CN110040593A - 一种基于气压测判技术的电梯运行状态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于气压测判技术的电梯运行状态检测方法，与现有技术相比解决了电梯运行状态检测所依赖的检测硬件安装不便的缺陷。本发明包括以下步骤：设定时间周期T和周期差值Δt；电梯运行数据的读取；原始楼层高度的标定；电梯运行状态的判断。本发明通过对气压传感器与霍尔传感器的信号进行采集分析得到电梯的基本运行信息，采用了非侵入的方式，与电梯控制系统保持独立的同时，也能够有效检测电梯的运行状态。

Description

一种基于气压测判技术的电梯运行状态检测方法

技术领域

本发明涉及电梯设计技术领域，具体来说是一种基于气压测判技术的电梯运行状态检测方法。

背景技术

电梯现已成为了人们生活中不可缺少的一部分，电梯的安全也受到政府以及相关人员的更多的关注，进而出现了一些电梯监控设备。在电梯监控领域，政府对监控系统出台了各种规范标准，对电梯监控做出了严格的要求，其中对电梯楼层计算和实时状态的监测是其中很重要的一部分，然而由于受到外部环境的影响，导致了对电梯所在楼层的数据采集不准确，增加了电梯监控的不可控性。

目前第三方电梯监管设备的电梯楼层检测采用单一的光电传感器或者霍尔传感器进行楼层检测，其中光电传感器需要在电梯的运行轨道上对应的每层楼的平层位置增加隔光板，用来穿过光电传感器U型槽，再通过电梯控制检测从而计算出电梯楼层；使用霍尔传感器检测楼层的技术是在电梯运行轨道平层位置加装磁条，进而由电梯控制检测来计算电梯所在楼层。

该两种技术共同的特点是需要在每层楼平层对应的位置安装相应的设备才能进行楼层检测，对于比较高的楼层来说，造成维护工作量大，维护人员安全风险较高。

因此，如何开发出一种利用非侵入式硬件安装实现电梯运行状态的检测方法已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中电梯运行状态检测所依赖的检测硬件安装不便的缺陷，提供一种基于气压测判技术的电梯运行状态检测方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于气压测判技术的电梯运行状态检测方法，电梯运行状态检测组件包括安装在电梯轿厢内的气压传感器和MCU控制器，电梯导靴位置安装有霍尔传感器，电梯一楼平层处的T型导轨上安装有基站磁条，所述的霍尔传感器、气压传感器的信号输出端分别与MCU控制器的信号输入端相连；所述的电梯运行状态检测方法包括以下步骤：

