電梯監測報警控制器的設計

摘 要：硬件以雙音多頻（DTMF）和可編程邏輯器件（CPLD）為基礎，研制了一種電梯自動監測、報警系統，并對該系統中的監測控制器進行了設計，所設計的控制器能對電梯設備的門機開關、轎廂照明、安全鉗夾緊力、曳引機轉速等參數進行監測和故障報警，用VHDL語言編程實現了監測控制器的各項功能，所設計的控制系統具有較好的靈活性和適應性，并可根據實際工況進行升級，電梯實測結果表明：設計方案基本可行。

關鍵詞：電梯；監測；報警控制器；VHDL

引言

隨著我國城鎮化進程的加速進行，電梯的需求量猛增，到2012年，我國電梯保有量已接近240萬臺，預計未來10年，電梯保有量的年均增速將超過20%，由于電梯的安全舒適運行事關公共安全，電梯設備的維修保養一直被電梯行業重點關注，在現有電梯維保行業中，維保單位的定期保養維修和電梯檢驗機構的定期檢驗成為電梯安全運行的主要保障方式，由于電梯數量龐大、維護人員缺少，各個維保單位的管理和技術水平參差不齊，電梯故障很難及時發現，并采取有效的處理措施，電梯主要設備的運行參數的動態監測和故障報警，成為電梯監管部門、使用單位、維保單位必須共同應對的課題。

目前，國外已有研制出電梯監測與報警系統，其主要硬件是ASIC芯片，且價格昂貴，多用于高層和高速電梯上，但系統靈活性不高，在文章電梯監測、報警控制器的設計中，主要硬件采用復雜可編程邏輯器件（CPLD）和雙音多頻（DTMF），當電梯設備的門機開關、轎廂照明、安全鉗夾緊力、曳引機轉速出現工作異常時，系統借助電話網系統以撥話的方式發出故障報警信號，該系統通過軟件編程來實現報警控制功能，具有靈活性強、結構簡單等特點。

1 系統功能分析

報警系統總體結構如圖1，其主要功能是對門機開關、轎廂照明、安全鉗夾緊力、曳引機轉速實測信號進行監視和識別，多個傳感器負責獲取電梯設備不同運行部位的信號參數，當傳感器檢測到設備運行的故障信號時，系統根據所識別異常信號的類別，啟動DTMF進行撥號，同時驅動顯示故障的專用電路，故障信號識別控制器需完成的工作內容如下：（1）發出摘/掛機指令；（2）識別電路所處的工作狀態；（3）在撥號操作有效情況下，對故障信號進行分析、處理，文章重點分析故障報警控制區域的功能設計。

2 故障報警控制器工作電路的方案設計

由于故障報警控制器工作程序比較復雜，僅采用功能原理分解的方法進行了模塊功能輸入，還不能實現工作電路的精確設計，把

硬件語言描述與功能原理分解結合起來，才能確保電路設計的高效、準確，首先，將系統總功能分解為多個單元功能模塊，然后運用VHDL語言進行編程，設計出單元模塊的頂層電路，同時檢測、調試各個單元模塊，并對其進行仿真，故障報警控制器能夠分解為以下幾個單元功能模塊：控制掛機/摘機的模塊PICK、識別電話音信號的模塊JUDGE和接發DTMF時序的模塊RT，頂層電路如圖2，系統時鐘（CLK）被三個模塊共同使用，RESET引腳為系統復位信號，當RESET處于有效狀態時，模塊PICK輸出狀態為掛機的信號，如果傳感器檢測到信號處于正常工作狀態，EN引腳顯示為低電平， PICK引腳也將顯示并輸出為低電平，這時，其他模塊和摘機電路均處于非工作的空閑狀態，當傳感器檢測到的信號為故障狀態時，引腳EN和PICK均顯示并輸出高電平，PICK輸出的信號將傳至模塊RT，模塊RT將產生呼叫處理命令，并將該命令寫成語句植入 MT8880芯片中，同時將其原有設置改為“呼叫處理”模式，此時，系統根據電話網的實時狀態，各種不同頻率的求救信號IRQ被MT8880芯片輸出，JUDGE模塊的IRQ輸入端口將與IRQ的輸出信號連接，請求信號IRQ被模塊JUDGE接收到后，通過對IRQ施加脈沖來計數，以判斷電話音是否處于撥號音狀態，如果電話音未處在撥號音狀態，系統就生成“電話忙”BUSY信號，并將該信號反饋回模塊PICK，PICK接到反饋后，立刻輸出“掛機”信號，然后電話掛機，此時，模塊JUDGE將對IRQ重新判定，如果電話音處于撥號音狀態，模塊JUDGE立刻根據指令發出DIAL撥號信號，并將該信號反饋回模塊RT，從而達到控制MT8880芯片的目的，并使它能夠具有自動撥出預先設置的電話號碼的能力。

