王博

[摘要]文本主要對基于DSP的電梯無線檢測系統(tǒng)進行研究，首先介紹了電梯檢測的捷聯(lián)慣性原理以及相應的坐標系建設，而后對電梯的硬件結構每個模塊進行功能介紹，從而實現(xiàn)電梯無線檢測系統(tǒng)。

[關鍵詞]DSP；捷聯(lián)慣性；數據檢測；GPRS

一、概述

隨著社會經濟水平的不斷提升，我國基礎設施建設也在不斷加強，各種辦公大樓、酒店賓館、高層高檔住宅等建設原來越多，高樓林立的現(xiàn)象已經成為現(xiàn)代城市物質文明的重要標志。在這種現(xiàn)象下，電梯成了必不可少的垂直交通工具，在高樓大廈中起到非常重要的作用。然而，電梯的快速發(fā)展導致電梯事故也頻繁發(fā)生，電梯交通的安全引起了人們非常大的關注，人們迫切希望電梯能夠在運行過程中穩(wěn)定、安全，能夠成為人們追求物質文明生活的有效設備?；贒SP的電梯無線檢測技術，能夠將電梯子的在正常運行情況下的各種運行狀態(tài)過程中的各種數據有效地檢測并記錄下來，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，電梯檢測系統(tǒng)就能夠快速根據正常數據來分析并發(fā)現(xiàn)故障，同時將故障信號發(fā)送到電梯運行檢測中心，通知相關人員進行維修。此外，基于DSP的電梯無線檢測技術能夠實現(xiàn)對電梯各種檢測數據進行分析，從而有效發(fā)現(xiàn)電梯的潛在故障，及時通知工程師進行維護和修理，進而減少電梯故障發(fā)生率，保障電梯運行安全。

二、電梯檢測的基本原理

電梯檢測的基本原理是以捷聯(lián)慣性基本原理來實現(xiàn)，首先根據電梯的運行規(guī)律構建相應的檢測系統(tǒng)，而后以此檢測系統(tǒng)通過捷聯(lián)慣性原理來確定電梯運行的狀態(tài)和空間軌跡，來檢測電梯運行數據和狀態(tài)數據。

管性捷聯(lián)最早是在應用在導彈導航系統(tǒng)中，為導彈的運行提供最基本的參數測量依據，在實現(xiàn)最初，是將速度敏感元器件固定在導彈體上，通過對導彈加速度檢測來實現(xiàn)對導彈的制導和導航。捷聯(lián)慣性技術的應用，首先要構建慣性坐標空間，通過空間中的各個參數來判斷當前導彈的姿態(tài)、運動速度以及當前的位置。該原理同樣可以應用在電梯運動檢測中，所以在電梯運行檢測過程中需要構建坐標空間來實現(xiàn)對電梯運動軌跡和運動狀態(tài)的檢測。常見的捷聯(lián)慣性系統(tǒng)坐標系包括以下幾種：地心慣性坐標系是以地心為參照物相對地心靜止的坐標系；地球坐標系，是以相對于地球自轉角度轉動的坐標系；地理坐標系是常見的三維空間的東、北和垂直方向的三維坐標系；導航坐標系是指導航系統(tǒng)中以選取的導航基礎作為參照物的坐標系，如果與地理坐標系相重合，則可以實現(xiàn)指北方位系統(tǒng)；機體坐標系則是以機體重心為坐標原點的坐標系，常以機體縱向為前向坐標軸、橫向為右向坐標軸，沿飛行器垂直向上的為上向坐標軸。

