CN105279811A - 一种独立式电梯数据分析记录仪及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种独立式电梯数据分析记录仪，3轴加速度传感器连接ARM处理器，电源自动切换电路两个输入端分别连接直流电源和备用锂电池，输出端连接内部系统电源；ARM处理器通过内部FSMC静态存储控制器的数据总线、地址总线和控制总线连接外部视频采集设备；存储设备连接ARM处理器；开关量输入电路采用光电隔离方式连接ARM处理器IO接口；开关量输出电路采用光电隔离方式连接ARM处理器IO接口；音频编解码芯片与外部拾音器连接，另一端通过SPI方式与ARM处理器连接；音频编解码芯片与外部扬声器连接。本发明可以实时记录电梯运行中的各种数据，同时记录轿厢在电梯运行过程中的状态，为维修人员和责任判定人员提供客观科学依据。

Description

一种独立式电梯数据分析记录仪及其方法

技术领域

本发明涉及电梯数据记录领域，具体地说是一种独立式电梯数据分析记录仪及其方法。

背景技术

电梯作为建筑物内垂直交通运输工具，从其1854年诞生之初，其安全性就受到各界广泛重视，电梯主要由机械系统和电气系统两大部分组成，日常维保是电梯长期安全运行的基本保障，电梯设计有多重安全装置，但由于维保不规范，电梯出现问题的情况也很多，有人因为电梯开关门异常而被夹到过，有人碰到过电梯按钮失灵，显示屏黑屏看不清楼层的情况，有人经历过直掉几层楼的险境。当电梯出现各种故障后，维修人员必须及时赶赴现场了解情况并解决问题，截止目前为止，所有现场电梯的故障都是由维保人员凭借个人多年工作经验的积累来分析故障解决问题，对电梯设备的故障状态数据掌握的很少，对电梯设备运行参数没有完整的记录，对电梯出现故障时刻的前后一段时间内，电梯设备的状态、电梯运行信息数据、轿厢内乘客状态信息等都没有完整全面数据记录，维修人员和责任判定人员缺少客观分析判定的依据。

现有记录仪中，主要以采集外围可通讯设备状态为主，并没有对电梯在运行过程中的加速度(运动曲线)和发出的不正常的声音以及开关量信息进行记录。在现有记录仪的触发模式中并没有涉及到通过运动状态：加速度以及震动情况的检测，判断电梯是否处于运动状态，再根据其运行状态判断是否触发记录仪工作，由于需要电缆对信号进行连接，所以对设备安装位置以及安装方式有一定要求。

现有记录仪直接通过电池给设备供电的方式，增加了电池的工作时间和充放电次数，很大程度的减少了电池的使用寿命。

另外，现有的记录仪中，CPU直接控制数据线，地址线，以及控制信号的写入，读取和总线时序，导致CPU占有率过高，系统运行速度下降。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种独立式电梯工作过程嵌入式数据分析记录仪及其方法，该装置可以实时记录电梯运行中的各种数据，如X\Y\Z轴加速度信息，运行速度等，同时记录轿厢在电梯运行过程中的状态，如晃动，记录电梯运行过程中轿厢内环境状态，温度和湿度和光亮度及出现故障时轿厢内乘客状态包括声音、图像，记录电梯出现故障时的前5分钟电梯运行状态信息和出现故障时的状态信息和故障排除后5分钟内的状态信息，为维修人员和责任判定人员提供客观科学依据。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种独立式电梯数据分析记录仪，3轴加速度传感器连接ARM处理器，采集轿厢加速度信息后发送至ARM处理器；ARM处理器对采集到的信息进行计算分析，判断电梯运动状态；

电源自动切换电路两个输入端分别连接直流电源和备用锂电池，输出端连接内部系统电源，为系统提供电能；

ARM处理器通过内部FSMC静态存储控制器的数据总线、地址总线和控制总线连接外部视频采集设备，接收外部视频采集设备发送的轿厢内图像数据；

存储设备连接ARM处理器，用于存储电梯运动曲线数据、音频、视频以及故障信息；

开关量输入电路采用光电隔离方式连接ARM处理器IO接口，采集开关量信号；

开关量输出电路采用光电隔离方式连接ARM处理器IO接口，输出开关量信号控制外围保护设备，例如：制氧机、风扇、备用照明；

音频编解码芯片(型号为VS1053)与外部拾音器连接，采集声音信息并将其转化为声音数据，另一端通过SPI方式与ARM处理器连接，将声音数据传输到ARM处理器；音频编解码芯片与外部扬声器连接，将从ARM处理器接收到的声音数据经过信号转换发送到外部扬声器。

所述存储设备包括：SD卡、U盘和ROM。

所述电源自动切换电路，包括电源选择芯片输入脚IN1与主电源进行连接，输入脚IN2与备用锂电池正极连接，输出脚OUT与稳压芯片输入脚IN连接，状态输出引脚STAT与ARM处理器连接，电流限制引脚ILIM与下拉电阻连接。

