摘  要： 對基于智能樓宇的電梯限速器檢測系統(tǒng)進(jìn)行了研究,。結(jié)合智能樓宇的應(yīng)用要求及電梯限速器的安全檢測要求,，設(shè)計了以STC89系列單片機為核心的智能型便攜式限速器檢測系統(tǒng)，并以ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)依托GPRS網(wǎng)絡(luò)的方式將檢測數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心,，實現(xiàn)對現(xiàn)場的有效控制和管理,。經(jīng)過現(xiàn)場測試，此系統(tǒng)可精確地檢測限速器動作速度值,。該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有通信可靠性高,、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等特點,，因此研究此系統(tǒng)對實現(xiàn)電梯智能化具有重要意義,。
關(guān)鍵詞： 智能樓宇；ZigBee,；GPRS,；限速器；光電編碼器

    近年來,，電子技術(shù)（尤其是計算機技術(shù)）和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展使社會高度信息化,。在建筑物內(nèi)部，應(yīng)用信息技術(shù),、古老的建筑技術(shù)和現(xiàn)代的高科技相結(jié)合,，于是產(chǎn)生“樓宇智能化”。樓宇智能化的實質(zhì)是在信息技術(shù)系統(tǒng)的平臺上把需求目標(biāo),、應(yīng)用功能與系統(tǒng)相關(guān)各個要素緊密地整合在一起,，以達(dá)到智能化和整體目標(biāo)。和普通建筑相比,，智能化樓宇的優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾個方面：具有良好的信息接收和反應(yīng)能力,，提高工作效率；提高建筑物的安全性,、舒適度和高效便捷性,；具有良好的節(jié)能效果；節(jié)省設(shè)備運行維護(hù)費用,；滿足用戶對不同環(huán)境功能的需求,；高新技術(shù)的運用能大大提高工作效率。
    運輸系統(tǒng)在智能化樓宇中處于重要地位,，而電梯系統(tǒng)是建筑物運輸系統(tǒng)的核心,，換句話說，電梯系統(tǒng)的品質(zhì)是組成樓宇智能化的關(guān)鍵要素。電梯的安全使用,、電梯參數(shù)的獲取和及時調(diào)整是評定電梯系統(tǒng)品質(zhì)的關(guān)鍵,。電梯限速器是保證電梯安全運行的重要保護(hù)裝置之一,限速器的校驗及定期的檢測維護(hù)直接影響電梯的安全使用。電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以通過通信線路獲取電梯參數(shù),，在監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)實時存儲,、在線分析、在線干預(yù)與監(jiān)控,，減少了維修服務(wù)的成本和時間,，使得智能化樓宇更具人性化。
    本文以樓宇智能化為背景,，基于電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),，設(shè)計了以STC89系列單片機為核心的智能型便攜式電梯限速器檢測系統(tǒng)。該檢測系統(tǒng)運用光電編碼器檢測電梯牽引繩的線速度,，利用LCD顯示測量速度,，可通過RS232口與ZigBee數(shù)據(jù)終端連接，經(jīng)GPRS模塊將測量數(shù)據(jù)傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和分析,，實現(xiàn)了電梯系統(tǒng)檢測智能化,。
1 總體設(shè)計
    電梯是智能樓宇中的垂直交通工具，可在轎廂內(nèi)安裝溫度,、濕度,、壓力等各類傳感器，數(shù)據(jù)經(jīng)ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)接收,、處理后可本地顯示,，亦可通過GPRS模塊在遠(yuǎn)程監(jiān)控，以了解電梯的運行狀態(tài),。同時,，監(jiān)控中心可發(fā)送控制命令，經(jīng)GPRS模塊及無線傳輸網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動執(zhí)行器完成相應(yīng)功能,。本文通過設(shè)計便攜式限速器檢測儀獲取限速器機械動作值,，數(shù)據(jù)通過RS232傳至ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，再經(jīng)GPRS模塊傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心顯示,，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視限速器的校驗結(jié)果,，保障電梯安全運行。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