利用捷聯(lián)慣性原理來實現(xiàn)電梯檢測系統(tǒng)，可以采用地理坐標系作為電梯檢測系統(tǒng)的軌跡分析依據，通過加速度檢測儀來檢測電梯運行過程中轎廂在垂直方向和水平共三個方面上的加速度，通過陀螺儀檢測器來檢測電梯運行過程中轎廂在垂直方向和水平共三個方向上的角速度，在使用角速度信號對線加速度進行數據修正，而后通過二次積分運算即可獲取電梯運行的曲線，從而得到電梯運行的軌跡數據。通過對電梯的參數判斷以及對電梯運行軌跡的姿態(tài)角分析，以此來判斷電梯的運行狀態(tài)，從而得到電梯運行的狀態(tài)數據。在電梯運行過程中，通過捷聯(lián)慣性構建的電梯檢測系統(tǒng)系統(tǒng)來實時獲取電梯運行過程中的軌跡數據和運行狀態(tài)數據，在正常狀態(tài)下，電梯監(jiān)測系統(tǒng)會獲取正常數據，如果有異常數據發(fā)生，電梯監(jiān)測系統(tǒng)可判斷電梯發(fā)生故障，而后通過無線網絡將該數據發(fā)送到電梯控制中心，從而為電梯運行和監(jiān)測的故障報警提供有效地監(jiān)測數據。

三、基于DSP的電梯無線檢測系統(tǒng)

DSP是Digital Signal Processor的簡稱，為數字信號處理器。常見的DSP芯片是采用哈佛結構實現(xiàn)的微處理器，結合內部硬件乘法器和并行處理結構，來實現(xiàn)對數字信號的快速處理。DSP芯片屬于可編程器件，允許外部編程人員對其進行邏輯編程，以流水線技術為基礎來對每個程序代碼進行取指、譯碼、取操作數、執(zhí)行四個基本步驟，通過各個指令的重疊來完成相應的邏輯功能。

基于DSP來實現(xiàn)電梯無線檢測系統(tǒng)，主要是采用數據傳輸的方式，將使用捷聯(lián)慣性原理實現(xiàn)的電梯檢測系統(tǒng)中的三維方向的線加速度信號以及陀螺儀的角速度信號采集到DSP存儲設備中，通過軟件編程構建捷聯(lián)慣性模型，在DSP內部進行高速數據處理，從而計算出電梯的運行軌跡和狀態(tài)數據。如果電梯發(fā)生故障，DSP通過分析電梯軌跡數據和狀態(tài)數據來生成報警信號，通過GPRS將故障信號發(fā)送到電梯管理控制中心進行分析和故障處理，同時將其傳送到數據保存區(qū)域，供電梯管理中心對其進行綜合分析?；贒SP電梯無線檢測系統(tǒng)包含了五大部分，分別為數據檢測和采集系統(tǒng)、數據處理系統(tǒng)、數據傳輸系統(tǒng)、故障分析處理系統(tǒng)以及數據保存系統(tǒng)。

其中，數據檢測和數據采集系統(tǒng)是針對電梯運行的數據采集和轉化，數據檢測主要包括了電梯在地理慣性坐標系x，y，z三維方向上的線加速度檢測以三個方向的角速度檢測，在設備選擇方面，可選用性價比較高的3703G2FD3G震動加速度傳器作為數據測量儀。數據采集模塊主要是功能是完成對電梯數據檢測設備數據的采集，在電梯無線檢測系統(tǒng)中選用MAxl316芯片作為數據采集模塊，該模塊能夠在PWM信號驅動下提供了8個通道的150K的數據采樣頻率，從而滿足電梯運行軌跡模型中的DSP高速計算的需求。一般的，MAXl316芯片會有6個通道去讀取采集線加速度信號和陀螺儀的角速度信號，另外兩個通道作為參考信號來輔助電梯運行數據分析。同時，在數據采集模塊中會調用A/D的數模轉換功能，因為數據檢測儀監(jiān)測數據模擬電信號數據，DSP無法直接讀取和處理，數據采集模塊將數據檢測的加速度傳感器的三維方向的加速度以及陀螺儀三維方向的角速度由模擬電信號轉變成數字信號，而后傳輸到DSP芯片中進行數據處理。

數據處理系統(tǒng)主要是以DSP芯片為核心的算法處理其，通過相關的算法，來實現(xiàn)對電梯運行過程中，檢測和采集數據的快速計算，從而根據地理慣性坐標系計算出電梯運行軌跡和運行狀態(tài)，從而根據相應的運行軌跡數據參數和狀態(tài)參數來判斷電梯運行是否處在正常狀態(tài)。此外，DSP芯片還需要完成其他模塊的控制功能，主要包括數據采集模塊的PWM驅動信號生成和輸出，GPRS信號和USB信號的數據傳輸，軌跡數據的數據存儲功能，電梯運行參數判斷等功能，從而實現(xiàn)電梯無線檢測系統(tǒng)的總體功能。endprint

