CN108429797A

CN108429797A - 一种多电梯安全运行的数据通信方法

Info

Publication number: CN108429797A
Application number: CN201810158884.1A
Authority: CN
Inventors: 桂元苗; 王儒敬; 王雪; 魏圆圆
Original assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Current assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date: 2018-02-26
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2018-08-21

Abstract

本发明涉及一种多电梯安全运行的数据通信方法，该方法包括了多电梯与通信服务器之间的数据交互过程，首先，电梯内设置多个传感器以及Zigbee通信组件，传感器对电梯数据进行采集，通过Zigbee组件将采集的数据发送到Zigbee网关，再由Zigbee网关将数据发送到MQTT服务器，最后由MQTT代理服务器将数据发送到通信服务器；其次，通信服务器根据数据库中的数据获取将要发送数据信息的电梯相关信息，再由MQTT代理服务器以及Zigbee网关将数据发送到电梯，通过上述的数据交互实现了对多个不同电梯的监控，并且不受网络覆盖范围、上网等条件的限制，实现对电梯的无缝监控。

Description

一种多电梯安全运行的数据通信方法

技术领域

本发明涉及网关通信设计方法，尤其涉及一种多电梯安全运行的数据通信方法。

背景技术

随着高层建筑的大量涌现,电梯的使用也日益广泛与普及,许多电梯现场的控制设备,大部分时间都工作在无人值守状态。目前国内大部分的电梯仅仅进行定期的检查与维护,只有出了问题才由维修人员上口处理。由于电梯分布区域一般比较广,这种做法的效率并不高。此外电梯出现事故时,往往由于救助不及时而对被困乘客造成二次伤害。因此,研究如何对电梯实施有效的监控是十分迫切的。

目前电梯监控系统的应用并不普遍，原因一是电梯远程监控系统都是由电梯厂家自己开发的，都是针对自己厂家的电梯，没有统一的标准,对其他公司电梯的监控则无能为力兼容性较差。另一个原因是市场上现有的电梯监控系统价格比较昂贵,电梯管理部门一般不愿意采购。

目前己有的电梯监控系统，BACnet、LonWorks、Konnex等开放协议也已广泛使用，但是用这种方法解决问题实现起来技术方案复杂、成本高，同时由于受到网络覆盖范围、上网手段等条件的限制，很难做到随时随地无缝地监控远程设备。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，常应用于传输范围短，数据传输速率低的各种电子元器件设备之间。近年来国内外对ZigBee的研究也较多，如2014年，程春等将ZigBee与TCP协议之间进行有效转换来实现网关软硬件设计；2015年，杜岗等提出一种基于ZigBee技术和GPRS技术的网关设计方案，实现监控中心对现地水位的实时监控；发明授权公告号CN103287936B通过Zigbee电梯无线网络与Zigbee无线探测器通信相连，构建电梯疏散系统。以上的这类文献主要ZigBee技术或ZigBee技术和其他某一种技术的结合运用，在一定程度上也提高了物联网网关的效率，但对于将ZigBee和其他多种通讯技术的运用、异构网络的不同上层协议与底层ZigBee协议的对接的研究还比较少。

ZigBee是一种无线连接，可工作在2.4GHz频段上,主要适合于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备中,同时支持地理定位功能。

GPRS(General Packet Radio Service)即通用无线分组业务是基于GSM网络上的一种新的数据传输技术，GPRS采用分组交换方式，仅在实际传送和接收数据时才占用无线资源，具有较高的数据传输速率，用户只需在传输数据时按照流量进行付费，这样就大大降低了用户的使用费用，由于GPRS网络覆盖范围广，且支持TCP/IP协议从而可以实现与Internet的无缝连接。

MQTT(Message Queueing Telemetry Transport Protocol，消息队列遥测传输协议)，它是IBM公司所推出的一种基于轻量级代理的发布/订阅模式的消息传输协议，运行在TCP协议栈之上，能够提供有序、可靠、双向连接的网络连接保证。MQTT的优点是：协议简洁轻巧，数据冗余量低、可扩展性强、省流量、省电，并且支持的设备从智能硬件到智能手机无所不包。

ZigBee技术在短距离低功耗无线通信中具有优势，而GPRS网络在远程数据传输中具有较高的数据传输速率、按照流量进行付费等优势。本发明将电梯终端的传感器数据打包成MQTT格式，并利用ZigBee、GPRS、TCP/IP等多种协议网络传输数据，充分利用这些协议网络的优点，提高了通讯接口的通用性，并解决电梯数据在不同网络结构、不同通信方式以及不同协议环境下和服务器数据的对接问题。