一种独立式电梯数据分析记录方法，包括以下步骤：

独立式电梯数据分析记录仪上电，开始采集并监视电梯运动状态，同时记录周围信息；

当电梯运动状态异常，启动异常模式，并判断电梯是否出现故障；

如果电梯出现故障，则记录故障信息，并启动保护机制，否则继续监视电梯运动状态。

所述周围信息包括视频信息、音频信息、加速度信息、通讯设备状态信息和开关量设备状态信息。

所述保护机制包括以下过程：

启动轿厢内的热释红外传感器，并检测轿厢内是否有人；

如果轿厢内有人则控制语音输出，进行语音安抚，否则重新判断电梯是否故障；

启动光敏传感器，检测轿厢内的光线亮度信息，如果光线不正常，则输出备用照明信号，启动备用照明设备，否则重新判断电梯是否故障；

启动温湿度传感器，检测温湿度轿厢内信息，如果温度变化，则启动空调器，并启动制氧机，否则重新判断电梯是否故障。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明增加了运动触发模式，这种触发不需要连接电缆，并可以安装在任何适合安装的位置，避免开关量和通讯触发的局限性，降低了电气和机械上的安装要求，可以适用于不同的电梯系统中。

2.本发明增加了对声音以及开关量设备信息的采集，技术人员可更客观的获取周围环境的真实情况，并且可以记录电梯发生故障,事故时各开关的动作情况，并同时将发生的时间一起保存，便于技术人员在处理时对故障的分析。

3.本发明中的供电方案加入了自动电源选择，当系统由外部的开关电源供电时，锂电池只处于充电状态并不参与系统的供电，这样可以减少电池的工作时间和充放电次数，很大程度的增强了电池的使用寿命。

4.本发明中采用充电管理电路对电池电量进行管理，避免电池过充过放，这样延长了电池的使用寿命。

5.本发明采用的FSMC数据控制总线技术，减少了CPU的工作量，释放CPU去完成更多的操作。

附图说明

图1是本发明的硬件结构图；

图2是本发明的方法流程图；

图3是本发明外围信息采集类型示意图；

图4是本发明外围触发方式示意图；

图5是本发明可编程双电源自动选择切换电路以及可编程锂电池充电电路连接示意图；

图6是本发明FSMC数据总线控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示为本发明的硬件结构图。包括印刷电路板和组装在印刷电路板上的ARM处理器及常用外设元件。电源系统由两部分组成：直流24V输入和内部备用电源，当直流24V输入掉电以后，内部备用电源可维持记录仪继续工作；本发明中的供电方案加入了自动电源选择，代替了现有技术中的直接电池给设备供电的方式。当系统由外部的开关电源供电时，锂电池只处于充电状态并不参与系统的供电，这样可以减少电池的工作时间和充放电次数，很大程度的增强了电池的使用寿命。系统中的cpu选用32位的cortexm3内核的arm处理器，最高主频可达到72MHZ,144pin,对比以往的单片机控制，arm在资源、速度、外设、价格上均有优势。本发明内部集成了3轴加速度传感器(芯片)，通过与ARM处理器的通讯，将3轴(X/Y/Z)的加速度传递给ARM处理器，通过ARM处理器内部的算法，可计算出加速度，速度，角度等信息；本发明中，3轴加速度传感器与ARM处理器的硬件连接方式有两种：IIC/SPI，两种方式可以通过软件进行配置，这样可以通过不同的性能要求配置为2线或者4线，可节约处理器的I/O端口。本发明中采用了FSMC静态存储器控制器进行了数据传输，该外设可以自动控制总线时序以及数据收发，节省了CPU的占用率，利用此外设可以传输视频文件等大数据量的数据。板上载有ROM，SD卡接口和USB接口，兼容了3种不同的存储存储设备，为数据的读取提供了方便。系统中载有实时时钟，为保存故障时提供时间依据。本发明提供多路的开关量输入输出信号，所有的开关量输入信号均采用光电隔离的电路，增强了系统的可靠性和安全性。系统的外围通讯方式有两种：CAN通讯以及485通讯接口，这两种通讯方式为主流的通讯方式，使记录仪可适配大部分的电梯主控器。

如图2所示为本发明的方法流程图。记录仪启动后，通过实时采集电梯加速度以及震动数据，在ARM处理器中进行计算，将计算结果和电梯理想运行曲线做对比分析，判断电梯运行状态。如果确定电梯开始运动，则开始记录周围信息，信息包括视频，音频，加速度，通讯设备以及各开关，并将各信息按先后时间排列；设备在记录的同时有判断功能，如果判断有故障发生，则记录故障，并启动以下保护装置：首先，开启轿厢内的热释红外传感器，检测轿厢内是否有人(生物)，如果检测到轿厢有人(生物)存在，则控制输出，启动语音安抚。接下来启动轿厢内内光敏传感器，检测轿厢内的光线情况，如果光线偏暗，则输出备用照明信号，启动备用照明。最后，启动温湿度传感器，检测温湿度情况，如果温度升高，则输出风扇以及制氧机信号，启动风扇以及制氧机。

