劉璐玲++陳里

摘要：為了確保電梯安全穩(wěn)定的運(yùn)行，本文提出了一種基于PIC24H系列單片機(jī)設(shè)計的電梯運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對電梯運(yùn)行中提升電機(jī)的工作參數(shù)、電梯載重量、梯內(nèi)煙霧濃度和梯內(nèi)呼救等信息的自動監(jiān)測，并能將所得信息通過SIM900A傳送給監(jiān)控中心，便于工作人員實時掌握各電梯的運(yùn)行情況。與傳統(tǒng)的電梯監(jiān)控方案相比，該方案具有實時性強(qiáng)、監(jiān)測范圍廣和便于安裝等優(yōu)點，具有較高的實際應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：電梯；遠(yuǎn)程；智能監(jiān)控

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)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(yùn)輸工具，它的運(yùn)行安全性也越來越受到人們的重視。對電梯運(yùn)行進(jìn)行實時的監(jiān)管，有助于提高電梯的服務(wù)質(zhì)量，減少由于電梯運(yùn)行故障給人們帶來的困擾。本設(shè)計目的是研制一種具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸能力的智能電梯監(jiān)控系統(tǒng)，能實現(xiàn)對電梯運(yùn)行過程的實時監(jiān)測。當(dāng)電梯出現(xiàn)超載、提升電機(jī)異常工作或轎廂內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時都能第一時間發(fā)出警示，便于乘客及時的發(fā)出求救信息，將電梯故障造成的危害減小到最低。

1 系統(tǒng)介紹

本系統(tǒng)設(shè)計擬選用16位PIC24H系列單片機(jī)作為主控芯片，以相應(yīng)傳感器作為監(jiān)測手段，利用SIM900A實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)交互的智能電梯監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)對運(yùn)行電梯的故障監(jiān)測、監(jiān)測信息顯示能、異常呼叫與報警及采集數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙δ堋?/p>

1.1 系統(tǒng)功能分析

本次設(shè)計的電梯運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，需要實現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)測、數(shù)據(jù)顯示、超限報警和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸這四項功能，各功能具體要求如下：

（1）運(yùn)行監(jiān)測功能。實現(xiàn)對電梯運(yùn)行中提升電機(jī)的工作電壓和電流、轎廂內(nèi)當(dāng)前載重、轎廂內(nèi)火情情況、輸入求助信息等進(jìn)行監(jiān)測。（2）數(shù)據(jù)顯示功能。實現(xiàn)將上述監(jiān)測信息在液晶屏上顯示出來，便于乘體人員進(jìn)行實時觀察。（3）報警功能。當(dāng)采集的各參數(shù)超過設(shè)置上限值時，本地能夠發(fā)出報警，對乘體人員進(jìn)行提示。（4）通信功能。能夠?qū)⒈O(jiān)測信息發(fā)送給遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)接收端，便于遠(yuǎn)端掌握本電梯的運(yùn)行情況。

1.2 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)選用16位PIC24H64GP506單片機(jī)作為主控芯片來進(jìn)行設(shè)計，由單片機(jī)最小系統(tǒng)、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(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

本系統(tǒng)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(jié)將對各部分電路設(shè)計作詳細(xì)介紹。

2.1 PIC24H64GP506最小系統(tǒng)設(shè)計

PIC24H64GP506主控電路由單片機(jī)、時鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成，電路如圖2所示。

2.2 輸入采集電路設(shè)計

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

2.2.1 傳感器選擇

（1）提升電機(jī)監(jiān)測傳感器。1）電流變送器：本設(shè)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(yīng)時間t≤5us，輸出電壓范圍為0-5V。2）電壓變送器：本設(shè)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(yīng)時間t≤5us。

利用以上電流和電壓傳感器可以實現(xiàn)對150KW提升電機(jī)的運(yùn)行的情況進(jìn)行監(jiān)測。

（2）火災(zāi)傳感器選擇。本設(shè)計選擇MQ-7氣體傳感器，該傳感器能在出現(xiàn)火情時檢測出空氣中一氧化碳濃度的變化，并將變化量轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)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(shè)計選擇HM8-C3-3T-4B7-A承重壓力傳感器來實現(xiàn)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(shè)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(tǒng)采用PCF8591和單片機(jī)來構(gòu)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(jī)采用RF2和RF3構(gòu)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(yīng)的輸出電壓。

單片機(jī)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(shè)計

單片機(jī)通過RD0～RD11引腳來實現(xiàn)對液晶顯示電路的控制，其中RD11～RD9分別接顯示器的RS（數(shù)據(jù)/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(shù)據(jù)線。液晶顯示電路如圖4所示。

2.4 報警指示電路設(shè)計

報警指示電路由蜂鳴器報警電路和LED指示電路組成。當(dāng)測量值超過軟件設(shè)置的上限值時，蜂鳴器將發(fā)出報警提示音，同時點亮對應(yīng)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(zāi)報警指示燈分別接在單片機(jī)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(shè)計

本系統(tǒng)選擇以短信的形式來向遠(yuǎn)端的監(jiān)控中心發(fā)送電梯采集信息，選用SIM900A模塊來進(jìn)行電路設(shè)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(shù)據(jù)引腳、時鐘引腳、復(fù)位引腳，實現(xiàn)對SIM卡讀寫和復(fù)位控制。單片機(jī)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(fā)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(jī)可以實現(xiàn)與模塊之間的通信，將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)端監(jiān)控中心。

3 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

以本設(shè)計的硬件為基礎(chǔ)，系統(tǒng)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(shù)轉(zhuǎn)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(fù)本此操作，否則執(zhí)行下一步操作；接下來調(diào)用輸入采集程序讀取4個采集變量值，若超過軟件設(shè)置的上限報警值，點亮對應(yīng)的報警指示，同時控制蜂鳴器報警；其次，調(diào)用通信程序?qū)⒉杉?個變量值進(jìn)行發(fā)送，并對是否發(fā)生呼叫進(jìn)行判斷；程序運(yùn)行結(jié)束。

3.1 輸入采集程序設(shè)計

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

3.2 通信程序設(shè)計

在本設(shè)計中，本地電梯通過上傳一幀數(shù)據(jù)（包含8字節(jié)）來實現(xiàn)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心之間的通信。數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸袷饺绫?所示。其中，00H～FFH代表本地電梯地址；呼叫標(biāo)志00代表無呼叫信號，01代表有呼叫信號；四個數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)表示某本地電梯當(dāng)前發(fā)出呼叫信號，提升電機(jī)運(yùn)行時工作電流為30A，工作電壓為220V，載重量為2.5T，梯內(nèi)的煙霧濃度為10%。

4 結(jié)語

本文設(shè)計一種由PIC24H64GP506單片機(jī)控制的電梯運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計方案，并針對方案完成了各部分功能電路的設(shè)計，實現(xiàn)了對電梯運(yùn)行監(jiān)測、梯內(nèi)的火情監(jiān)測和監(jiān)測信息的遠(yuǎn)程傳輸。本設(shè)計應(yīng)用于實際的生活中可以提高電梯的運(yùn)行效率，提升電梯的服務(wù)質(zhì)量，對社會以及國家建設(shè)發(fā)展都具有重要的現(xiàn)實意義。

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