CN202214106U - 基于arm9的嵌入式电梯监控系统 - Google Patents

Abstract

基于ARM9的嵌入式电梯监控系统，属于电梯监控领域，本实用新型为解决现有技术无法同时兼顾通讯可靠、且同时具有实时监控、周期检测、即时监控等多种监控方式，并且电梯故障发生率高，维保费用高的问题。本实用新型所述基于ARM9的嵌入式电梯监控系统包括服务器和客户端两部分，所述客户端包括监控主机，所述服务器包括模拟电梯模块、视频监控模块和开发板与主机通信模块，视频监控模块捕获电梯内的视频图像，视频监控模块的图像输出端与监控主机的图像输入端相连，模拟电梯模块的输入输出端与开发板与主机通信模块的第一输入输出端相连，开发板与主机通信模块的第二输入输出端与监控主机的控制信息输入输出端相连。

Description

基于ARM9的嵌入式电梯监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于ARM9的嵌入式电梯监控系统，属于电梯监控领域。

背景技术

经历了百余年历史的电梯是早已被人们熟悉的重要楼宇设备，当今时代随着高层建筑的日益增多和建筑设计档次的提高，使得人们对电梯的要求也越来越高。目前已不仅限于要求电梯搭乘快速、舒适，制造坚固，装潢考究，人们对电梯的安全可靠性及多功能性正提出越来越高的要求，为此电梯正朝着控制智能化的方向发展。

在世界上一些发达国家的现代化智能建筑中，人们已把电梯归入楼宇自控管理系统的重要被控设备，采用先进的弱电监控手段，实现对电梯的运行状态、维修保养、安全防护进行全方位的管理。可以看出，电梯远程监控系统的主要目的就是随时掌握所管理的电梯的运行状况，及时准确得到乘客遇险报警，并且快捷地采取正确解救措施。若电梯发生故障，管理员在监控室及时掌握电梯发生故障的种类、原因，快速地排除故障或向维保人员发出电梯故障求修信号，通报故障电梯所在位置及故障情况等，引导维保人员根据情况迅速前往维修，从而提高管理及维修效率，保证电梯正常运行，确保乘客安全。

国家质检总局统计显示，目前，中国电梯产量、电梯保有量、年增长量均为世界第一。截至2010年底，中国在用电梯总数达到162.8万台，并以每年20％左右的速度高速增长。每年新增的电梯数在30万台以上，占全球每年新增电梯总量的一半以上。国内好几个城市在用电梯数量超过10万台，上海甚至超过纽约，成为全世界电梯最多的城市。在这个不断膨胀的“世界第一”电梯市场中，安全应是第一要素。据国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监察局公布的资料，2007年共发生电梯事故33起，占特种设备安全事故总数的13％，其中电梯死亡事故22起，造成26人死亡，10人重伤；2008年共发生电梯事故38起，占特种设备安全事故总数的12％。

所以，研究与设计一款安全性、可靠性及实时性较好的电梯监控系统具有很好的现实意义。

近年来，随着计算机技术和通讯技术的发展以及互联网应用的普及，通过专用网络进行数据传输在各个领域的应用已日益广泛，电梯的远程监控技术便是其中一例。电梯远程监控是指某个区域的大楼中安装了多部电梯，对这些电梯进行远程监控，数据管理，维护，统计，分析，故障报警及救援。

随着建筑业的发展，我国的电梯业发展迅速。目前国内对电梯的维护与管理主要采用的是定期上门保养，发生故障时电话召修的传统方式，但这种方式越来越不适应时代的发展要求，原因有：(1)电梯的数量增多，维修人员少，不能及时赶到故障电梯的现场。(2)电梯内缺乏有效的通信工具，维修部门既不了解故障现状又不能提供必要的安抚，使被困人员承受着巨大的身心压力。(3)不能及时地提供对电梯日常运行的记录和监测资料，增加了分析与排除故障的难度，大大延长了维修的时间。电梯的远程监控技术正是基于以上原因而出现的，电梯远程监控技术是随着计算机控制技术和网络通信技术的发展而产生的电梯控制领域的前沿技术。

