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(jiān)測、報警系統(tǒng),并對該系統(tǒng)中的監(jiān)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(zhuǎn)速等參數(shù)進行監(jiān)測和故障報警,用VHDL語言編程實現(xiàn)了監(jiān)測控制器的各項功能,所設計的控制系統(tǒng)具有較好的靈活性和適應性,并可根據(jù)實際工況進行升級,電梯實測結(jié)果表明:設計方案基本可行。
關鍵詞:電梯;監(jiān)測;報警控制器;VHDL
引言
隨著我國城鎮(zhèn)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(yǎng)一直被電梯行業(yè)重點關注,在現(xiàn)有電梯維保行業(yè)中,維保單位的定期保養(yǎng)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(shù)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(fā)現(xiàn),并采取有效的處理措施,電梯主要設備的運行參數(shù)的動態(tài)監(jiān)測和故障報警,成為電梯監(jiān)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(jiān)測與報警系統(tǒng),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(tǒng)靈活性不高,在文章電梯監(jiān)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(zhuǎn)速出現(xiàn)工作異常時,系統(tǒng)借助電話網(wǎng)系統(tǒng)以撥話的方式發(fā)出故障報警信號,該系統(tǒng)通過軟件編程來實現(xiàn)報警控制功能,具有靈活性強、結(jié)構簡單等特點。
1 系統(tǒng)功能分析
報警系統(tǒng)總體結(jié)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(zhuǎn)速實測信號進行監(jiān)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(shù),當傳感器檢測到設備運行的故障信號時,系統(tǒng)根據(jù)所識別異常信號的類別,啟動DTMF進行撥號,同時驅(qū)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(nèi)容如下:(1)發(fā)出摘/掛機指令;(2)識別電路所處的工作狀態(tài);(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(qū)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(xiàn)工作電路的精確設計,把
硬件語言描述與功能原理分解結(jié)合起來,才能確保電路設計的高效、準確,首先,將系統(tǒng)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(diào)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(fā)DTMF時序的模塊RT,頂層電路如圖2,系統(tǒng)時鐘(CLK)被三個模塊共同使用,RESET引腳為系統(tǒng)復位信號,當RESET處于有效狀態(tài)時,模塊PICK輸出狀態(tài)為掛機的信號,如果傳感器檢測到信號處于正常工作狀態(tài),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(tài),當傳感器檢測到的信號為故障狀態(tài)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(chǎn)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(tǒng)根據(jù)電話網(wǎng)的實時狀態(tài),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(shù),以判斷電話音是否處于撥號音狀態(tài),如果電話音未處在撥號音狀態(tài),系統(tǒng)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(tài),模塊JUDGE立刻根據(jù)指令發(fā)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(tài)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(tài),同時系統(tǒng)不忙引腳BUSY處于低電平狀態(tài)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(fā)送來的信號顯示“系統(tǒng)忙”,就意味著引腳BUSY處于高電平狀態(tài),此時模塊PICK輸出信號的狀態(tài)為“掛機”,如果想重新啟動摘機狀態(tài),設定間隔時間應為2s,直至電話音處于可撥號狀態(tài),在撥號操作完成后,引腳STOP處于高電平狀態(tài),此時,模塊PIC
K輸出信號將變?yōu)椤皰鞕C”狀態(tài)。
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(jīng)過MT8880處理后,這三種聲音轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率不同的脈沖信號,如果取一標準計數(shù)時間段內(nèi),計數(shù)結(jié)果將出現(xiàn)完全不同的情況,在模塊JUDGE的識別過程中,使用了兩個計數(shù)器,一個對MT8880的輸出信號進行計數(shù),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(wǎng)系統(tǒng)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(xù)比不相同,且明顯的差異出現(xiàn)在時間段上,其中,撥號音為連續(xù)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(shù),計數(shù)時間為5秒,撥號音計數(shù)的范圍是2125-2375,同樣,忙音計數(shù)的范圍是1041-1212,回鈴音計數(shù)的范圍是425-475,無信號的計數(shù)應為0,運用同樣的方法,使用模塊JUDGE中的一個計數(shù)器,對CLK時鐘信號進行計數(shù),這將產(chǎn)生5秒的控制信號;模塊JUDGE中另一個計數(shù)器將對IRQ傳送來的脈沖進行計數(shù),引腳PICK處于摘機信號時,必須同時啟動兩個計數(shù)器,計數(shù)器啟動5秒后,第二個計數(shù)器的計數(shù)值再被識別,判斷忙音和撥號音操作時,一般取計數(shù)中間值1668被作為識別判據(jù),這樣可以減小計數(shù)誤差,同樣,858將作為撥號音和回鈴音的判據(jù),5秒后,如果第二個計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果超過1668,此音頻為撥號音,如果計數(shù)值在858和1668之間,音頻為忙音,計數(shù)值小于858,此音頻為回鈴音,若計數(shù)值在零左右,此時系統(tǒng)處于無信號狀態(tài),反之,計數(shù)值大于1668,電話網(wǎng)系統(tǒng)一定處于可撥號狀態(tài),引腳DIAL處于有效值“1”狀態(tài),否則引腳BUSY處于無效值“0”狀態(tài),此時,需再一次觸發(fā)該模塊,才能進行撥號操作。
4 結(jié)束語
可編程邏輯器件FLEX10K10L-84被作為本監(jiān)測控制器的主要硬件,圖5顯示了系統(tǒng)的工作程序,為了實現(xiàn)控制電路的全部功能,系統(tǒng)采用了由頂至下的EDA設計方法,VHDL程序和MT8880芯片被聯(lián)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(zhuǎn)速等參數(shù)進行檢測和電話報警實驗,實驗表明:該電梯監(jiān)測和報警控制器具有靈活性高、接口電路簡單等優(yōu)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(wǎng)絡技術的電梯報警軟件設計[J].現(xiàn)代機械,2005(3):40-41.
[2]吳熠銘,林創(chuàng)魯,李昌.基于物聯(lián)網(wǎng)的電梯運行安全監(jiān)測軟件設計與實現(xiàn)[J].自動化與信息工程,2013(1):53-55.
[3]孫錚.基于電話網(wǎng)絡的電梯設備遠程監(jiān)控系統(tǒng)[D].大連海事大學,2004.