韓 媛

（無錫商業(yè)職業(yè)技術學院 汽車技術學院，江蘇 無錫 214153）

傳統升降電梯中電梯門的開啟和目的樓層的選擇都是靠手動操縱完成的，這個操作過程對于一般的用戶都可以輕而易舉地實現，但是對于貨運電梯、醫(yī)療電梯的使用者和一些特殊的人群，如盲人、身高不夠的小朋友、坐輪椅的殘疾人等，操縱起來卻非常有難度。另外，一般電梯的升降速度為1.6m/s。若以18層的建筑為例，按層高3.5米來計算，升降電梯從1樓到18樓大概用時40s，用戶等乘電梯的時間有點長。

為了解決現有電梯控制系統存在的問題，本文設計出一款集語音、遙控反饋、電梯門感應功能于一體的電梯控制系統。

一、設計目標與方案

（一）設計目標

該電梯控制系統可以實現以下3個目標。

圖1 多功能一體化電梯控制系統組成框圖

1.自動感應

采用紅外線感應技術，用戶只需在電梯門前的自動感應區(qū)稍做停留，電梯門即可自動打開，無需手動操縱。

2.語音控制

用戶進入電梯后，電梯門關閉并自動觸發(fā)電梯內語音控制系統，語音引導用戶選擇樓層，系統根據用戶語音應答做出判斷并執(zhí)行相應指令，初次使用者也毫無困難。

3.電梯呼叫和電梯到達反饋

增設電梯呼叫功能及電梯到達反饋功能，用戶出門乘坐電梯之前，通過家用遙控器一鍵式操作呼叫電梯，當電梯到達后，遙控器會收到反饋，適時提醒用戶，避免用戶的漫長等待。

（二）設計方案

為了實現上述3個目標，在電梯原有控制系統基礎上增設一套紅外感應系統、一套語音控制系統、一套遙控系統。整個控制系統的組成如圖1所示。

紅外感應系統通過繼電器可編程模塊與電梯原有電梯門機系統實現無縫對接，語音控制系統通過語音控制模塊與電梯原有樓層選擇系統實現無縫對接，遙控系統通過繼電器與電梯原有升降系統實現無縫對接。

1.紅外感應系統

圖2 紅外感應區(qū)示意圖

紅外感應器安裝于電梯上門套正中間位置。一般紅外感應器的感應角度范圍為140°，一般建筑通道的寬度不會超過2米，如圖2所示。根據圖2可算出x=2m×tan70°=2.4m，由此可知紅外感應區(qū)的最大長度為4.8米。一般正常人行走速度為1.2m/s，按這個速度來計算，一個人正常行走通過感應區(qū)的時間不會超過：4.8m÷1.2m/s=4s。

圖3 紅外感應系統工作流程

紅外感應系統工作流程如圖3所示。路人路過感應區(qū)和用戶停留在感應區(qū)，紅外感應器都會接收到信號，信號1和信號2可以通過時間長短來區(qū)分[1]。依據以上計算，信號時間超過5s可判定用戶停留在感應區(qū)是想乘坐電梯的，而信號時間小于5s可判定為路人路過電梯。繼電器可編程模塊收到信號時長超過5s，繼電器閉合，觸發(fā)電梯門機系統，電梯門打開；繼電器可編程模塊收到信號時長少于5s，繼電器不閉合，無法觸發(fā)電梯門機系統，電梯門無反應，避免電梯門的無效開啟。

2.語音控制系統

當電梯門關上的一瞬間，即可觸發(fā)語音控制系統，直至接收到2個有效信號或者電梯門合上后超過20s（以先到者為主），語音控制系統停止工作。語音控制系統的工作流程如圖4所示。

語音控制系統工作原理如圖5所示。（1）信號采集：主要采集電梯里超過一定分貝的各種聲音。（2）提取主要特征：將所有采集到的聲音信號加以篩選，篩選出含有1樓、2樓、3樓等的語音。（3）與語音庫配比（識別）：將篩選出的語音與語音庫中貯存的語音配比，找出最匹配的一個語音，該語音即識別結果。（4）決策：根據識別結果，給電梯控制系統下達指令，從而控制電梯去往相應的樓層，同時通過喇叭播放提示語音[2]。

