CN106744120A - 一种采集电梯运行距离位置的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采集电梯运行距离位置的系统，包括：气压模块，与单片机MCU数据连接，用于采集轿厢内大气压强的变化信息；Flash芯片，与单片机MCU数据连接，用于存储电梯的统计数据；实时时钟管理单元，与单片机MCU数据连接，用于为系统提供时钟接口；单片机MCU，用于根据厢内大气压强变化的差值来计算电梯高度的变化，其公式为：ΔH＝Z2‑Z1＝18400*(1+aT)*lgP1/P2，式中，P1为Z1高度上的气压，P2为Z2高度上的气压，a＝1/273，T为Z1到Z2间的空气柱平均温度。
Description
技术领域
本发明涉及电梯技术领域，尤其涉及一种采集电梯运行距离位置的系统。
背景技术
近几年随着电梯行业的快速发展，电梯事故随之增多，电梯事故的发生除了与电梯产品自身设计、安装及使用方式存在问题有关之外，电梯维保存在缺陷也是事故主因。按照国家规定，电梯维保单位应该有专门的季度保养、半年保养和年度保养。现有的保养体系，维保人员不能根据每部电梯的使用频率或故障发生率来提供有针对性的保养，并且由于维保行业的恶性竞争，维保过程中经常会出现“纸上维保”、“不出事不到场”的现象。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种采集电梯运行距离位置的系统，并给维保人员及电梯使用单位提供精细维保的数据作为参考。
本发明提供了一种采集电梯运行距离位置的系统。一种采集电梯运行距离位置的系统，其特征在于，所述采集电梯运行距离位置的系统包括：
气压模块，与单片机MCU数据连接，用于采集轿厢内大气压强的变化信息；
Flash芯片，与单片机MCU数据连接，用于存储电梯的统计数据；
实时时钟管理单元，与单片机MCU数据连接，用于为系统提供时钟接口；
单片机MCU，用于根据厢内大气压强变化的差值来计算电梯高度的变化，其公式为：ΔH＝Z2-Z1＝18400*(1+aT)*lgP1/P2，式中，P1为Z1高度上的气压，P2为Z2高度上的气压，a＝1/273，T为Z1到Z2间的空气柱平均温度。
优选的，气压模块采集电梯轿厢运行前3秒到停止后3秒的气压值，分别为作为公式中：ΔH＝Z2-Z1＝18400*(1+aT)*lgP1/P2的P1、P2，气压模块内置的温度传感器提供空气柱平均温度T，继而根据公式计算出电梯高度变化。
优选的，单片机MCU，计算电梯运行的距离以及当前楼层之前，需要对电梯楼层做初始标定；首先人工控制电梯单层运行，并根据权利要求2所述的方法计算每层楼的层高，进而得到总楼高，并将楼层数、层高、总楼高写入FLASH芯片中作为电梯工作参数保存；然后分别计算电梯轿厢的上行位移和下行位移，上行位移和下行位移是由电梯单次运行的位移累加而来，电梯向上运行时累加上行位移并将下行位移清零，电梯向下运行时累加下行位移并将上行位移清零；最后，当电梯在上行状态下上行位移达到配置的总楼高时，则将当前楼层标定为最高楼层，同理，当电梯在下行状态下下行位移达到配置的总楼高时，则将当前楼层标定为最低楼层；完成楼层标定之后，在电梯每次运行后根据本次的行梯距离以及配置的每层楼的层高计算出电梯所处的楼层。
优选的，在得到电梯运行的楼层及每层楼的层高后，统计一段时间内电梯的运行总位移，并按照一定的格式将电梯总位移保存在FLASH芯片中。
优选的，进一步包括：加速度模块，与数据连接，用于采集轿厢的加速度信息，在一定时间内完成一次原始数据的采集，并对规定点数的数据进行求和平均，作为一个采样点；单片机MCU分析轿门开关过程：
开门：当采样点的负向幅度值超过开门门限时，标定为负向加速度渐增，继而判断采样点的正向幅度值是否超过开门门限，若是，则判断为正在开门状态；
关门：当采样点的正向幅度值超过关门限时，标定为正向加速度渐增，继而判断采样点的负向幅度值是否超过关门门限，若是，则判断为正在关门状态。
优选的，所述加速度模块每5ms完成一次原始数据的采集，并对5点数据进行求和平均后，作为一个采样点，信号的采样率为25ms/point；开门门限和关门门限为20mg，即采样点的幅度绝对值超过30mg时作为一个有效采样点；采样点数为15点，有效采样点为10点时，计开门或关门。
