基于物聯網的電梯運行安全監測系統設計與實現

郭顯峰

（廣州市番禺區市橋建筑工程有限公司，廣州 511400）

0 引言

隨著城市化進程的發展，電梯越來越普及化，但其使用量的增加帶來更多的安全事故。根據國家質檢總局公布的數據顯示，截至2018年12月，我國電梯數量占特種設備總量的45.%以上，高達627.8萬臺，并且保持每年20%左右的增長幅度。然而，隨著電梯使用時間的推移，很多電梯老舊嚴重，部分存在了安全隱患[1]。2018年2月9日，國務院辦公廳針對當前電梯安全運行，下發了一系列管理意見，強調對老舊電梯安全實施評估機制，科學維護保養，并通過“物聯網+維保”等新模式，利用大數據、物聯網等信息技術，建立電梯運行監測體系和應急救援公共服務平臺。所以要做好電梯運行數據的在線監測，及時發現電梯在運行期間是否存在故障或者隱患[2]。過去在對數據進行監測工程中，在設計在線監測系統時并未關注數據的基礎收集操作，對于數據對精準度得不到保障，系統運行的整體效果不高。而物聯網技術的應用，有效提高電梯安全運行管理，不僅可以對電梯的運行狀態進行實時監控，還可以捕獲異常情況，對電梯故障進行預測、預報，為電梯檢修人員帶來了更大幫助[3]。為了檢驗方案的可行性，本文針對當前電梯運行情況，提出了一種基于物聯網的電梯在線監測系統設計。

1 硬件設計

系統硬件操作系統的整體性能會直接影響系統的整體運行效果，所以需提升其操作性能，并針對實際情況，合理劃分系統硬件的各個模塊，一般可以劃分為數據采集、監測數據通信等幾個模塊，系統結構設計如圖1所示。

圖1 系統結構

1.1 ISM多波段數據采集模塊

所選擇的數據采集模塊為無線數據采集模塊，對于數據之間的聯系進行調整，然后對數據采集模塊進行設置，如圖2所示。

圖2 無線數據采集模塊

在運行期間，該模塊的實際性能較強，具有較強的接收靈敏度，抗干擾性能優良，且在系統中可以有效嵌入，能實現半雙工通信功能，在選擇時頻率較多，而且傳輸速率種類較多[4]，且能為系統提供ISSI信道偵測功能，確保系統在運行期間具備良好的操作環境，在對內部數據進行管理期間，效果較為理想。

1.2 監測數據通信模塊

數據信號的管理在系統監測數據通信模塊中稍有不同，管理操作是通過通信技能實現的，系統在操作期間能對其性能進行持續優化與完善，具體監測數據通信模塊如圖3所示。

圖3 無線監測數據通信模塊

通信模塊的芯片為國產芯片，2 400~2 483 M的國際通用ISM頻帶中可以進行有效運行，最高調制速率為2 MB∕s。Si24R1在實際應用中性能優良，丟失的數據包可以實現自動重傳，響應信號也可以自動生成。仿真需應用I∕O端口，微處理器在內部FIFO的應用，使用比較便捷，成本相對較低[5]。2 M的高速數據可以在該模塊的支持下得到有效傳輸，發射時間有效減少，功耗較低，對于系統操作時間能得到有效控制，這樣就能完成系統監測數據通信模塊的設計[6]。

1.3 GPRS監測模塊

GPRS監測模塊主要是通過GPRS監測器完成的，如圖4所示。監測器的功能比較齊全與完善，比如GPRS無線通信功能、單相交流電測量等，各項參數的監管主要包括導線溫度等，數據監測系統的作用得以有效發揮。

圖4 數據監測

微控制器技術的有效應用，能實現數字化，可以集合多種通信方式的優勢[7]，確保在現場布線期間，解決布線難點，確保操作人員的操作質量與效率，確保系統在操作期間的可靠性，系統數據排序是完成數據排序的主要方式，通過這樣的方法能確保系統在運行期間的監測效果[8]。