发明内容

基于此，有必要针对多电梯的兼容性通信问题，提供一种多电梯安全运行的数据通信方法。

根据本发明的目的，提供一种多电梯安全运行的数据通信方法，

定时采集至少一个电梯的数据信息；

将所述数据信息打包成Zigbee协议数据包，并通过Zigbee网络将所述数据包实时发送到Zigbee网关；

所述Zigbee网关对接收到的数据包再打包，并将打包后的数据包经由MQTT代理服务器实时发送至通信服务器。

优选的，

所述采集至少一个电梯的数据信息，包括，在所述至少一个电梯内安装楼层计数传感器、速度传感器、噪声传感器、振动传感器、温度传感器、上位机以及ZigBee通信组件，通过上述传感器采集电梯的数据信息。

优选的，

所述数据信息格式为{数据包长度、数据头、电梯编码、时间、数据包类型、电梯传感器数据、数据尾、校验码}，其中，所述将所述数据信息打包成Zigbee协议数据包，并通过Zigbee网络将所述数据包发送到Zigbee网关，包括，将数据格式为{数据包长度、数据头、电梯编码、时间、数据包类型、电梯传感器数据、数据尾、校验码}的数据信息打包成满足Zigbee协议传输的数据包，并且预先配置好Zigbee网关地址，再将所述数据协议包发送到与所述Zigbee网关地址对应的Zigbee网关上。

优选的，

所述Zigbee网关对接收到的数据包再加工，并将加工后的数据包经由MQTT代理服务器发送至通信服务器，具体为，ZigBee网关接收到所述数据包后，对所述数据包进行再打包，并结合预先配置的服务器ip,将再打包后的数据格式设置为{接收到的电梯终端的数据包、服务器IP}，打包后的数据包经ZigBee网关应用程序的数据层后到达ZigBee网关应用程序的逻辑层，在该层中，根据自定义协议解析成框架内统一的传感器设备对象实例，然后再经过JSON格式处理类将转化来的传感器设备实例打包成JSON格式字符串数据，再将所述JSON格式字符串数据发送给MQTT代理服务器，MQTT代理服务器通过GPRS协议将所述JSON格式字符串数据发送到通信服务网关，通信服务网关一方面将数据存入DB数据库进行持久化存储操作；另一方面则将所述JSON格式字符串数据推送到已经订阅的通信服务器。

本发明还提出了一种多电梯安全运行的数据通信方法，该方法包括，

通信服务器查找数据库中的待发送信息，其中，所述待发送信息包括至少一个电梯信息，以及与该至少一个电梯信息对应的Zigbee网关IP地址和Zigbee地址，

通信服务器将命令数据包以及所述待发送信息打包成待发送数据包发送到通信服务网关，所述通信服务网关将所述待发送数据包经过MQTT代理服务器发送到对应的ZigBee网关，

所述ZigBee网关对接收到的所述待发送数据包进行分析，如果所述待发送数据包中包含目的电梯Zigbee地址，则将所述待发送数据包中的命令数据包重新打包，并经过Zigbee网络发送到目的电梯的Zigbee通信组件中。

本发明的有益效果：

(1)实现了多种类电梯的数据通信兼容性；

(2)实时远程无缝地监控远程电梯设备，保证了电梯的安全运行；

(3)数据传输过程中的协议设计简洁、轻巧，数据冗余量低，可扩展性强，省流量以及省电，在节约能源与资源的同时，实现对多种电梯的安全运行实时监控。

附图说明

图1为多电梯安全运行的网关通信的电梯、网关及服务器的布局图。

图2为多电梯安全运行的网关通信架构图。

图3为多电梯安全运行的网关通信数据传输流程图。

图4为电梯发送数据到服务器数据流图。

图5为服务器返回命令到电梯的数据流图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

如图1所示，为本发明的多电梯安全运行的网关通信的电梯、网关及服务器的布局图。

目前前电梯监控系统的应用并不普遍，原因一是电梯远程监控系统都是由电梯厂家自己开发的，都是针对自己厂家的电梯，没有统一的标准,对其他公司电梯的监控则无能为力兼容性较差。因此，本发明中采用的是在电梯中设置Zigbee通信组件，每个电梯都设置相应的楼层计数传感器、速度传感器、噪声传感器、振动传感器、温度传感器、上位机，各类传感器采集相应的数据信息，楼层计数传感器采集楼层计数信息，速度传感器采集电梯运行速度数据，噪声传感器采集周围噪声数据，振动传感器采集电梯振动数据，温度传感器采集温度数据，通过不同的传感器采集不同的数据，并将这些数据通过上位机统计传送到Zigbee通信组件中，这样实现了多个电梯数据的采集过程。