如图3所示为本发明外围信息采集类型示意图。本发明在原有基础之上，增加了对声音以及开关量设备信息的采集。通过采集到的声音信息，可以了解到电梯在发生故障时轿箱内的声音以及电梯在运行过程中发出的不正常的声音。在这些声音信息的帮助下，技术人员可更客观的获取周围环境的真实情况，而不仅仅是数据。通过采集到的开关量信息，可以记录电梯发生故障,事故时各开关的动作情况，并同时将发生的时间一起保存，便于技术人员在处理时对故障的分析。

本发明通过对运动曲线，外围通讯设备，声音，开关，时间的同时采集，可以描绘出电梯在某个时刻真实的运行状态，使得技术人员在处理，分析问题时更容易，准确。

如图4是本发明外围触发方式示意图。本发明可以采用三种触发方式来触发记录仪；与现有技术相比较，本发明增加了运动触发模式：通过对电梯加速度以及震动情况的检测，判断电梯是否处于运动状态，再根据其运行状态判断是否触发记录仪工作。

本发明中的运动触发模式解决了是通过实时采集电梯加速度以及震动数据，在ARM处理器中进行计算，将计算结果和电梯理想运行曲线做对比分析，最后准确判断出电梯运动状态以便触发记录仪工作。这种触发不需要连接电缆，并可以安装在任何适合安装的位置，避免开关量和通讯触发的局限性，降低了电气和机械上的安装要求，可以适用于不同的电梯系统中。

图5是本发明可编程双电源自动选择切换电路以及可编程锂电池充电电路连接示意图。本发明中的供电方案加入了自动电源选择，代替了现有技术中的直接电池给设备供电的方式。当系统由外部的开关电源供电时，锂电池只处于充电状态并不参与系统的供电，这样可以减少电池的工作时间和充放电次数，很大程度的增强了电池的使用寿命。本发明中采用充电管理电路对电池电量进行管理，避免电池过充过放，这样延长了电池的使用寿命。

图6是本发明FSMC数据总线控制示意图。本发明中FSMC控制器独自自动完成了对数据线，地址线，以及控制信号的写入，读取和总线时序，而不用CPU花费指令去完成这些操作，减少了CPU的工作量，释放CPU去完成更多的操作。

Claims (6)

1.一种独立式电梯数据分析记录仪，其特征在于：

3轴加速度传感器连接ARM处理器，采集轿厢加速度信息后发送至ARM处理器；ARM处理器对采集到的信息进行计算分析，判断电梯运动状态；

电源自动切换电路两个输入端分别连接直流电源和备用锂电池，输出端连接内部系统电源，为系统提供电能；

ARM处理器通过内部FSMC静态存储控制器的数据总线、地址总线和控制总线连接外部视频采集设备，接收外部视频采集设备发送的轿厢内图像数据；

存储设备连接ARM处理器，用于存储电梯运动曲线数据、音频、视频以及故障信息；

开关量输入电路采用光电隔离方式连接ARM处理器IO接口，采集开关量信号；

开关量输出电路采用光电隔离方式连接ARM处理器IO接口，输出开关量信号控制外围保护设备；

音频编解码芯片与外部拾音器连接，采集声音信息并将其转化为声音数据，另一端通过SPI方式与ARM处理器连接，将声音数据传输到ARM处理器；音频编解码芯片与外部扬声器连接，将从ARM处理器接收到的声音数据经过信号转换发送到外部扬声器。

2.根据权利要求1所述的独立式电梯数据分析记录仪，其特征在于：所述存储设备包括：SD卡、U盘和ROM。

3.根据权利要求1所述的独立式电梯数据分析记录仪，其特征在于：所述电源自动切换电路，包括电源选择芯片输入脚IN1与主电源进行连接，输入脚IN2与备用锂电池正极连接，输出脚OUT与稳压芯片输入脚IN连接，状态输出引脚STAT与ARM处理器连接，电流限制引脚ILIM与下拉电阻连接。

4.一种独立式电梯数据分析记录方法，其特征在于：包括以下步骤：

独立式电梯数据分析记录仪上电，开始采集并监视电梯运动状态，同时记录周围信息；

当电梯运动状态异常，启动异常模式，并判断电梯是否出现故障；

如果电梯出现故障，则记录故障信息，并启动保护机制，否则继续监视电梯运动状态。

5.根据权利要求4所述的独立式电梯数据分析记录方法，其特征在于：所述周围信息包括视频信息、音频信息、加速度信息、通讯设备状态信息和开关量设备状态信息。

6.根据权利要求4所述的独立式电梯数据分析记录方法，其特征在于：所述保护机制包括以下过程：

启动轿厢内的热释红外传感器，并检测轿厢内是否有人；

如果轿厢内有人则控制语音输出，进行语音安抚，否则重新判断电梯是否故障；

启动光敏传感器，检测轿厢内的光线亮度信息，如果光线不正常，则输出备用照明信号，启动备用照明设备，否则重新判断电梯是否故障；

启动温湿度传感器，检测温湿度轿厢内信息，如果温度变化，则启动空调器，并启动制氧机，否则重新判断电梯是否故障。