電梯運行遠程智能監控系統的研究與設計

劉璐玲++陳里

摘要：為了確保電梯安全穩定的運行，本文提出了一種基于PIC24H系列單片機設計的電梯運行監控系統，實現了對電梯運行中提升電機的工作參數、電梯載重量、梯內煙霧濃度和梯內呼救等信息的自動監測，并能將所得信息通過SIM900A傳送給監控中心，便于工作人員實時掌握各電梯的運行情況。與傳統的電梯監控方案相比，該方案具有實時性強、監測范圍廣和便于安裝等優點，具有較高的實際應用價值。

關鍵詞：電梯；遠程；智能監控

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）02-0197-03

電梯作為高層建筑物中重要的運輸工具，它的運行安全性也越來越受到人們的重視。對電梯運行進行實時的監管，有助于提高電梯的服務質量，減少由于電梯運行故障給人們帶來的困擾。本設計目的是研制一種具有遠程數據傳輸能力的智能電梯監控系統，能實現對電梯運行過程的實時監測。當電梯出現超載、提升電機異常工作或轎廂內發生火災時都能第一時間發出警示，便于乘客及時的發出求救信息，將電梯故障造成的危害減小到最低。

1 系統介紹

本系統設計擬選用16位PIC24H系列單片機作為主控芯片，以相應傳感器作為監測手段，利用SIM900A實現采集數據交互的智能電梯監控系統。系統實現對運行電梯的故障監測、監測信息顯示能、異常呼叫與報警及采集數據遠程傳輸等功能。

1.1 系統功能分析

本次設計的電梯運行監控系統，需要實現運行監測、數據顯示、超限報警和遠程數據傳輸這四項功能，各功能具體要求如下：

（1）運行監測功能。實現對電梯運行中提升電機的工作電壓和電流、轎廂內當前載重、轎廂內火情情況、輸入求助信息等進行監測。（2）數據顯示功能。實現將上述監測信息在液晶屏上顯示出來，便于乘體人員進行實時觀察。（3）報警功能。當采集的各參數超過設置上限值時，本地能夠發出報警，對乘體人員進行提示。（4）通信功能。能夠將監測信息發送給遠程的數據接收端，便于遠端掌握本電梯的運行情況。

1.2 系統基本結構

本系統選用16位PIC24H64GP506單片機作為主控芯片來進行設計，由單片機最小系統、輸入檢測模塊、液晶顯示模塊、報警指示模塊、電源模塊和通信模塊這六大模塊組成。系統結構如圖1所示。

2 系統硬件實現

本系統硬件主要包括PIC24H64GP506主控電路、輸入采集電路、報警提示電路、液晶顯示電路和通信電路。本節將對各部分電路設計作詳細介紹。

2.1 PIC24H64GP506最小系統設計

PIC24H64GP506主控電路由單片機、時鐘電路和復位電路構成，電路如圖2所示。

2.2 輸入采集電路設計

輸入采集電路主要采用傳感器來實現對呼叫信號、提升電機工作電壓與電流、轎廂承重和廂內煙霧濃度大小的檢測。

2.2.1 傳感器選擇

（1）提升電機監測傳感器。1）電流變送器：本設計選擇的電流變送器的電流檢測范圍是0-300A，精度范圍+0.5%.F.S，響應時間t≤5us，輸出電壓范圍為0-5V。2）電壓變送器：本設計選擇的電壓變送器的電壓輸入范圍是AC0-500V，輸出為0-5V，精度范圍在+0.2%，響應時間t≤5us。

利用以上電流和電壓傳感器可以實現對150KW提升電機的運行的情況進行監測。

（2）火災傳感器選擇。本設計選擇MQ-7氣體傳感器，該傳感器能在出現火情時檢測出空氣中一氧化碳濃度的變化，并將變化量轉換成與之相對應的電壓信號輸出。它的檢測范圍在10-100ppm，輸出電壓為0-5V。

（3）承重檢測傳感器。本設計選擇HM8-C3-3T-4B7-A承重壓力傳感器來實現對電梯所承壓力的測量，它的承重范圍在0-3T，精度范圍在+0.5%，輸出電壓為0-5V。