设定时间周期T和周期差值Δt；

电梯运行数据的读取：霍尔传感器、气压传感器实时获取对应数据，并将数据实时传送给MCU控制器；

原始楼层高度的标定：利用霍尔传感器配合气压值进行各楼层的数据标定；

电梯运行状态的判断：MCU控制器根据气压传感器发送的数据和霍尔传感器的感应信号，分别对电梯运行方向、实际楼层、平均运行速度的变化进行相应判断。

所述电梯运行数据的读取包括以下步骤：

气压传感器在时间周期T内实时采集电梯所处位置的大气压，并交给MCU控制器；

霍尔传感器实时检测是否感应到一楼平层处的基站磁条，当感应到基站磁条时，向MCU控制器发送感应信号。

所述原始楼层高度的标定包括以下步骤：

当霍尔传感器感应到一楼平层位置的基站磁条时，此时楼层强置为1楼，并采集同时刻的气压值作为基准气压P₁；

将电梯随意停靠在各个楼层，采集、记录对应楼层的气压值P₂、P₃、…、P_N；

MCU控制器分别将对应楼层的气压值与基站气压P₁作差值运算，得出各个楼层相对于1楼位置的高度，其计算公式如下：

h_n＝(P_n-P₁)/ρg，

其中，ρ为空气密度，g为重力加速度，P₁为上一步电梯在1楼位置采集的基准气压；

对若干个h_n进行升序排列后，得到2楼、3楼、…N楼分别相对于1楼的高度h₂、h₃、…、h_N，另外h₁为基准楼层1楼的高度，设为0；

建立楼层高度差序列表，楼层高度差序列表为各楼层高度相对于一楼的高度差序列与楼层号的对应，保存到MCU控制器，即h₁为1楼、h₂为2楼、…、h_N为N楼。

所述电梯运行方向的判断包括以下步骤：

获取时间T₁-Δt～T₁内，大气压的均值P₁；

获取时间T₁～T₁+Δt内，大气压的均值P₂；

对两个时间周期的大气压均值进行判断：

若P₁-P₂的差值大于参考值P₀，判定此时电梯启动，运行方向向上；

若P₁-P₂的差值小于参考值-P₀，判定此时电梯启动，运行方向向下；

若P₁-P₂的差值在参考值-P₀与参考值P₀之间，判断此时电梯运行方向为停止。

所述电梯实际楼层的判断包括以下步骤：

当MCU控制器判断出电梯启动时，采集并记录当前气压值P_k；

当MCU控制器判断出电梯停止时，采集并记录当前气压值P_n；

计算P_n-P_k的气压差，作为此次电梯从启动到停止时的相对气压值，计算出相对运行高度Δh；其计算公式如下：

Δh＝(P_n-P_k)/ρg，

其中，ρ为空气密度，g为重力加速度；

设H_N为电梯启动时所在楼层相对于1楼平层位置的高度，H_N＝h_k，Δh+H_N为电梯该次运行所到达的楼层相对于一楼平层位置的高度；

将Δh+H_N与标楼层高度差序列表进行对比，

若H_X≤Δh+H_N＜H_y，则当前电梯运行的实际楼层为x层，

其中，H_X为x层至一楼平层的高度差，H_y为y层至一楼平层的高度差，x层和y层为相邻楼层且x层低于y层。

所述平均运行速度的判断为根据电梯启动和停止时间，计算出电梯的平均运行速度，其包括以下步骤：

当MCU控制器判断出电梯启动时，开始计时，计启动时间为T₁；

当MCU控制器判断出电梯停止时计时结束，计结束时间为T₂；

计算电梯此时运行时间为T₂-T₁；

根据相对运行高度Δh，得出平均运行速度为Δh/(T₂-T₁₎。

有益效果

本发明的一种基于气压测判技术的电梯运行状态检测方法，与现有技术相比通过对气压传感器与霍尔传感器的信号进行采集分析得到电梯的基本运行信息，采用了非侵入的方式，与电梯控制系统保持独立的同时，也能够有效检测电梯的运行状态。

附图说明

图1为本发明的方法顺序图。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

本发明中电梯运行状态检测组件(硬件)包括安装在电梯轿厢内的气压传感器和MCU控制器，MCU控制器为传统的电梯运行状态判断组件，其内在包括信号处理模块，以适应各类数据的读取。气压传感器通过传统方式安装在电梯轿厢内即可，本发明通过利用气压传感器来进行电梯运行状态的判断，在实际安装时，只需要在电梯轿厢内利用现有的简单方法安装即可，无需像传统技术中在电梯的运行轨道上对应的每层楼的平层位置增加隔光板(配合光电传感器使用)、在电梯运行轨道平层位置加装磁条(配合霍尔传感器使用)的复杂安装。只需要在电梯导靴位置安装有霍尔传感器，电梯一楼平层处的T型导轨上安装有基站磁条，以此进行一楼平层处的标定使用即可。

霍尔传感器、气压传感器的信号输出端分别通过传统方式与MCU控制器的信号输入端相连，其信号给过MCU控制器内部的信号处理模块处理后，进行运行状态检测使用。

如图1所示，本发明所述的电梯运行状态检测方法包括以下步骤：

第一步，设定时间周期T和周期差值Δt。时间周期T和周期差值Δt的具体数值设计，根据传统行业规定或标准设定即可，设定时间周期T和周期差值Δt的作用，主要是用于电梯运行方向的判断。