在我国，近年来具有先进控制技术的电梯也日趋普及，尤其在许多新建的智能建筑中更是选用了各种高档电梯，使得电梯监控和弱电控制之间有机地结合在一起成为可能。但由于传统的管理理念以及电梯制造商和弱电供应商的各自体系的相对独立性，使得我国的电梯监控和弱电控制之间相互技术和应用的渗透进展缓慢，在大多数的高级楼宇中电梯监控基本上都是电梯供应商提供一个封闭的系统，在楼宇安保中心设有电梯供应商提供的电梯监控板，用于简单地显示电梯运行状态并可与电梯轿厢进行内部通话。电梯与楼宇自控管理系统发生关系的大多数为以下3个方面：(1)电梯接收来自消防中心的有关信号，电梯在火灾时返基站，消防梯具有消防使用功能。(2)在电梯轿厢内装有摄像机，视频信号(也有带音频信号)的送至安保中心，在监视器上显示轿内情况，有的还将电梯楼层信号字符发生器同时显示在监视器上，便于安保人员在电梯故障或坏人作案时进行处理。(3)电梯内装有广播喇叭，可播送公共广播系统的内容或切入紧急广播。

此外，在一些重要场所也有将电梯纳入门禁区域控制的一部分，通常在电梯厅门口或电梯内装有读卡器，通过读卡确定乘客身份，以此来决定电梯是否运行或电梯停靠的楼面。总而言之，我国目前在电梯监控和弱电高新技术的结合和应用方面还处在较低的水平。

国内对电梯远程监控系统的研究也有了一定的发展。比如：珠海市阿尔法有限公司研制开发了“阿尔法电梯远程监控系统”，由位于控制柜中的信号采集/处理计算机(我们称之为前端机)、负责信号传输的电话网络与调制解调器(Modem)和向维保人员(我们称之为操作员)提供监控界面的服务中心计算机(我们称之为服务器)这3部分组成，在电梯发生故障时，通过电话网络将故障信息传送给位于服务中心的服务器。维护人员可以在服务器上随时拨号接通前端机，通过监控窗口可以直观地观察到任意电梯的动态运行信息，并可以进行远程的故障查找或操作。其支持实时多任务操作，高级电源管理及信息自动转发，提供故障信息库，用户档案信息库和实时用户界面控制窗口。但这种监控系统的通用性较差，方式单一，可扩展性差。

目前国外的大型电梯企业都有了成熟的电梯远程监控系统，例如蒂森公司的远程监控系统具有控制电梯的功能，能检测和识别滥用或者误操作紧急呼救功能，能较好的掌握电梯的运行情况，并进行分析与处理，转化为图表来显示各行驶方向和每层楼的呼叫次数，呼叫与事件处理曲线等；自动故障报警，该系统可以同时监控电梯，自动扶梯以及楼内其它设备；但是该系统仅适用于蒂森公司的电梯和扶梯。奥的斯公司的远程监控主机1(REM)是奥的斯公司自行开发的电梯监控系统，具有分级报警的功能(乘客被困报警，自动故障报警和电梯运行表现报警)。REM系统自动发出电梯服务中断的讯号，显示地点，性质，问题以及乘客的状况资料，当电梯运行表现不符合预定的界限时，系统发出偏差信号。KONE公司的EMC监控指令系统通过MODEM和标准电话线实现电梯和自动扶梯的远程实时监控，具有较好的运行数据库管理分析功能，可以将指定时间段内的数据转化为直观形象的图表；具有独特的运行记录回放功能，有助于故障查询诊断。以上这些电梯远程监控系统相对来说都具有一些代表性，是国外的电梯远程监控比较常见的方式，但是这些系统相对来说都是一个自成体系的封闭系统，仅支持本公司的电梯系统。

