3X-A，两个重量传感器作为连接销轴安装在托板与轿厢之间左右连接板的销孔中；所述重量信号转换电路选用超低噪声PGIA模数转换器CS5531或CS5532，通过SPI总线与单片机9连接。

所述超高频射频卡读卡器8采用含有Impinj Indy R2000芯片的成品读卡器模块，通过配接圆极化天线，实现180TAG/S速率的密集寻卡操作；超高频射频卡7采用支持EPC global UHF Class1Gen2/ISO18000-6C协议的无源电子标签，每枚电子标签安装在员工安全帽内部的顶端。

所述输出控制模块10采用直流继电器的常闭触点接通或断开升降电梯运动控制回路，继电器可选用943-1C-12DS；施工电梯状态识别模块通过检测升降电梯运动控制回路中有、无电流判断施工电梯处于运动状态还是静止状态，实现原理见图2，当施工电梯没有上行、下行或者门处于打开状态时，AB两端子之间没有电流通过，光电耦合器OP1的OUT引脚为高电平，同理，施工电梯处于运行状态时OUT引脚为低电平。

实施例2、

如图2所示。

一种上述施工电梯超员与超载监控系统的应用：

所述单片机9利用施工电梯状态识别模块11检测到施工电梯处于静止状态时，命令超高频射频卡读卡器8以密集模式循环寻卡，同时命令重量信号转换电路6循环转换重量信号；单片机9从超高频射频卡读卡器8获取轿厢中超高频射频卡7（电子标签）数量即员工数量，如果轿厢中员工数量超过了该施工电梯核定的承载人数即发生了超员现象，单片机9利用输出控制模块10切断施工电梯运行控制回路，禁止施工电梯运行，同时间隔性地向GPRS通信模块4发送“电梯超员，请减员！”文字信息，GPRS通信模块4把该文字信息转化为音频信号，经音频放大电路3播报“电梯超员，请减员！”语音提示，直到乘员数量满足要求才接通施工电梯运行控制回路，允许施工电梯运行控制；同样，单片机9从重量信号转换电路6获取载重量转换结果，如果轿厢载重量超过了该施工电梯核定的载重量即发生了超载现象，单片机9利用输出控制模块10切断施工电梯运行控制回路，禁止施工电梯运行，同时间隔性地向GPRS通信模块4发送“电梯超载，请减载！”文字信息，GPRS通信模块4把该文字信息转化为音频信号，经音频放大电路3播报“电梯超载，请减载！”语音提示，直到载重量满足要求才接通施工电梯运行控制回路，允许施工电梯运行控制；

所述单片机9检测结果同时通过GPRS通信模块4发送至远程监控平台，远程监控平台则记录、显示相应的数据。

本监控系统采用超高频射频卡读卡器8的读卡速度可达180TAG/S，而且识别率极高，对于乘员限制量10人左右的施工电梯，可以在1S内实现100%的快速识别，与现有技术相比，具有快速、准确且结构简单的特点，配合上述的其他措施，能够可靠地实现施工电梯的超员与超载监控。

Claims (10)

1.一种施工电梯超员与超载监控系统，包括施工电梯监控终端和远程监控平台，所述施工电梯监控终端安装在施工电梯轿厢中，远程监控平台安装在安检单位的监控服务器上；

所述施工电梯监控终端，包括电源电路、单片机、重量传感器、重量信号转换电路、键盘、LCD显示屏、读IC卡模块、输出控制模块、GPRS通信模块，其特征在于，所述施工电梯监控终端还包括超高频射频卡读卡器、超高频射频卡、施工电梯状态识别模块、音频放大电路；

所述GPRS通信模块附带TTS语音播报功能；

电源电路将220V或380V交流电源转化为施工电梯监控终端中需要的直流电源；

所述重量传感器为2个，所述2个重量传感器同时作为连接销轴分别安装在施工电梯轿厢的托板与轿厢之间左右连接板的销孔中，为重量信号转换电路提供重量检测电压信号；单片机分别与键盘、LCD显示屏、读IC卡模块、重量信号转换电路、GPRS通信模块、超高频射频卡读卡器、施工电梯状态识别模块和输出控制模块连接；所述GPRS通信模块还与音频放大电路相连；超高频射频卡安装在员工安全帽内。