在现实生活中，电梯的运用范围也是广泛的，如小区，商场，学校等，因此，在不同的小区、学校、商场等再设置相应的网关，在本发明中，采用的是Zigbee网关，因此，也就需要对采集的数据进行打包，这样就可以使得每个电梯的Zigbee通信组件都能与Zigbee网关进行基于Zigbee协议的数据通信，解决了兼容性问题。从而实现了与通信服务器的通信。

如图2所示，为本发明的多电梯安全运行的网关通信架构图。

在本发明的方案中，包括三个层，即底层、中间层和上层，每一层都对应着相应的功能。首先，在底层设计中，采用Zigbee通信协议，实现电梯数据采集后,Zigbee通信组件与Zigbee网关之间的基于Zigbee协议的通信，从而满足兼容性问题，其次，通过GPRS网络以及TCP/IP协议传输数据，并经过MQTT代理服务器传送到通信服务网关，最后经由通信服务网关发送到管理应用层中，在该部分中，管理应用下发控制命令经由中间层发送到底层中，底层也会实时将监测数据上传到管理应用中。

如图3所示，为本发明的多电梯安全运行的网关通信数据传输流程图。

在本发明中，采集的数据信息格式为{数据包长度、数据头、电梯编码、时间、数据包类型、电梯传感器数据、数据尾、校验码}，其中，电梯编码用13位物联网卡号表示，将数据格式为{数据包长度、数据头、电梯编码、时间、数据包类型、电梯传感器数据、数据尾、校验码}的数据信息打包成满足Zigbee协议传输的数据包，由于不同的Zigbee网关获取的都是与之范围内的电梯中的Zigbee通信组件进行数据交互，就需要设置相应的Zigbee网关地址，这样才可以找到对应的Zigbee网关进行数据交互，因此，在本发明中，会预先配置好Zigbee网关地址，再将所述数据协议包发送到与所述Zigbee网关地址对应的Zigbee网关上。

传感器数据包格式＝{数据包长度、数据头、电梯编码(用13位物联网卡号表示)、时间、数据包类型、电梯数据、数据尾、校验数据}，以电梯发送到服务器的数据包为例，[0038 5A 4C 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 10 0C 0F 0E 34 2E B0 00 00 0000 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0000 0D 0A 00 00]，其中，00 38为客户端发送的数据包长度；5A 4C为数据头；31 32 33 3435 36 37 38 39 30 31 3233用13位物联网卡号表示电梯编码；10 0C 0F 0E 34 2E为时间；B0为数据包的类型；00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0000 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00为发送数据内容，各种传感器采集的数据，具体内容和编码详见数据编码表；0D 0A为数据尾；00 00为校验码。

如图4所示，为本发明的电梯发送数据到服务器及服务器返回命令到电梯的数据流图。首先，采集电梯中的数据信息后，会将数据打包，以及设置服务器ip地址，从而将数据发送到其对应的服务器中，其次，检测Zigbee网络是否繁忙，如果是，则将数据放入缓冲中，返回上一步骤，如果为否，则发送至通信网关，此时，检测通信服务器是否可以连接，如果可以，则将数据上传至通信服务器中，否则将数据放入缓冲，待检测到服务器可以连接时，再继续传送数据。

如图5所示，为本发明的电梯发送数据到服务器及服务器返回命令到电梯的数据明细图。

通信服务器收到数据后，会对数据进行保存，并且配置相应的数据格式，存储模式也会根据其对应的地址信息进行存储。当服务器需要主动查询或者回复电梯数据信息时，服务器会在数据库中查找其需要发送数据的电梯信息，如其ip地址，Zigbee网关地址等，将这些数据打包，然后检查通信网关是否可以连接，如果可以，则发送至通信网关，否则等待检测连接成功继续发送，发送到通信网关后，继续检查Zigbee网络是否繁忙，如果否，则根据相应的Zigbee网关地址发送数据，并且基于Zigbee通信组件地址发送到指定的电梯中。

具体的，通信服务器查找数据库中的待发送信息，其中，所述待发送信息包括至少一个电梯信息，以及与该至少一个电梯信息对应的Zigbee网关IP地址和Zigbee地址，

其中，服务器发送到电梯的数据包的数据包格式＝{电梯编码，命令数据}，服务器接收到ZigBee网关发送的信息后，

成功时:[00 1B 5A 4D 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 10 0C 0F0E 34 2E B0 00 0D 0A 00 00]

失败时:[00 1B 5A 4D 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 10 0C 0F0E 34 2E B0 01 0D 0A 00 00]