优选的，进一步包括：单片机MCU分析电梯轿厢的运动信息
停梯：当采样点的幅度绝对值小于上行门限或下行门限，且气压模块采集到的电梯速度小于30cm/s时，判断为电梯停梯状态。
优选的，进一步包括：加速度模块，与数据连接，用于采集轿厢的加速度信息，在一定时间内完成一次原始数据的采集，并对规定点数的数据进行求和平均，作为一个采样点；单片机MCU分析电梯轿厢上下行的过程：
上行：当采样点的负向幅度值超过上行门限时，标定为负向加速度渐增，此时电梯正在上行加速；继而判断采样点的正向幅度值是否超过上行门限，若是，则标定为正向加速度渐增，此时电梯正在上行减速；最后判断电梯是否满足停梯条件，若是，则一次上行过程结束；
下行：当采样点的正向幅度值超过下行门限时，标定为正向加速度渐增，此时电梯正在下行加速；继而判断采样点的负向幅度值是否超过下行门限，若是，则标定为负向加速度渐增，此时电梯正在下行减速；最后判断电梯是否满足停梯条件，若是，则一次下行过程结束。
优选的，所述加速度模块每5ms完成一次原始数据的采集，并对5点数据进行求和平均后，作为一个采样点，信号的采样率为25ms/point；上行门限和下行门限为30mg，即采样点的幅度绝对值超过30mg时作为一个有效采样点；采样点数为15点，有效采样点为10点时，计上行或下行。
优选的，进一步包括：WIFI模块，与单片机MCU数据连接，用于通过WIFI协议传递电梯的统计数据到维保人员或电梯使用单位人员的手机、电脑终端设备。
有益效果：应用此方式采集电梯运行距离位置系统，硬件安装简便，测量精度高，且系统配置及维护简单，能够记录电梯的运行总位移等信息，为精细维保提供依据。且本系统独立于电梯自有系统，不影响电梯的正常运行。
附图说明
图1为本发明实施例的电梯运行统计系统结构图。
图2为本发明实施例的轿门一次开门数据样本。
图3为本发明实施例的轿门一次关门数据样本。
图4为本发明实施例的轿厢一次上行数据样本。
图5为本发明实施例的轿厢一次下行数据样本。
图6为本发明实施例的气压传感器的数据样本。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
本实施例的硬件构成主要有电源模块、三轴加速度传感器(即加速度模块)、气压传感器(即气压模块)、FLASH芯片、WIFI模块、单片机MCU、实时时钟管理单元RTC等。硬件框图如图1所示。
三轴加速度传感器主要用于采集电梯的上行信号，下行信号，停梯信号，门开关信号。
气压传感器主要用于采集电梯的行梯距离，楼层，电梯速度，并对电梯的上行信号及下行信号提供辅助判断。
FLASH芯片用于存储电梯的统计数据，并确保这些数据在电源掉电的情况下不丢失。
WIFI模块主要用于通过WIFI协议传递电梯的统计数据到维保人员或电梯使用单位人员的手机、电脑等终端设备。
单片机MCU主要用于完成对三轴加速度传感器、气压传感器数据的采集及运算，然后将运算结果保存到FLASH芯片，并在接到WIFI数据召唤请求时，控制WIFI模块发送数据。
实时时钟管理单元RTC(Real-Time Clock)为系统提供时钟接口。
1、加速度传感器模块的实现
本发明中的加速度传感器芯片采用ADI公司的ADXL345三轴加速度传感器，其测量精度约为4mg/LSB。根据硬件安装方式，采用三轴加速度传感器的X轴采集电梯轿门的开关信息，采用Y轴采集电梯轿厢的上下行及停梯信息。
根据硬件安装方式，电梯轿门的开门过程加速度传感器X轴数据的变化规律是：静止状态→负向加速度渐增→正向加速度渐增→静止状态，即一次开门动作包含一次轿门的加速和减速过程。关门过程是开门的逆过程。程序设计时，依据此运动特性来采集开关门过程。
根据硬件安装方式，电梯上行时加速度传感器Y轴数据的变化规律是：静止状态→负向加速度渐增→匀速状态→正向加速度渐增→静止状态，即一次上行动作包含一次电梯轿厢的加速、匀速、减速过程。下行过程是上行的逆过程。
根据大量测试，本发明对加速度传感器的数据处理方式为：每5ms完成一次原始数据的采集，并对5点数据进行求和平均后，作为一个采样点，所以信号的采样率为25ms/point。
根据轿门的运动幅度，将电梯开关门的加速度判断门限确定为20mg，即采样点的幅度绝对值超过20mg时作为一个有效采样点。