3 主要單元功能模塊的設計

文章僅介紹模塊JUDGE和模塊PICK的設計方案。

3.1 “摘/掛機”模塊PICK的程序設計

模塊PICK的引腳位置見圖3，共有六個輸入腳和一個輸出腳PICK，各個引腳均為有效高電平，摘/掛機信號輸出腳為PICK，高電平狀態時，該引腳顯示“摘機”，否則顯示為“掛機”，如果引腳EN處于高電平狀態，同時系統不忙引腳BUSY處于低電平狀態時，引腳PICK將輸出高電平信號，當傳感器采到的信號為故障信號時，引腳EN將輸入高電平有效，這將形成引腳PICK輸出高電平信號，如果模塊JUDGE發送來的信號顯示“系統忙”，就意味著引腳BUSY處于高電平狀態，此時模塊PICK輸出信號的狀態為“掛機”，如果想重新啟動摘機狀態，設定間隔時間應為2s，直至電話音處于可撥號狀態，在撥號操作完成后，引腳STOP處于高電平狀態，此時，模塊PIC

K輸出信號將變為“掛機”狀態。

VHDL 語句表達下PICK 模塊的工作程序如下：

Process（CLK， Busy， En， Stop， DELAY）；定義工作進程

Begin

IF （CLK' EVENT and CLK ='1'） THEN

IF （STOP='1' or RESET='1'） then；如果停止或復位，則顯示“掛機”

PICK<='0'；

… …

END PROCESS；

3.2 識別電話音的JUDGE模塊

模塊JUDGE的工作電路見圖4，它的主要作用是識別撥號音、回鈴音以及忙音，經過MT8880處理后，這三種聲音轉變為頻率不同的脈沖信號，如果取一標準計數時間段內，計數結果將出現完全不同的情況，在模塊JUDGE的識別過程中，使用了兩個計數器，一個對MT8880的輸出信號進行計數，另一個用于定時，通過如下方法進行信號音的識別：在電話網系統中，這三個聲音的音源頻率均為450Hz（+25Hz），波形均為正弦波，但對識別有利的是各個音頻的斷續比不相同，且明顯的差異出現在時間段上，其中，撥號音為連續信號；忙音為通斷各0.35s；回鈴音為通1s斷4s。若對MT8880輸出的IRQ信號進行計數，計數時間為5秒，撥號音計數的范圍是2125-2375，同樣，忙音計數的范圍是1041-1212，回鈴音計數的范圍是425-475，無信號的計數應為0，運用同樣的方法，使用模塊JUDGE中的一個計數器，對CLK時鐘信號進行計數，這將產生5秒的控制信號；模塊JUDGE中另一個計數器將對IRQ傳送來的脈沖進行計數，引腳PICK處于摘機信號時，必須同時啟動兩個計數器，計數器啟動5秒后，第二個計數器的計數值再被識別，判斷忙音和撥號音操作時，一般取計數中間值1668被作為識別判據，這樣可以減小計數誤差，同樣，858將作為撥號音和回鈴音的判據，5秒后，如果第二個計數器的計數結果超過1668，此音頻為撥號音，如果計數值在858和1668之間，音頻為忙音，計數值小于858，此音頻為回鈴音，若計數值在零左右，此時系統處于無信號狀態，反之，計數值大于1668，電話網系統一定處于可撥號狀態，引腳DIAL處于有效值“1”狀態，否則引腳BUSY處于無效值“0”狀態，此時，需再一次觸發該模塊，才能進行撥號操作。

4 結束語

可編程邏輯器件FLEX10K10L-84被作為本監測控制器的主要硬件，圖5顯示了系統的工作程序，為了實現控制電路的全部功能，系統采用了由頂至下的EDA設計方法，VHDL程序和MT8880芯片被聯合使用，只要對程序進行一定的修改，撥號對象就可更新，對電梯門機開關、轎廂照明、安全鉗夾緊力、曳引機轉速等參數進行檢測和電話報警實驗，實驗表明：該電梯監測和報警控制器具有靈活性高、接口電路簡單等優點，通過在某電梯上試驗，該控制方案可行。

參考文獻

[1]張海靜，陳耀武，汪樂宇.基于網絡技術的電梯報警軟件設計[J].現代機械，2005（3）：40-41.

[2]吳熠銘，林創魯，李昌.基于物聯網的電梯運行安全監測軟件設計與實現[J].自動化與信息工程，2013（1）：53-55.

[3]孫錚.基于電話網絡的電梯設備遠程監控系統[D].大連海事大學，2004.