其中，和上面类似，00 1B为服务器发送的数据包长度；5A 4D为数据头；31 32 3334 35 36 37 38 39 30 31 32 33为电梯编码；10 0C 0F 0E 34 2E 为时间；00和01为发送数据内容，00表示数据发送成功，01表示发送失败；0D 0A为数据尾；00 00为校验数据。

同时，本发明还给出一种电梯失联检测方法，该方法既可以通过电梯主动发送数据检测，也可以通过服务器主动轮询进行检测，具体如下：

电梯定时发送：电梯间隔一定时间向服务器发送在线数据包；服务器接受在线数据包后，记录电梯编码以及接受时间，并维护电梯的最后2次在线数据包信息；当长时间未接收到在线数据包时，认为当前电梯处于失联状态。

服务器定时轮询：服务器发送命令数据包后等待预设的超时时间，超时时间超过后任然接受不到电梯的反馈信息时重试3次，3次失败后认为当前电梯处于失联状态。失联记录包含：网关地址是否能够正常访问、网关地址是否拒绝转发数据包、电梯是否存在反馈信息等。

本发明中，给出了如下表所示的，为电梯发送数据到服务器及服务器返回命令到电梯的数据明细图。

表1.服务器发往电梯终端的轮询指令

表2.电梯(机房)终端回复服务器的数据

表3.电梯(机房)终端回复服务器的数据明细

以下为本发明的数据通信具体流程方式。

#通信数据包

#

---------------------------------------------------------------------------

#登陆包

#

---------------------------------------------------------------------------

客户端:[00 11 5A 4B 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 0D 0A]，其中00 11是该包的数据长度，5A 4B为数据头31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33是电梯编码，0D 0A为数据尾。

服务端成功时:[00 05 5A 5B 00 0D 0A]

服务端失败时:[00 05 5A 5B 01 0D 0A]

其中，00 05长度，5A 5B数据头，00和01数据内容，0D 0A数据尾。

#

---------------------------------------------------------------------------

#预警/报警包

#

---------------------------------------------------------------------------

客户端:[00 38 5A 4C 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 10 0C 0F0E 34 2E B0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0000 00 00 00 00 00 00 00 0D 0A 00 00]

服务端:

#

---------------------------------------------------------------------------

#数据查询包

#

---------------------------------------------------------------------------

服务端:[00 1A 5A 4D 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 10 0C 0F0E 34 2E B5 0D 0A 00 00]

客户端:[00 38 5A 4C 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 10 0C 0F0E 34 2E B5 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0000 00 00 00 00 00 00 00 0D 0A 00 00]

#

---------------------------------------------------------------------------

#时间同步包

#

---------------------------------------------------------------------------

服务端:[00 20 5A 4D 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 10 0C 0F0E 34 2E B8 10 0C 0F 0E 34 2E 0D 0A 00 00]

客户端:

成功时:[00 1B 5A 4C 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 10 0C 0F0E 34 2E B8 00 0D 0A 00 00]

失败时:[00 1B 5A 4C 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 10 0C 0F0E 34 2E B8 01 0D 0A 00 00]

#

---------------------------------------------------------------------------

#修改GPRS包

#

---------------------------------------------------------------------------

服务端:[00 20 5A 4D 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 10 0C 1814 11 19 BD C0 A8 00 6F 1F 98 0D 0A 00 00]

客户端:

成功时:[00 1B 5A 4C 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 10 0C 0F0E 34 2E BD 00 0D 0A 00 00]

失败时:[00 1B 5A 4C 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 10 0C 0F0E 34 2E BD 01 0D 0A 00 00]

#

---------------------------------------------------------------------------

#读取GPRS包

#

---------------------------------------------------------------------------

服务端:[00 1A 5A 4D 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 10 0C 1816 13 37 BC 0D 0A 00 00]

客户端:[00 20 5A 4C 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 10 0C 0F0E 34 2E BC C0 A8 00 6F 1F 98 0D 0A 00 00]

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种多电梯安全运行的数据通信方法，其特征在于，

定时采集至少一个电梯的数据信息；

2.根据权利要求1所述的多电梯安全运行的数据通信方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的多电梯安全运行的数据通信方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的多电梯安全运行的数据通信方法，其特征在于，

5.一种多电梯安全运行的数据通信方法，其特征在于，

通信服务器查找数据库中的待发送信息，其中，所述待发送信息包括至少一个电梯信息，以及与该至少一个电梯信息对应的Zigbee网关IP地址和Zigbee地址；

通信服务器将命令数据包以及所述待发送信息打包成待发送数据包发送到通信服务网关，所述通信服务网关将所述待发送数据包经过MQTT代理服务器发送到对应的ZigBee网关；