目前，国外的电梯远程监控系统大多具有故障诊断功能，大多可以进行可靠的远程操控，国外的远程监控产品很重视远程操控的功能，这与其当地的人工成本较高、电信网络质量较好有着直接的关系，而国内一般注重的是监视功能。

而现有技术无法同时兼顾通讯可靠、且同时具有实时监控、周期检测、即时监控等多种监控方式，并且电梯故障发生率高，维保费用高，对客户的服务质量自然就降低了。

发明内容

本实用新型目的是为了解决现有技术无法同时兼顾通讯可靠、且同时具有实时监控、周期检测、即时监控等多种监控方式，并且电梯故障发生率高，维保费用高的问题，提供了一种基于ARM9的嵌入式电梯监控系统。

本实用新型所述基于ARM9的嵌入式电梯监控系统，它包括服务器和客户端两部分，所述客户端包括监控主机，所述服务器包括模拟电梯模块、视频监控模块和开发板与主机通信模块，

视频监控模块捕获电梯内的视频图像，视频监控模块的图像输出端与监控主机的图像输入端相连，模拟电梯模块的输入输出端与开发板与主机通信模块的第一输入输出端相连，开发板与主机通信模块的第二输入输出端与监控主机的控制信息输入输出端相连。

本实用新型的优点：本实用新型所述基于ARM9的嵌入式电梯监控系统的通讯可靠，具有实时监控、周期检测、即时监控等多种监控方式，降低了电梯故障发生率和维保费用，提高对客户的服务质量。

附图说明

图1为本实用新型所述基于ARM9的嵌入式电梯监控系统的结构示意图；

图2是电梯监控系统的键盘处理流程图；

图3是电梯监控系统的视频采集流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述基于ARM9的嵌入式电梯监控系统，其特征在于，它包括服务器和客户端两部分，所述客户端包括监控主机1，所述服务器包括模拟电梯模块2、视频监控模块3和开发板与主机通信模块4，

视频监控模块3捕获电梯内的视频图像，视频监控模块3的图像输出端与监控主机1的图像输入端相连，模拟电梯模块2的输入输出端与开发板与主机通信模块4的第一输入输出端相连，主机通信模块4的第二输入输出端与监控主机1的控制信息输入输出端相连。

服务器是采用ARM9 OK2440-III的嵌入式开发板来实现。

监控主机1采用PC机来实现。

开发板与主机通信模块4采用Socket通信接口模块。

本系统基于客户/服务器结构，以ARM9 OK2440-III嵌入式开发板作为电梯服务器端，PC机为客户端。客户端在Linux操作系统下开发，客户端和服务器端之间通过socket通信。本系统的系统框图如下图1所示。

Socket：所谓socket通常也称作”套接字”，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄。应用程序通常通过”套接字”向网络发出请求或者应答网络请求.Socket接口是TCP/IP网络的API接口函数，最先应用于Unix操作系统。Socket数据传输其实就是一种特殊的I/O。常用的Socket类型有两种：流式Socket(SOCK_STREAM)和数据报式Socket(SOCK_DGRAM)。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。

本系统在嵌入式开发板上构建了一个电梯模型并需完成键盘模拟电梯运行，同时采用摄像头采集视频图像并对采集的图像进行JPEG压缩处理，然后将视频图像和电梯运行数据传输至监控主机1进行实时显示等功能。

ARM9 OK2440-III嵌入式开发板作为服务器端，具有两个作用，一是模拟一部电梯的正常运行，二是进行电梯监控，包括电梯内部的视频图像采集和针对模拟电梯的实时运行数据的采集；监控主机1采用Linux操作系统，接收服务器端数据并进行相关处理和显不。

1、电梯实体模拟设计

用ARM9 OK2440-III嵌入式开发板上的小键盘来模拟电梯的内部操作，数字键代表电梯的楼层，可以通过按下这些键到达所需楼层。同时，在这部分需要设计一个核心的数据结构。