第二步，电梯运行数据的读取。霍尔传感器、气压传感器实时获取对应数据，并将数据实时传送给MCU控制器。其具体步骤如下：

(1)气压传感器在时间周期T内实时采集电梯所处位置的大气压，并交给MCU控制器。

(2)霍尔传感器实时检测是否感应到一楼平层处的基站磁条，当感应到基站磁条时，向MCU控制器发送感应信号。

第三步，原始楼层高度的标定：利用霍尔传感器配合气压值进行各楼层的数据标定。其具体步骤如下：

(1)当霍尔传感器感应到一楼平层位置的基站磁条时，此时楼层强置为1楼，并采集同时刻的气压值作为基准气压P₁。

(2)将电梯随意停靠在各个楼层，采集、记录对应楼层的气压值P₂、P₃、…、P_N。在实际应用中，也可以人工操作电梯行至各楼层，以此采集各楼层对应的气压值，这样就可以免去后续的排序过程。

(3)MCU控制器分别将对应楼层的气压值与基站气压P₁作差值运算，得出各个楼层相对于1楼位置的高度，其计算公式如下：

h_n＝(P_n-P₁)/ρg，

其中，ρ为空气密度，g为重力加速度，P₁为上一步电梯在1楼位置采集的基准气压。

(4)对若干个h_n进行升序排列后，得到2楼、3楼、…N楼分别相对于1楼的高度h₂、h₃、…、h_N，另外h₁为基准楼层1楼的高度，设为0。

(5)建立楼层高度差序列表，楼层高度差序列表为各楼层高度相对于一楼的高度差序列与楼层号的对应，保存到MCU控制器，即h₁为1楼、h₂为2楼、…、h_N为N楼。

在此，楼层高度差序列表为相对于一楼的楼层高度与楼层号的对应关系表，例如，2楼距离1楼的高度差为h₂(h₁为0)，3楼距离1楼的高度差为h₃，在本发明中，此类数据均是通过简单地加装气压传感器来获取计算得出。

第四步，电梯运行状态的判断：MCU控制器根据气压传感器发送的数据和霍尔传感器的感应信号，分别对电梯运行方向、实际楼层、平均运行速度的变化进行相应判断。

其中，针对电梯运行方向的判断包括以下步骤：

(1)获取时间T₁-Δt～T₁内，大气压的均值P₁。大气压的均值P₁的计算则由MCU控制器根据时间周期按传统的除平均方式进行平均计算即可。

(2)获取时间T₁～T₁+Δt内，大气压的均值P₂。

(3)对两个时间周期的大气压均值进行判断：

A)若P₁-P₂的差值大于参考值P₀，表示气压均值为上升趋势，判定此时电梯启动，运行方向向上；

B)若P₁-P₂的差值小于参考值-P₀，表示气压均值为下降趋势，判定此时电梯启动，运行方向向下；

C)若P₁-P₂的差值在参考值-P₀与参考值P₀之间，判断此时电梯运行方向为停止。参考值-P₀与参考值P₀的具体数据为经验值，可以将参考值-P₀与参考值P₀的取值范围设在5～8Pa。

由于气压值的变化影响因素较多，如随着气温的变化，在密闭环境下气压值也会有相应变化(温度上升而导致的气压值上升)。这就导致在进行电梯实际楼层判断时，无法根据原始楼层高度的标定步骤中每一楼层的高度对应气压关系进行电梯实际楼层的判断(实际楼层的判断也可以用于电梯故障检测报警)。然后对于一定时间段内，通过气压传感器算出来的相对运行高度一致性较好，因此电梯在运行过程中，结合霍尔传感器与基站磁条的感应状态，运行过程中实际所在楼层可根据以下方法判断，电梯实际楼层的判断包括以下步骤：