根据电梯的运行速度及加速度特性，将电梯上下行的加速度门限确定为30mg，即采样点的幅度绝对值超过30mg时作为一个有效采样点。这样设计可以很好地兼容慢速电梯与快速电梯的运行规律。
考虑到各个不同品牌不同型号电梯的轿门运动特性和电梯速度都有所不同，为适应此种情况，程序实现时对数据采用窗函数统计以及中值滤波的处理方式。根据大量测试，在采样点数为15点，有效采样点为10点时，可以满足需求。
在得到电梯运行的开关门信息以及上下行信息之后，就可以统计电梯在一段时间内的开关门次数、运行次数等信息，并将这些信息按照一定的格式保存在FLASH芯片中。
三轴加速度传感器的数据样本如图2至图5所示。
2、气压传感器模块的实现
本发明中的气压传感器芯片采用MEAS公司的MS5611气压传感器芯片，其分辨率为12ubar，测量精度可达10cm。本发明中使用大气压强变化的差值来计算电梯高度的变化，其公式为：ΔH＝Z2-Z1＝18400*(1+aT)*lgP1/P2，式中，P1为Z1高度上的气压，P2为Z2高度上的气压，a＝1/273，t为Z1到Z2间的空气柱平均温度。
由于电梯运行过程中的气流变化对气压传感器的测量误差有影响，所以本发明中计算电梯高度变化的方式是采集电梯轿厢运行前3秒到停止后3秒的气压值来计算电梯位移，电梯的运行标志是由加速度传感器模块给出的。
为了计算电梯运行的距离以及当前楼层之前，需要对电梯楼层做初始标定；首先人工控制电梯单层运行，并根据权利要求2所述的方法计算每层楼的层高，进而得到总楼高，并将楼层数、层高、总楼高写入FLASH芯片中作为电梯工作参数保存；然后分别计算电梯轿厢的上行位移和下行位移，上行位移和下行位移是由电梯单次运行的位移累加而来，电梯向上运行时累加上行位移并将下行位移清零，电梯向下运行时累加下行位移并将上行位移清零；最后，当电梯在上行状态下上行位移达到配置的总楼高时，则将当前楼层标定为最高楼层，同理，当电梯在下行状态下下行位移达到配置的总楼高时，则将当前楼层标定为最低楼层；完成楼层标定之后，在电梯每次运行后根据本次的行梯距离以及配置的每层楼的层高计算出电梯所处的楼层。
在得到电梯运行的楼层及每层楼的层高后，就可以统计一段时间内电梯的运行总位移，并按照一定的格式将电梯总位移保存在FLASH芯片中。
气压传感器的数据样本如图6所示。
3、其他功能模块
其他功能包括FLASH存储功能、WIFI通信数据传输功能等。
本发明中的FLASH存储芯片采用的是ST公司的M25P64芯片，其容量为64Mbit，与MCU的通信方式为SPI Bus，重复擦写次数可达10万次。FLASH芯片用于存储的信息主要包括：MCU程序更新区、MCU程序备份区、硬件参数区(包含硬件设备的ID，工作参数等)、电梯参数区(包含电梯的层数、层高、额定速度等)、统计数据区(包含电梯的开关门次数、上下行次数、运行距离等)。
本发明中的WIFI模块采用的是Ai-Thinker公司的ESP12F模组，其核心芯片为ESP8266EX，无线标准为802.11b/g/n。本发明中使用TCP协议传输数据。维保人员或电梯使用单位可以通过手机APP或电脑软件与WIFI模块建立TCP链接来获取电梯的统计数据，这些数据在应用层有加密处理及纠错机制，确保传输的安全稳定。
本发明中的MCU采用的是ST公司的STM32F107芯片，其内核为ARM CortexTM-M3，主频为80MHz，能够胜任本发明对数据处理及算法的需求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种采集电梯运行距离位置的系统，其特征在于，所述采集电梯运行距离位置的系统包括：
气压模块，与单片机MCU数据连接，用于采集轿厢内大气压强的变化信息；
Flash芯片，与单片机MCU数据连接，用于存储电梯的统计数据；
实时时钟管理单元，与单片机MCU数据连接，用于为系统提供时钟接口；
单片机MCU，用于根据厢内大气压强变化的差值来计算电梯高度的变化，其公式为：ΔH＝Z2-Z1＝18400*(1+aT)*lgP1/P2，式中，P1为Z1高度上的气压，P2为Z2高度上的气压，a＝1/273，T为Z1到Z2间的空气柱平均温度。