1)视频图像采集结构：根据video4linux标准视频接口进行编程时所采用的结构体，包括视频采集部分的4个关键结构体viode_capability、viode_picture、viode_mbuf以及viode_mmap。

2)键盘驱动file_operations数据结构：缩减基本键盘驱动功能建立的键盘驱动结构体，如open()、close()、read()等。

3)电梯运行结构：模拟电梯的基本结构，主要包括当前电梯的状态、上下楼状态、目标楼层数组和当前电梯所在的楼层。一旦模拟电梯开始运行就会不断更新该结构体内数据。

4)Socket网络传输结构：选用的网络传输协议、客户机IP、客户机进程端口号、服务器端IP和服务器端进程端口号。

5)缓冲区结构：图像缓冲区JPEG文件，电梯缓冲区为电梯数据结构体、Socket网络传输缓冲区是长度为1000字节的字符数组。

6)QT界面显示结构：在监控主机1接收服务器端传送过来的视频图像和电梯数据信息利用QT界面进行显示。

电梯运行就是根据这个数据结构进行的，运行过程中每到达一个目标层以及每一次按下键盘都会更新这个结构体。

2、电梯运行控制方案设计

电梯总体运行遵循同方向优先算法，电梯总会通过判断当前到达的楼层是否是目标层，或者根据某种算法计算确定下一个目标层的层数等方案来控制电梯的正确停靠。

考虑到实际情况：电梯的运行过程中，可以随时操作键盘来改变电梯的目标层，即电梯的运行和键盘的操作是独立的，即在不同的线程中实现。它们只共享电梯数据结构中的目标层信息，而该信息数组是电梯数据的核心，是保证电梯运行与停止的关键，它决定了电梯停靠的楼层层数。键盘操作即目标层的选择是不确定的，所以整个目标层数组是动态变化的，在达到下一个已知的目标层之前，可能有了一个新的目标层，而这个目标层可能代替已知的“下一个目标层”而成为新的“下一个目标层”，这种情况会反复出现。因此在选择方案时要保证电梯正常的运行与停靠不受这个“动态变化”的影响。

然后，在ARM9 OK2440-III的嵌入式开发板终端模拟构建一部电梯，之后所有的监控工作都是针对该模拟电梯展开的。主要是根据拟定的电梯结构，用开发板端17键小键盘进行电梯模拟操作，数字键1～9分别代表电梯的9个楼层，采用同方向优先的电梯算法使电梯正常运行(当有不同目标请求时先响应同方向的目标请求)。等待监控主机1连接请求，然后通过基于可靠连接TCP的Socket将电梯数据结构的实时运行数据传送给监控主机1。

同时，在模拟电梯端加上视频监控模块3，通过该视频采集设备将电梯内部的环境状况实时地反应给监控主机1，方便监控主机1对现场的突发事件进行及时处理。这部分主要包括：模拟电梯模块2、视频监控模块3、开发板与主机通信模块4以及监控主机1模块。下面对各模块进行简要介绍。

模拟电梯模块2：该模块主要是根据拟定的电梯数据结构，用17键小键盘模拟电梯的内部操作，采用同方向优先的电梯算法使电梯正常运行。整个系统运行的过程就是电梯数据的变化，然后将实时变化的电梯数据存入电梯数据缓冲区，等待监控主机1的连接请求。该缓冲区是一个拟定的描述电梯数据的结构体。图2为该系统的键盘处理流程图。

视频监控模块3：该模块使用Video4Linux音频标准接口，通过摄像头进行图像采集，通过一个有效的图像比较判断程序，来判断图像是否发生变化，并且只有当图像发生变化以后，系统才会自动将现场情况保存为图像文件，从而减少图像处理的负担。通过JPEG压缩算法将采集到的图像进行压缩，图像的压缩直接在内存中进行，压缩后保存成JPEG文件等待Socket传输。该模块主要包括以下几部分：