    （1）ZigBee技術(shù)
    ZigBee技術(shù)是一種近距離,、低復(fù)雜度、低功耗,、低速率,、低成本的雙向無線通信技術(shù),。ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立,用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù),、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)的傳輸，傳輸距離在幾百米左右,，因此,，正適合在智能電梯的監(jiān)控中應(yīng)用。
    ZigBee數(shù)據(jù)終端和ZigBee協(xié)調(diào)器均采用TI公司的CC2430芯片,。CC2430是首款符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的2.4 GHz系統(tǒng)單芯片,，在單個芯片上整合了ZigBee射頻收發(fā)器、內(nèi)存和微控制器,，其增強的8051MCU是標(biāo)準(zhǔn)8051核性能的8倍,。
    （2）GPRS技術(shù)
    GPRS（General Packet Radio Service）即通用無線分組業(yè)務(wù)，是一種基于GSM無線系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù),提供終端到終端,或者終端和互聯(lián)網(wǎng)之間的無線IP連接,。GPRS是一項高速無線數(shù)據(jù)傳送技術(shù),數(shù)據(jù)以“分組”的形式通過GSM系統(tǒng)的空中信道傳送,，不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。因此,GPRS網(wǎng)絡(luò)的電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用無線傳播媒質(zhì),，擺脫了線纜的約束,，不受活動區(qū)域的限制，在一定范圍內(nèi)可以任意變換位置,，很方便地實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,。
    GPRS模塊采用西門子公司的MC35i。MC35i是新一代無線通信GPRS模塊,，可以快速安全可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù),、語音傳輸和短消息、傳真服務(wù),。該模塊采用GPRS分時復(fù)用的CLASS 8標(biāo)準(zhǔn),，具有始終在線的功能且理論上傳輸速率最高可達(dá)171.2 kb/s，通信傳輸時延較小,，最長不超過3 s,。GPRS模塊通過UART與ZigBee協(xié)調(diào)器連接。
    GPRS網(wǎng)絡(luò)改變了傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要依托有線公共網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南拗?，使網(wǎng)絡(luò)具有非常顯著的優(yōu)點：
    （1）利用ZigBee技術(shù)優(yōu)勢組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng),，可以按照區(qū)域布置不同的匯接點，此匯接點即ZigBee協(xié)調(diào)器,；
    （2）遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過GPRS模塊與ZigBee網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信,，通過 GPRS網(wǎng)絡(luò)獲取采集到的相關(guān)信息，實現(xiàn)對現(xiàn)場的有效控制和管理,。
2 限速器檢測系統(tǒng)的設(shè)計
    電梯作為特種設(shè)備受到質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門的強制管理與檢測,，其中限速器是電梯運行安全保護(hù)的重要部件之一，正是因為有了“限速器—安全鉗—緩沖阻尼器”的連鎖控制措施，才使得電梯成為較其他交通工具更為安全的垂直運輸工具,，因此限速器動作速度的現(xiàn)場測量是安全檢測的必檢項目,。
    本文結(jié)合升降電梯限速器的安全檢測要求，設(shè)計了限速器檢測系統(tǒng),。硬件電路以STC89C51單片機為核心,，運用光電編碼器檢測電梯牽引繩的線速度，利用LCD顯示器顯示測量速度,，同時具有RS232串口電路和實時時鐘電路,；通過軟件實現(xiàn)頻壓轉(zhuǎn)化及相關(guān)運算，并使CPU循環(huán)地掃描鍵盤,，接收操作人員指令,，完成數(shù)據(jù)顯示等相應(yīng)功能。
2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
    系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計[1-2]主要包括作為控制部分的STC89系列單片機,、速度采集電路,、時鐘電路、通信電路,、鍵盤電路和LCD顯示電路,。系統(tǒng)硬件電路圖如圖2所示。

2.1.1 單片機選型
    本設(shè)計選用STC89C51單片機,它是一款超強抗干擾,、高速,、低功耗的單片機,12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期任意選擇，指令代碼完全兼容8051單片機,。此系列單片機內(nèi)置E2PROM 模塊,，掉電數(shù)據(jù)不丟失，能有效地保存測試數(shù)據(jù),；獨立看門狗電路保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行,；具有在系統(tǒng)可編程ISP（In-System Program）和在應(yīng)用可編程IAP（In-Apply Program）功能，無需專用編程器和仿真器[3],。

2.1.2 電源電路
    便攜式儀器是低功耗儀器,，要求電源模塊的轉(zhuǎn)換效率高且需提供常見的電壓。本設(shè)計中,，STC89系列單片機,、液晶顯示器、實時時鐘芯片等都需5 V電源供電,，故選用了MAX1678芯片,。它是一款低噪聲、轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90%的DC-DC升壓芯片,，具有自身功耗小,、輸出功率大,、輸出電壓穩(wěn)定等特點。工作原理如圖3所示[4],。

    由上述數(shù)據(jù)可看出,，本系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)測試儀相比誤差很小，最大誤差為0.03 m/s左右,。分析誤差的原因：
    (1)電梯限速器類型影響,；
    (2)光電編碼器工作軸長度影響。
    因此必須針對不同類型的電梯限速器,，進(jìn)行大量的測試以確定合適的參數(shù)。光電編碼器工作軸過長會導(dǎo)致轉(zhuǎn)動時的振動大,，誤差增大,；若過短又會造成操作人員手持時的不安全因素。硬件調(diào)試后,，可進(jìn)一步優(yōu)化軟件以減小誤差：外部時鐘頻率降一半,6T模式可有效地降低單片機時鐘對外界的干擾,；單片機內(nèi)部時鐘振蕩器增益設(shè)為1/2 gain，可以有效地降低單片機時鐘高頻部分對外界的輻射,；指令冗余[6]抑制程序彈飛,。程序中可改變的參數(shù)有檢測輪直徑d、定時時間t和計數(shù)個數(shù)n（脈沖頻率f=n/t,，一般不做改動）,。
    通過反復(fù)現(xiàn)場測量，不斷地修改參數(shù),，該限速器檢測系統(tǒng)已達(dá)到檢測精度(測量范圍：0.5 m/s～12 m/s,，準(zhǔn)確度：﹤±0.5%)要求，現(xiàn)應(yīng)用于現(xiàn)場檢測,。
    隨著電梯技術(shù)的開發(fā)研究,，高效、高速,、智能化控制的電梯一定會提供優(yōu)質(zhì)良好的服務(wù),。實踐表明，電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)作為電梯企業(yè)進(jìn)行技術(shù)服務(wù)及市場競爭的重要手段,，已經(jīng)從幕后走向了前臺,，因此對于本文論述的基于智能儀表檢測，無線傳感網(wǎng)絡(luò)依托有線公共網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的研究具有重要意義,。
參考文獻(xiàn)
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