3.遙控及反饋系統

電梯遙控系統工作流程如圖6所示。用戶出門乘坐電梯之前，通過家用遙控器一鍵式操作呼叫電梯，電梯遙控模塊接收遙控器發(fā)送的信號后會自動觸發(fā)電梯升降系統，當電梯到達后，轎廂檢測傳感器會將到達信號反饋給遙控器以實現提醒用戶的目的。為了防止電梯升降過程中，將到達信號反饋到其余樓層，增設了電梯遙控模塊對轎廂檢測傳感器的激活功能。只有一定時間內（不同樓層可設定不同時間）剛呼叫過的遙控器對應的轎廂檢測傳感器才會被激活，其他沒有呼叫的樓層號對應的轎廂檢測傳感器處于休眠狀態(tài)[3]。

圖4 語音控制系統工作流程

圖6 電梯遙控系統工作流程

二、方案實現

（一）電梯門開閉系統

電梯門開閉系統的電路如圖7所示，其功能主要通過單片機編程實現。以2樓電梯門為例，當檢測到2樓頂限位開關閉合時，即可判斷電梯已到達2樓，此時給2樓電機一個信號，讓其正轉，由此帶動電梯門開啟；當電梯門打開到最大位置時，開門位置開關斷開，單片機采集到此信號，給2樓電機反轉的信號，帶動電梯門關閉；當電梯門閉合時，關門位置開關斷開，單片機采集到此信號，給2樓電機停轉的信號，由此完成一個電梯門開閉的過程[4]。

（二）語音控制系統

語音控制系統的電路圖如圖8所示。當電梯門閉合（即圖8中1樓或2樓電梯門閉合開關閉合），即可觸發(fā)語音模塊工作。語音模塊的功能是：發(fā)出提問，當得到用戶回答，即可給1樓或2樓的繼電器下達指令，讓電機正、反轉，帶動電梯上、下行；如果一定時間內無應答，則語音模塊會自動關閉。圖9是語音模塊的開發(fā)界面及相關設置示意圖。

（三）遙控系統

遙控系統的電路如圖10所示。摁下遙控器，接收器的KD端子即可導通，此時電機運轉，帶動電梯轎廂上行。當轎廂上行接近2樓時，接近開關閉合，反饋發(fā)射回路通電，反饋發(fā)射器給遙控器一信號，使得如圖11所示反饋系統通電，蜂鳴器開始蜂鳴，LED燈閃爍，達到提醒的目的；當轎廂接著上行到達2樓時，2樓限位開關斷開，反饋發(fā)射回路斷電，圖11所示反饋系統斷電，蜂鳴器停止鳴叫，LED燈熄滅[5]。

圖7 電梯門開閉系統

圖8 語音控制系統電路圖

三、結論

該多功能一體化電梯控制系統通過在現有升降電梯系統中嵌入紅外感應系統、語音系統、遙控及反饋系統，在不影響現有升降電梯功用的前提下，拓展了以下功能：

第一，采用了電梯門紅外感應系統和樓層選擇語音控制系統，可真正實現電梯的全自動化控制。

第二，該電梯紅外感應系統可區(qū)分用戶是否要乘用電梯，避免了電梯門的無效開啟，實現了節(jié)能的目的。

第三，語音控制系統的觸發(fā)方式和其他電梯語音控制系統不同，可實現電梯門關閉即可自動觸發(fā)該語音控制系統，即使初次乘坐該電梯，用戶也可以無憂使用，通用性更強。

第四，通過遙控器遠程控制電梯，為用戶節(jié)省了寶貴的等待時間。

圖9 語音模塊的開發(fā)界面及相關設置

圖10 遙控系統

圖11 反饋系統

第五，在電梯遙控系統中，增設了電梯到達反饋功能，用戶可在家無憂等待。

參考文獻：

[1]陳明勇.無線紅外感應遙控門鈴的研究[J].電子制作，2017（9）:66-67.

[2]茍鵬程，宗群.車載語音識別及控制系統的設計與實現[J].計算機應用與軟件，2017（5）:129-134.

[3]甄志鵬.電梯智能控制系統的分析與設計[D].廣州：華南理工大學，2013.

[4]陳奇俊，徐開煒，楊奮潔，陸傳德，李健榮，李智慧，張霞.紅外感應定高節(jié)水水龍頭設計[J].實驗科學與技術，2016（1）:118-120.

[5]付蔚，唐鵬光，李倩.智能家居語音控制系統的設計[J].自動化儀表，2014（1）:46-50.