◆長沙市芙蓉區(qū)育才學(xué)校 鐘啟銘 鐘啟瑞

發(fā)明背景：

電梯事故時有發(fā)生，嚴(yán)重危害了人們的生命安全，我們想設(shè)計(jì)多電梯運(yùn)行平穩(wěn)性監(jiān)控系統(tǒng)，對電梯事故提前預(yù)警。當(dāng)電梯出現(xiàn)安全隱患時，它會通過聲音和指示燈發(fā)出警報，并通過手機(jī)App將相關(guān)信息告知用戶，避免事故發(fā)生。

設(shè)計(jì)思路：

通過認(rèn)真閱讀各地近年來電梯安全事故報告，結(jié)合實(shí)地調(diào)查走訪，我們發(fā)現(xiàn)電梯工作年限過久、維護(hù)保障不到位、電梯帶病運(yùn)行等是引發(fā)電梯事故的重要原因，很多電梯安全事故在發(fā)生前是有一定征兆的，電梯運(yùn)行不穩(wěn)定、左右搖晃是典型表現(xiàn)。由此，我們確定了基本思路：

1.以電梯運(yùn)行的平穩(wěn)性進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過長時間的穩(wěn)定度來確定電梯安全狀況。

2.選擇合適的傳感器，要求簡單、穩(wěn)定、性價比高。

3.不改變電梯原有結(jié)構(gòu)，不依賴電梯原有的傳感器和檢測設(shè)備，新增一個獨(dú)立的輔助裝置。這個裝置安裝簡單，不會影響電梯運(yùn)行和安全。

4.盡量提高預(yù)警準(zhǔn)確度，降低誤報率。

5.設(shè)計(jì)一款A(yù)pp，實(shí)現(xiàn)電梯群區(qū)域聯(lián)網(wǎng)。

初步方案：

我們利用重力慣性原理設(shè)計(jì)了多電梯運(yùn)行平穩(wěn)性監(jiān)控系統(tǒng)。這個系統(tǒng)檢測器內(nèi)裝有預(yù)警棒，當(dāng)電梯停止或正常運(yùn)行時，預(yù)警棒垂直向下，停留在四方向檢測器的正中央。

當(dāng)電梯在運(yùn)行過程中搖晃，如果電梯向前搖晃，預(yù)警棒會碰到后感應(yīng)器；如果電梯向后搖晃，預(yù)警棒會碰到前感應(yīng)器；如果電梯向左搖晃，預(yù)警棒會碰到右感應(yīng)器；如果電梯向右搖晃，預(yù)警棒會碰到左感應(yīng)器。根據(jù)單位時間計(jì)算搖晃次數(shù)，搖晃次數(shù)越多就越危險，語音警報器會發(fā)出報警聲，相應(yīng)的指示燈也會閃爍。

這個裝置由積木、科學(xué)實(shí)驗(yàn)課部件、鐵絲、鐵釘?shù)炔牧现谱鞫?，做好后我們在東風(fēng)路愉景花園電梯、喬莊社區(qū)衛(wèi)生中心電梯和華僑大廈電梯進(jìn)行了測試，同時對不同長度、不同直徑的擺動桿進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)差別較大，因此把四個方向的檢測器做成可調(diào)式的，使其適應(yīng)不同類型的電梯。

長度（單位cm）最大擺動幅度（單位mm）15 3 7 8 3 5 15 1.5 6直徑（單位mm）

這個方案實(shí)現(xiàn)了我們提出的基本想法，但由于使用機(jī)械的方法，檢測靈敏度欠佳，漏報、誤報率不夠理想，所以我們決定尋求一種更好的辦法。

電子方案：

我們對作品進(jìn)行改進(jìn)，安裝三軸陀螺儀和三軸加速度傳感器，根據(jù)單位時間的數(shù)值來判斷電梯的3種運(yùn)行狀態(tài)——安全運(yùn)行、偶發(fā)故障、不安全運(yùn)行。主控板采用開源的Arduino平臺，由運(yùn)動檢測器、控制電路主板、指示燈、語音報警器、App等組成。

作品安裝在電梯轎廂內(nèi)的醒目位置，可以根據(jù)電梯具體情況選擇水平安裝或垂直安裝。

運(yùn)動檢測器實(shí)時檢測電梯運(yùn)行情況，將運(yùn)行過程中前、后、左、右、上、下的運(yùn)動加速度全部記錄下來，等于每時每刻給每臺電梯做體檢，通過累計(jì)的大數(shù)據(jù)確定電梯運(yùn)行狀況，很好地解決了漏報、誤報問題。統(tǒng)計(jì)多臺電梯的健康數(shù)據(jù)開展大數(shù)據(jù)分析，能更科學(xué)準(zhǔn)確地確定電梯的運(yùn)行狀況。

指示燈有綠、黃、紅3種顏色，綠色表示安全，黃色表示警告，紅色表示危險。走進(jìn)電梯時，人們?nèi)绻吹骄G燈，可以放心進(jìn)入；如果看到黃燈，請慎重選擇；如果看到紅燈，千萬不要進(jìn)入電梯。當(dāng)指示燈為紅燈或黃燈時，多電梯運(yùn)行平穩(wěn)性監(jiān)控系統(tǒng)會分別發(fā)出“電梯很危險，不建議乘坐，請盡快撤離”“電梯可能出故障了，請小心”等語音提示。

實(shí)地測試：

創(chuàng)新點(diǎn)：

1.多顏色指示燈直觀地顯示電梯運(yùn)行狀態(tài)，同時具備語音提示功能，能很好地警示用戶。

2.采用獨(dú)立檢測設(shè)計(jì)，不依賴原電梯的任何連接數(shù)據(jù)，不影響原有電梯運(yùn)行，適合不同類型的電梯，具有很好的通用性。

3.運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)實(shí)現(xiàn)區(qū)域多電梯大數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，可以分析出小區(qū)、社區(qū)乃至整個城市的電梯運(yùn)行狀況。