數據傳輸系統(tǒng)包含了USB數據傳輸和GPRS數據傳輸。其中，USB數據傳輸是實現(xiàn)DSP與計算機的數據連接，電梯無線檢測系統(tǒng)屬于電梯管理控制中心的一個子系統(tǒng)，需要有專門的接口來上傳當前檢測電梯的狀態(tài)信號，同時能夠通過統(tǒng)一的系統(tǒng)向各個系統(tǒng)發(fā)送指令和數據。由于電梯無線檢測系統(tǒng)對于正常信號數據是實時檢測，所以數據量大，數據交換頻繁，而USB數據傳輸接口在數據傳輸過程中速度快、可靠性高，所以對于電梯正常運行狀態(tài)數據采用USB端口進行數據傳輸。GPRS是通用無線分組業(yè)務，是傳統(tǒng)的2.5代移動通信業(yè)務，主要實現(xiàn)移動網絡終端的上網、多媒體短信、網頁瀏覽以及企業(yè)接人的基本業(yè)務，從而實現(xiàn)無線數據通信。在電梯無線檢測系統(tǒng)中可采用MC521芯片來完成電梯故障信號的無線傳輸。

故障分析處理系統(tǒng)屬于在PC端的電梯管理控制檢測系統(tǒng)，處在電梯無線檢測系統(tǒng)的后端，在電梯無線檢測系統(tǒng)發(fā)送出電梯故障信號后，電梯可以根據信號不同來實現(xiàn)對電梯故障的分析與處理。當DSP根據電梯運行參數和狀態(tài)參數判斷出電梯故障后，調用GPRS發(fā)送故障信號，故障分析處理系統(tǒng)會自動對當前故障進行分級，如果當前故障信號屬于臨時異常信號，那么故障分析處理系統(tǒng)會將其上報電梯檢測中心，來輔助檢測中心預檢測電梯運行異常，同時會將該異常分配給相應的工程師進行現(xiàn)場處理。如果該故障信號屬于設備自恢復異常，可通過啟動相關設備來完成異常恢復，那么通過監(jiān)測中心調動相應設備發(fā)送重啟信號，從而實現(xiàn)異?；謴汀Ｈ绻摦惓Ｐ枰斯みM行維護修理，那么監(jiān)測中心會通知相應的維護部門，從而派遣工程師到實際現(xiàn)場進行維修，從而有效保障電梯能夠快速得到維修，從而有效安全的運行。

數據保存系統(tǒng)提供了EEPROM和外部擴展存儲模塊RAM，從而對電梯運行中的數據進行存儲。在DSP在對電梯運行軌跡進行分析和處理后，將其存儲到EEPROM中，一個EEP-ROM提供了256*4K的存儲空間，隨著地址增加當數據空間存儲完之后，DSP會重新從頭地址開始，將自早起數據給覆蓋掉。外部擴展存儲RAM是只能對DSP而言，不同星號的DSP芯片內部都會有一定的RAM或FLASH存儲空間，但是存儲地址有限，一般會通過擴展外部RAM來提升嵌入式系統(tǒng)的存儲空間，從而滿足電梯無線檢測系統(tǒng)的需求，從而使檢測系統(tǒng)的數據存儲和交換能夠實現(xiàn)更加復雜的算法基本需求。

四、總結

基于DSP的電梯無線檢測系統(tǒng)的設計，是以捷聯(lián)慣性原理為基本實現(xiàn)原理，以地理慣性坐標系為基本，通過在電梯的x，y，z三維方向上安裝線加速度測量器和陀螺儀的角速度測量器來實現(xiàn)地電梯三維坐標速度的測量，通過數據采集器對數據進行采集，傳送到DSP中進行線加速度的二次積分以及采用角速度對其進行修正，并對相應的參數進行判斷，從而得到電梯運行的軌跡和狀態(tài)，最后通過USB接口將其傳輸到電梯綜合管理中心，通過GPRS將電梯異常信號發(fā)送到異常分析和處理中心，并將其進行有效處理，從而保障電梯安全有效的運行。endprint