2.根据权利要求1所述的一种采集电梯运行距离位置的系统，其特征在于，气压模块采集电梯轿厢运行前3秒到停止后3秒的气压值，分别为作为公式中：ΔH＝Z2-Z1＝18400*(1+aT)*lgP1/P2的P1、P2，气压模块内置的温度传感器提供空气柱平均温度T，继而根据公式计算出电梯高度变化。
3.根据权利要求2所述的一种采集电梯运行距离位置的系统，其特征在于，单片机MCU，计算电梯运行的距离以及当前楼层之前，需要对电梯楼层做初始标定；首先人工控制电梯单层运行，并根据权利要求2所述的方法计算每层楼的层高，进而得到总楼高，并将楼层数、层高、总楼高写入FLASH芯片中作为电梯工作参数保存；然后分别计算电梯轿厢的上行位移和下行位移，上行位移和下行位移是由电梯单次运行的位移累加而来，电梯向上运行时累加上行位移并将下行位移清零，电梯向下运行时累加下行位移并将上行位移清零；最后，当电梯在上行状态下上行位移达到配置的总楼高时，则将当前楼层标定为最高楼层，同理，当电梯在下行状态下下行位移达到配置的总楼高时，则将当前楼层标定为最低楼层；完成楼层标定之后，在电梯每次运行后根据本次的行梯距离以及配置的每层楼的层高计算出电梯所处的楼层。
4.根据权利要求1所述的一种采集电梯运行距离位置的系统，其特征在于，在得到电梯运行的楼层及每层楼的层高后，统计一段时间内电梯的运行总位移，并按照一定的格式将电梯总位移保存在FLASH芯片中。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种采集电梯运行距离位置的系统，其特征在于，进一步包括：加速度模块，与数据连接，用于采集轿厢的加速度信息，在一定时间内完成一次原始数据的采集，并对规定点数的数据进行求和平均，作为一个采样点；单片机MCU分析轿门开关过程：
开门：当采样点的负向幅度值超过开门门限时，标定为负向加速度渐增，继而判断采样点的正向幅度值是否超过开门门限，若是，则判断为正在开门状态；
关门：当采样点的正向幅度值超过关门限时，标定为正向加速度渐增，继而判断采样点的负向幅度值是否超过关门门限，若是，则判断为正在关门状态。
6.根据权利要求5所述的一种采集电梯运行距离位置的系统，其特征在于，所述加速度模块每5ms完成一次原始数据的采集，并对5点数据进行求和平均后，作为一个采样点，信号的采样率为25ms/point；开门门限和关门门限为20mg，即采样点的幅度绝对值超过30mg时作为一个有效采样点；采样点数为15点，有效采样点为10点时，计开门或关门。
7.根据权利要求1至4任一项所述的一种采集电梯运行距离位置的系统，其特征在于，进一步包括：单片机MCU分析电梯轿厢的运动信息
停梯：当采样点的幅度绝对值小于上行门限或下行门限，且气压模块采集到的电梯速度小于30cm/s时，判断为电梯停梯状态。
8.根据权利要求1至4任一项所述的一种采集电梯运行距离位置的系统，其特征在于，进一步包括：加速度模块，与数据连接，用于采集轿厢的加速度信息，在一定时间内完成一次原始数据的采集，并对规定点数的数据进行求和平均，作为一个采样点；单片机MCU分析电梯轿厢上下行的过程：
上行：当采样点的负向幅度值超过上行门限时，标定为负向加速度渐增，此时电梯正在上行加速；继而判断采样点的正向幅度值是否超过上行门限，若是，则标定为正向加速度渐增，此时电梯正在上行减速；最后判断电梯是否满足停梯条件，若是，则一次上行过程结束；
下行：当采样点的正向幅度值超过下行门限时，标定为正向加速度渐增，此时电梯正在下行加速；继而判断采样点的负向幅度值是否超过下行门限，若是，则标定为负向加速度渐增，此时电梯正在下行减速；最后判断电梯是否满足停梯条件，若是，则一次下行过程结束。
9.根据权利要求8所述的一种采集电梯运行距离位置的系统，其特征在于，所述加速度模块每5ms完成一次原始数据的采集，并对5点数据进行求和平均后，作为一个采样点，信号的采样率为25ms/point；上行门限和下行门限为30mg，即采样点的幅度绝对值超过30mg时作为一个有效采样点；采样点数为15点，有效采样点为10点时，计上行或下行。
10.根据权利要求1至4任一项所述的一种采集电梯运行距离位置的系统，其特征在于，进一步包括：WIFI模块，与单片机MCU数据连接，用于通过WIFI协议传递电梯的统计数据到维保人员或电梯使用单位人员的手机、电脑终端设备。
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