2.根据权利要求1所述的一种施工电梯超员与超载监控系统，其特征在于，所述的电源电路采用现有的12V/15W开关电源模块将220V或380V交流电源转化为+12V直流电源，分别给超高频射频卡读卡器和输出控制模块供电；所述的电源电路分别利用SPX29302、SPX2945M3-3.3、MIC29300-5.0BU芯片将+12V直流电源转换为施工电梯监控终端需要的+4.0V、+3.3V及+5V供电直流电源。

3.根据权利要求1所述的一种施工电梯超员与超载监控系统，其特征在于，所述单片机为型号为STM32F107单片机。

4.根据权利要求1所述的一种施工电梯超员与超载监控系统，其特征在于，所述键盘包括四个轻触按键，通过密码保护方式设定施工电梯的核定载重量和核定乘员数量；所述LCD显示屏为具有SPI接口、128X64规格的LCD模块，用于显示实时载重量、乘员数量以及参数设定信息；所述读IC卡模块通过IIC接口与单片机连接，读取接触式IC卡中驾驶员的身份信息，要求接触式IC卡符合SLE444协议标准。

5.根据权利要求1所述的一种施工电梯超员与超载监控系统，其特征在于，所述GPRS通信模块为M50模块并配接SIM卡，通过UART接口与单片机通信，M50模块加装TTS功能程序，除了实现监控终端与监控平台之间的数据传输以外，还把文字代码转化为音频信号，由音频放大电路实现语音播报。

6.根据权利要求1所述的一种施工电梯超员与超载监控系统，其特征在于，所述音频放大电路为音频功率放大器，优选的，所述音频功率放大器的型号为WAA2890，放大GPRS通信模块输出的音频信号，驱动喇叭实现语音播报。

7.根据权利要求1所述的一种施工电梯超员与超载监控系统，其特征在于，所述重量传感器采用销轴式四线制重量传感器，优选的，3吨量程传感器MMK-3X-A，两个重量传感器作为连接销轴安装在托板与轿厢之间左右连接板的销孔中；所述重量信号转换电路选用超低噪声PGIA模数转换器CS5531或CS5532，通过SPI总线与单片机连接。

8.根据权利要求1所述的一种施工电梯超员与超载监控系统，其特征在于，所述超高频射频卡读卡器采用含有Impinj Indy R2000芯片的成品读卡器模块，通过配接圆极化天线，实现180TAG/S速率的密集寻卡操作；超高频射频卡7采用支持EPC global UHF Class1Gen2/ISO18000-6C协议的无源电子标签，每枚电子标签安装在员工安全帽内部的顶端。

9.根据权利要求1所述的一种施工电梯超员与超载监控系统，其特征在于，所述输出控制模块采用直流继电器的常闭触点接通或断开升降电梯运动控制回路，继电器可选用943-1C-12DS；施工电梯状态识别模块通过检测升降电梯运动控制回路中有、无电流判断施工电梯处于运动状态还是静止状态，当施工电梯没有上行、下行或者门处于打开状态时，光电耦合器OP1的OUT引脚为高电平，同理，施工电梯处于运行状态时OUT引脚为低电平。

10.一种如权利要求1所述施工电梯超员与超载监控系统的应用：

所述单片机利用施工电梯状态识别模块检测到施工电梯处于静止状态时，命令超高频射频卡读卡器以密集模式循环寻卡，同时命令重量信号转换电路循环转换重量信号；单片机从超高频射频卡读卡器获取轿厢中电子标签数量即员工数量，如果轿厢中员工数量超过了该施工电梯核定的承载人数即发生了超员现象，单片机利用输出控制模块切断施工电梯运行控制回路，禁止施工电梯运行，同时间隔性地向GPRS通信模块发送“电梯超员，请减员！”文字信息，GPRS通信模块把该文字信息转化为音频信号，经音频放大电路播报“电梯超员，请减员！”语音提示，直到乘员数量满足要求才接通施工电梯运行控制回路，允许施工电梯运行控制；同样，单片机从重量信号转换电路获取载重量转换结果，如果轿厢载重量超过了该施工电梯核定的载重量即发生了超载现象，单片机利用输出控制模块切断施工电梯运行控制回路，禁止施工电梯运行，同时间隔性地向GPRS通信模块发送“电梯超载，请减载！”文字信息，GPRS通信模块把该文字信息转化为音频信号，经音频放大电路播报“电梯超载，请减载！”语音提示，直到载重量满足要求才接通施工电梯运行控制回路，允许施工电梯运行控制；

所述单片机检测结果同时通过GPRS通信模块发送至远程监控平台，远程监控平台则记录、显示相应的数据。

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