(1)当MCU控制器判断出电梯启动时，采集并记录当前气压值P_k，此时P_k为电梯启动时所在楼层的气压值。

(2)当MCU控制器判断出电梯停止时，采集并记录当前气压值P_n，此时P_n为电梯停止时所在楼层的气压值。

(3)计算P_n-P_k的气压差，P_n-P_k若为负值则取其绝对值，作为此次电梯从启动到停止时的相对气压值，计算出相对运行高度Δh，相对运行高度Δh为电梯从启动至停止时所经过的高度，其计算公式如下：

Δh＝(P_n-P_k)/ρg，

其中，ρ为空气密度，g为重力加速度。

(4)设H_N为电梯启动时所在楼层相对于1楼平层位置的高度，H_N＝h_k，在此，H_N的值为已知值，电梯启动时所在楼层为已知量，通过楼层高度差序列表可以得出，电梯启动时所在楼层与1楼平层位置的高度。因此，Δh+H_N为电梯该次运行所到达的楼层相对于一楼平层位置的高度。

在此，如果将电梯从一楼启动，此时Δh+H_N就等于Δh，即为电梯该次运行所到达的楼层相对与一楼平层位置的高度。

(5)将Δh+H_N与标楼层高度差序列表进行对比，通过对比判断出电梯停止时所在楼层。

若H_X≤Δh+H_N＜H_y，则当前电梯运行的实际楼层为x层，

其中，H_X为x层至一楼平层的高度差，H_y为y层至一楼平层的高度差，x层和y层为相邻楼层且x层低于y层。

由于气压值会随着环境因素而产生微变，因此通过电梯在一定时间段内，相对运行的高度差来进行电梯到达楼层的判断。例如，电梯启动时楼层为2楼，其与一楼平层的高度差为h₂，电梯停止后的相对运行高度Δh+h₂值，为电梯停止后与一楼平层的高度差H_X。而楼层高度差序列表为相对于一楼的楼层高度与楼层号的对应关系表，此表中拥有各个楼层与一楼的高度差，判断H_X位于哪两个高度的高度差之间，即高于哪一层(x层)低于哪一层(y层)，则可以判定电梯在x层。

其中，平均运行速度的判断为根据电梯启动和停止时间，计算出电梯的平均运行速度，其包括以下步骤：

(1)当MCU控制器判断出电梯启动时，开始计时，计启动时间为T₁；

(2)当MCU控制器判断出电梯停止时计时结束，计结束时间为T₂；

(3)计算电梯此时运行时间为T₂-T₁；

(4)根据相对运行高度Δh，得出平均运行速度为Δh/(T₂-T₁₎。

本发明通过气压变化来判断电梯运行状态，通过一定时间内(电梯的一次启停过程)，气压传感器所测得的相对运行高度基本一致的特性，采取方法可较精确的对电梯的基本运行状态进行检测，不受温度等其它因素影响，另外结构简单，采用了非侵入的检测方式，适用于各种类型的电梯，参数自适应不需要用户调节，安装维护成本低。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种基于气压测判技术的电梯运行状态检测方法，电梯运行状态检测组件包括安装在电梯轿厢内的气压传感器和MCU控制器，电梯导靴位置安装有霍尔传感器，电梯一楼平层处的T型导轨上安装有基站磁条，所述的霍尔传感器、气压传感器的信号输出端分别与MCU控制器的信号输入端相连；其特征在于，所述的电梯运行状态检测方法包括以下步骤：