2 軟件設計

在設計軟件系統時，重點是數據的監測算法，做好該設計能保障系統設計的精準性，系統軟件設計流程如圖5所示。電梯狀態需在空間運行，參數的挑選需按照下面的公式進行：

圖5 系統軟件流程

式中：K為參數挑選數據；b為內部系統操作數據；m為基礎信息函數；f為集中數據；n為操作數據數量。

通過這樣的方式可以初步篩選數據算法，然后在數據的集中匹配下完成操作。圖6所示為集中匹配圖像。

圖6 系統數據集中匹配

電梯數據的監測算法匹配操作是在綜合數據處理下完成。匹配方程式為：

式中：p為匹配結果；a為待參照參數；K為集中處理數據；G為內部調整數據。

首先測量電梯上升距離，然后調整上升數據，重組電梯數據[9]，數據重組步驟也要進行合理劃分，然后對重組公式進行設置：

式中：J為重組數據系統；S為相同的數據數量；P為數據權重參數；L為數據基礎系數。

數據理論監測操作的開展要建立在數據充足的基礎上，數據保護裝置的合理應用[10]，能幫助內部監測的有效開展，讓數據在流通期間更加暢通，數據操控公式如下：

式中：N為操控參數；T為標準化處理數據；Q為安全輔助數據。

有效控制相關因素，對數據進行及時有效地監測，整體進行系統監測的相關操作，通過過濾相關數據，可以讓數據的純潔度得以提升，下面就對數據過濾公式進行介紹：

式中：MP為過濾結果；NK為調整過濾參數；L為自然整合數據。

系統軟件的整體設計需通過上述數據處理完成[11]。

3 驗證實驗

3.1 實驗目的

電梯運行數據在線監測系統是建立在物聯網基礎之上的，為對監測系統的設計效果進行監測，需通過實驗進行判斷分析。

3.2 實驗參數設計

實驗參數的合理設置十分關鍵，其中項目有數據系統、內部數據分析、處理模塊數量等，數據為監測系統、實時監控分析等。

3.3 實驗結果與分析

通過實驗參數的對比分析，并與傳統電梯運行數據在線監測系統設計的效果比較，發現該系統實際效果更好，其監測的準確率對比如圖7~8所示。

圖7 數據收集合格率對比

（1）數據收集合格率對比

從對比圖7的分析下可得，本文所研究的在線監測系統設計，在對數據進行收集過程中，相對傳統在線監測系統設計的數據收集，具有較高的合格率。在數據收集環節，數據收集力度強，可將所有數據完整錄入系統，確保數據的完整性。再通過數據存儲空間的提升，有效地改變了它的存儲量，由此可以獲得更多的有效數據，提高數據的合格率。

（2）監測準確率對比

通過圖8可以發現，在實驗時間為100 s時，在線監測系統設計的監測準確率為40%左右，要遠遠高出傳統在線監測系統。在實驗時間為200 s時，通過物聯網電梯運行數據，系統監測準確率可達50%左右，而傳統電梯運行數據在線監測的準確率僅為27%左右。

圖8 監測準確率對比

數據的內部處理操作是本文研究的重點，基礎數據的位置固定，是通過數據通信裝置實現的，通過對數據流通方向的掌握，可以確保系統操作的便捷性[12]，讓系統操作時間更短，數據所處狀態可以在GPRS監測操作下精準反映，干擾信號可以得到有效處理，降低其影響，系統數據也可以獲得，且準確率較高，確保系統操作性能的可靠性與合理性[13]。

系統設計的監測準確率與實驗時間呈正相關，且比傳統系統設計效果更加優良。于軟件應用程序的理論型設計在本文研究中更加注重，系統數據的解讀期間，通過相關算法原理的應用進行深度操作，實現對數據的自主分析。軟件程序坐標方位的轉變，能確保數據基本監測的可靠性。在與傳統在線監測系統的對比分析下，發現本文所研究的在線監測系統更加精準與可靠。

4 結束語

在現代科學技術的快速發展背景下，在電梯領域安全監管系統中，物聯網的應用是主要方向。本文所研究的系統具有較高的智能化與信息化水平，能夠為電梯的有效監測提供可靠支持。硬件設計和軟件設計是本文在線監測系統的兩個部分，模塊化處理是硬件設計的主要方式，無線數據采集器在系統數據采集模塊中的應用，數據的錄入力度得到加強，初始數據的獲取完整度較高，且可以對獲取得到的數據進行存儲，然后通過監測數據通信模塊，在對于數據流通狀況的分析能利用NRF24L01無線數據通信模塊進行處理，尋找數據在流通中存在的信息傳輸問題，干擾信號的過濾可以通過系統操作實現，在系統GPRS監測模塊中合理應用GPRS無線監測器，能對電梯運行數據進行有效分析，從而確保系統的整體操作能力，保證硬件設計的可靠性。軟件操作算法以及程序應用方案在軟件設計過程中十分關鍵，對整體系統的設計要通過數據的研究與操作實現，為電梯安全監管提供了新的技術支撐。