1)摄像头驱动加载

通过insmod动态加载videodev.o模块，再编译并加载摄像头的相关驱动。

2)Video4Linux标准接口的使用

Video4Linux为视频应用程序提供了一套统一的API，视频应用程序通过标准的系统调用即可操作各种不同的视频捕获设备。Video4Linux向虚拟文件系统注册视频设备文件，应用程序通过操作视频设备文件实现对视频设备的访问。

3)视频设备初始化

打开视频采集设备，初始化视频缓冲区。Struct MyVID*myvid是指向视频采集的结构体，里面定义了视频采集用到的相关数据结构、相关参数变量，以及视频缓冲区指针。

4)视频采集

视频采集的流程如下图3所示。

5)图像截取

通过Video4Linux提供的设备操作接口进行图像的截取，函数ioctl(vd-＞fd，VIDIOCMCAP-TURE，&(vd-＞vmmap))开始捕获视频图像；函数ioctl(vd-＞fd，VIDIOSYNC，&vd-＞vmmap.frame)用来判断一帧图像是否采集完毕。

6)阈值比较

为了减少网络传输和系统的压力，在视频采集端，每采集一次图像就对采集的数据进行一次处理。该函数设定一个图像发生变化的阈值c_limit，然后将图像所有像素之差与阈值c_limit进行比较，如果大于阈值c_limit，则认为图像发生了变化，否则即认为没有变化，不将该次采集的图像数据写入JPEG文件保存。

开发板与主机通信模块4：系统通过Socket机制实现监控主机1和电梯现场基于TCP/IP协议通信。在两端都用线程实现通信，监控主机1通过线程实现网络连接请求以及电梯数据和视频图像的接收，该线程通过QT界面交互在需要的时候创建；ARM9OK2440-III嵌入式开发板通过线程实现网络请求的监听以及电梯数据和视频图像的发送，该线程在服务器端程序启动时就创建并一直监听连接请求。

每一次通信的时候，将当前的视频图像和电梯数据一起发送，即监控主机1每一次都接收到两个信息，如此反复，监控主机1便获取到连续的视频图像和电梯数据。具体实现时，将图像数据放在前面、电梯数据放在后面，二者后都有各自的开始和结束标志，使得监控主机1收到数据后能够加以区分和识别。

监控主机1：监控主机1的主要工作是利用QT界面，创建通信线程，请求远程连接到服务器端，接收电梯内部视频图像数据和电梯实时运行数据，并将其直观显示，便于监控人员监视电梯监控端发生的情况。

在监控主机1显示端需设定一个计数器，时间间隔大约为20ms。函数中创建Qimage类对象image(imagePath，0)并初始化，即获取当前图片存放路径，然后创建QPainter类对象p(this)来获取当前画笔，利用QRect类对象rect＝frameRect()得到当前对象的框架，最后调用QPainter类对象p.drawImage(rect，image)的绘图函数进行图像的绘制。

Claims (4)

1.基于ARM9的嵌入式电梯监控系统，其特征在于，它包括服务器和客户端两部分，所述客户端包括监控主机(1)，所述服务器包括模拟电梯模块(2)、视频监控模块(3)和开发板与主机通信模块(4)，

视频监控模块(3)捕获电梯内的视频图像，视频监控模块(3)的图像输出端与监控主机(1)的图像输入端相连，模拟电梯模块(2)的输入输出端与开发板与主机通信模块(4)的第一输入输出端相连，开发板与主机通信模块(4)的第二输入输出端与监控主机(1)的控制信息输入输出端相连。

2.根据权利要求1所述的基于ARM9的嵌入式电梯监控系统，其特征在于，服务器采用ARM9 OK2440-III的嵌入式开发板来实现。

3.根据权利要求1所述的基于ARM9的嵌入式电梯监控系统，其特征在于，监控主机(1)采用PC机来实现。

4.根据权利要求1所述的基于ARM9的嵌入式电梯监控系统，其特征在于，开发板与主机通信模块(4)采用Socket通信接口模块。