11)设定时间周期T和周期差值Δt；

12)电梯运行数据的读取：霍尔传感器、气压传感器实时获取对应数据，并将数据实时传送给MCU控制器；

13)原始楼层高度的标定：利用霍尔传感器配合气压值进行各楼层的数据标定；

14)电梯运行状态的判断：MCU控制器根据气压传感器发送的数据和霍尔传感器的感应信号，分别对电梯运行方向、实际楼层、平均运行速度的变化进行相应判断。

2.根据权利要求1所述的一种基于气压测判技术的电梯运行状态检测方法，其特征在于，所述电梯运行数据的读取包括以下步骤：

21)气压传感器在时间周期T内实时采集电梯所处位置的大气压，并交给MCU控制器；

22)霍尔传感器实时检测是否感应到一楼平层处的基站磁条，当感应到基站磁条时，向MCU控制器发送感应信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于气压测判技术的电梯运行状态检测方法，其特征在于，所述原始楼层高度的标定包括以下步骤：

31)当霍尔传感器感应到一楼平层位置的基站磁条时，此时楼层强置为1楼，并采集同时刻的气压值作为基准气压P₁；

32)将电梯随意停靠在各个楼层，采集、记录对应楼层的气压值P₂、P₃、…、P_N；

33)MCU控制器分别将对应楼层的气压值与基站气压P₁作差值运算，得出各个楼层相对于1楼位置的高度，其计算公式如下：

h_n＝(P_n-P₁)/ρg，

其中，ρ为空气密度，g为重力加速度，P₁为上一步电梯在1楼位置采集的基准气压；

34)对若干个h_n进行升序排列后，得到2楼、3楼、…N楼分别相对于1楼的高度h₂、h₃、…、h_N，另外h₁为基准楼层1楼的高度，设为0；

35)建立楼层高度差序列表，楼层高度差序列表为各楼层高度相对于一楼的高度差序列与楼层号的对应，保存到MCU控制器，即h₁为1楼、h₂为2楼、…、h_N为N楼。

4.根据权利要求1所述的一种基于气压测判技术的电梯运行状态检测方法，其特征在于，所述电梯运行方向的判断包括以下步骤：

41)获取时间T₁-Δt～T₁内，大气压的均值P₁；

42)获取时间T₁～T₁+Δt内，大气压的均值P₂；

43)对两个时间周期的大气压均值进行判断：

431)若P₁-P₂的差值大于参考值P₀，判定此时电梯启动，运行方向向上；

432)若P₁-P₂的差值小于参考值-P₀，判定此时电梯启动，运行方向向下；

433)若P₁-P₂的差值在参考值-P₀与参考值P₀之间，判断此时电梯运行方向为停止。

5.根据权利要求1所述的一种基于气压测判技术的电梯运行状态检测方法，其特征在于，所述电梯实际楼层的判断包括以下步骤：

51)当MCU控制器判断出电梯启动时，采集并记录当前气压值P_k；

52)当MCU控制器判断出电梯停止时，采集并记录当前气压值P_n；

53)计算P_n-P_k的气压差，作为此次电梯从启动到停止时的相对气压值，计算出相对运行高度Δh；其计算公式如下：

Δh＝(P_n-P_k)/ρg，

其中，ρ为空气密度，g为重力加速度；

54)设H_N为电梯启动时所在楼层相对于1楼平层位置的高度，H_N＝h_k，Δh+H_N为电梯该次运行所到达的楼层相对于一楼平层位置的高度；

55)将Δh+H_N与标楼层高度差序列表进行对比，

若H_X≤Δh+H_N＜H_y，则当前电梯运行的实际楼层为x层，

其中，H_X为x层至一楼平层的高度差，H_y为y层至一楼平层的高度差，x层和y层为相邻楼层且x层低于y层。

6.根据权利要求1所述的一种基于气压测判技术的电梯运行状态检测方法，其特征在于，所述平均运行速度的判断为根据电梯启动和停止时间，计算出电梯的平均运行速度，其包括以下步骤：

61)当MCU控制器判断出电梯启动时，开始计时，计启动时间为T₁；

62)当MCU控制器判断出电梯停止时计时结束，计结束时间为T₂；

63)计算电梯此时运行时间为T₂-T₁；

64)根据相对运行高度Δh，得出平均运行速度为Δh/(T₂-T₁₎。