2.2.2 傳感器檢測電路設計

由于采集電路的輸入量是4路模擬量輸出的傳感器，因此本系統采用PCF8591和單片機來構建信號檢測電路。整個采集電路如圖3所示。其中S_I1、S_U1、S_W1、S_M1分別表示電流檢測傳感器、電壓檢測傳感器、稱重檢測傳感器、煙霧濃度檢測傳感器，它們依次接入PCF89C51的模擬量第1、2、3、4通道。單片機采用RF2和RF3構成模擬I2C總線與PCF8591的10腳和9腳相連，用以獲取4路輸入模擬信號對應的輸出電壓。

單片機通過RG13引腳與呼叫電路的按鍵相連，通過讀取該引腳的輸入電平來判斷是否有人呼叫。

2.3 液晶顯示電路設計

單片機通過RD0～RD11引腳來實現對液晶顯示電路的控制，其中RD11～RD9分別接顯示器的RS（數據/命令選擇），R/W（讀/寫選擇）和E（使能控制），三個控制位RD0～RD7接液晶的DB0～DB7數據線。液晶顯示電路如圖4所示。

2.4 報警指示電路設計

報警指示電路由蜂鳴器報警電路和LED指示電路組成。當測量值超過軟件設置的上限值時，蜂鳴器將發出報警提示音，同時點亮對應的LED指示燈。電路如圖5所示。其中電流報警指示燈、電壓報警指示燈、過載指示燈、火災報警指示燈分別接在單片機的RG12、RG14、RG1與RF1引腳上，蜂鳴器報警連接在RB10引腳上。

2.5 通信電路設計

本系統選擇以短信的形式來向遠端的監控中心發送電梯采集信息，選用SIM900A模塊來進行電路設計。SIM900A通信電路如圖6所示。其中，SIM900A作為控制端，通過31～33引腳與SIM卡相連。引腳31、32、33分別接SIM卡的數據引腳、時鐘引腳、復位引腳，實現對SIM卡讀寫和復位控制。單片機通過串口2與SIM900A模塊相連，9腳和10腳分別接模塊的串口發送引腳RXD與串口接收引腳TXD，串口2的引腳RF5、RF4分別與模塊的9腳、8腳相連。通過控制串口工作，單片機可以實現與模塊之間的通信，將需要發送的數據傳送給遠端監控中心。

3 系統軟件實現

以本設計的硬件為基礎，系統軟件由主程序、輸入采集子程序和通信子程序組成。主程序首先完成包括定時器0、串口2、PCF8951模數轉換芯片的初始化及輸入/輸出IO引腳的配置。主程序流程如圖7所示。初始化完成后，首先判斷50ms采集定時時間是否到，未到則重復本此操作，否則執行下一步操作；接下來調用輸入采集程序讀取4個采集變量值，若超過軟件設置的上限報警值，點亮對應的報警指示，同時控制蜂鳴器報警；其次，調用通信程序將采集的4個變量值進行發送，并對是否發生呼叫進行判斷；程序運行結束。

3.1 輸入采集程序設計

輸入采集程序的功能是實現對輸入4路模擬量數據的采集，并將采集值顯示輸出。程序執行流程具體如下：單片機控制RF2和RF3發送啟使信號啟動I2C總線，并通過RF2引腳發送PCF8951芯片的地址，等待器件回復應答信號，器件應答后發送轉換通道地址起始地址（0x40），開始第1通道轉換，并將計算得出的提升電機電流值進行顯示輸出。隨后判斷當前地址是否為末端地址（0x44），若是則表示4通道數據轉換完成，程序恢復初始地址值并退出。若小于末端地址，當前地址加1并對剩下通道數據進行采集，采集方法和電流采集的方式相同。

3.2 通信程序設計

在本設計中，本地電梯通過上傳一幀數據（包含8字節）來實現與遠程監控中心之間的通信。數據傳輸的幀格式如表1所示。其中，00H～FFH代表本地電梯地址；呼叫標志00代表無呼叫信號，01代表有呼叫信號；四個數據分別表示本地電梯所測得的電流、電壓、載重量與煙霧濃度。表1中數據表示某本地電梯當前發出呼叫信號，提升電機運行時工作電流為30A，工作電壓為220V，載重量為2.5T，梯內的煙霧濃度為10%。

4 結語

本文設計一種由PIC24H64GP506單片機控制的電梯運行監控系統，給出了系統的軟硬件設計方案，并針對方案完成了各部分功能電路的設計，實現了對電梯運行監測、梯內的火情監測和監測信息的遠程傳輸。本設計應用于實際的生活中可以提高電梯的運行效率，提升電梯的服務質量，對社會以及國家建設發展都具有重要的現實意義。

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