趙迎吉，胡少華，黃麗萍，盛梅，廖伶元

（1.南華大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院；2.南華大學(xué)語(yǔ)言文學(xué)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001）

1 背景

電梯作為人們?nèi)粘Ｉ舷聵堑拇焦ぞ咭呀?jīng)讓我們無(wú)法脫離它的存在，特別是現(xiàn)代社會(huì)高樓的增多，電梯的使用顯得尤為重要。在人流高峰期，有限的電梯數(shù)量使得其輸運(yùn)能力面臨著巨大壓力，如某高樓公司員工上下班期間，乘客的突然增多使得平時(shí)的一兩臺(tái)電梯根本滿足不了乘客對(duì)電梯的需求，造成很大部分乘客時(shí)間的浪費(fèi)以及引起乘客們的抱怨，這個(gè)時(shí)候我們就只能通過(guò)提高電梯的運(yùn)輸效率來(lái)緩解乘客陡增所造成的運(yùn)輸壓力，盡最大限度地節(jié)約乘客的候梯乘梯時(shí)間，減少他們的抱怨。

電梯市場(chǎng)是巨大的。自改革開(kāi)放以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)高速發(fā)展，一座座高樓的拔地而起，我國(guó)電梯需求量日益增大，總趨勢(shì)呈上升狀態(tài)，目前進(jìn)入了“第三次浪潮”，2004年總產(chǎn)量超過(guò)了8萬(wàn)臺(tái)，且目前仍沒(méi)有減速的跡象。過(guò)去數(shù)年間，國(guó)內(nèi)電梯保有量迅速增加，2016年全國(guó)電梯保有量已經(jīng)達(dá)到493.69萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)15.90%。在龐大的電梯數(shù)量下，技術(shù)的優(yōu)化在提高電梯運(yùn)輸效率的同時(shí)，也能有效減少能源的消耗；而且電梯的技術(shù)優(yōu)化能很大程度上提高電梯產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

2 設(shè)計(jì)思路

2.1 電梯梯內(nèi)體積估算技術(shù)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)電梯梯內(nèi)體積估算功能之前必須要了解到這一背景前提。電梯的控制箱是控制電梯運(yùn)行的核心，如果能夠改變電梯梯外呼梯按鈕到達(dá)控制柜的信息，將可以達(dá)到控制開(kāi)門(mén)的目的，其具體的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在正常的情況下，電梯是否處于擁擠狀態(tài)可由梯內(nèi)物體最大的水平橫截面大小來(lái)判斷（即對(duì)電梯的不同高度進(jìn)行水平斷層，所得的橫截面中取最大即為最大水平橫截面）。由于乘客有攜帶物品等復(fù)雜情況的可能性，電梯內(nèi)體積的估算不能簡(jiǎn)單地通過(guò)質(zhì)量來(lái)計(jì)算。最大橫截面方法的采取能夠有效地解決這個(gè)問(wèn)題。將梯內(nèi)物體所占據(jù)的最大橫截面作為估算的信息，即只需要對(duì)最大橫截面進(jìn)行估算即可達(dá)到對(duì)梯內(nèi)擁擠程度的估算。

梯內(nèi)物體最大的水平橫截面大小估算可由太陽(yáng)能電池板來(lái)完成。在電梯頂部的光照下，電梯底部將呈現(xiàn)頂部光對(duì)梯內(nèi)物體的垂直照射陰影，即形成一定的已被削弱的光照強(qiáng)度。通過(guò)太陽(yáng)能電池板接收光強(qiáng)來(lái)形成相應(yīng)的電壓信號(hào)，電壓信號(hào)的形成就可以間接地成為電梯梯內(nèi)擁擠程度的估算依據(jù)。接下來(lái)只需要對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行一定的電路運(yùn)算處理就可以達(dá)到電梯梯內(nèi)體積估算功能。

在設(shè)計(jì)方面可以再次簡(jiǎn)化。電梯光照強(qiáng)度能夠傳遞擁擠程度信號(hào)。這種擁擠程度從“不擁擠”狀態(tài)到“非常擁擠”狀態(tài)是一個(gè)關(guān)于光照強(qiáng)度的連續(xù)函數(shù)。假設(shè)只設(shè)計(jì)電梯有“不擁擠”和“擁擠”2種狀態(tài)，電梯內(nèi)只需要設(shè)計(jì)1個(gè)信號(hào)閾值就可以判斷電梯梯內(nèi)是否處于“擁擠”狀態(tài)，也即無(wú)需引入復(fù)雜的函數(shù)電路就可完成電路對(duì)梯內(nèi)狀態(tài)的判斷。

將梯外的呼梯信號(hào)與估算信號(hào)通過(guò)門(mén)電路判斷，控制電梯門(mén)的開(kāi)與關(guān)。假設(shè)將開(kāi)門(mén)信號(hào)（A）設(shè)置為“1”，關(guān)門(mén)信號(hào)設(shè)置為“0”，電梯估算信號(hào)（B）“擁擠”狀態(tài)設(shè)置為“0”，“不擁擠”狀態(tài)設(shè)置為“1”(擁擠時(shí)電信號(hào)弱，設(shè)置為“1”合理).表1為呼梯信號(hào)、體積估算信號(hào)和開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)（F）分析表格（A和B共同影響決定F）：

圖1 電梯的基本結(jié)構(gòu)

表1 呼梯信號(hào)與體積估算信號(hào)分析真值表

門(mén)電路輸出信號(hào)方程F=AB,其中F為電路輸出信號(hào)，A為呼梯信號(hào)，B為體積估算信號(hào)。根據(jù)信號(hào)方程F=AB，可設(shè)計(jì)體積信號(hào)與呼梯信號(hào)電路。將電梯梯內(nèi)體積估算裝置安裝在電梯底部即可實(shí)現(xiàn)該功能。

2.2 材料選擇

材料選擇必須考慮到電梯梯內(nèi)弱光環(huán)境也能產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)的情況。在這里選擇的是非晶硅太陽(yáng)能電池板。非晶硅又稱(chēng)無(wú)定型硅。單質(zhì)硅的一種形態(tài)?；瘜W(xué)性質(zhì)比晶體硅活潑。工藝過(guò)程大大簡(jiǎn)化，硅材料消耗很少，電耗更低，它的主要優(yōu)點(diǎn)是在弱光條件也能發(fā)電。由于光吸收系數(shù)高，暗電導(dǎo)很低，這就是適合制作室內(nèi)用的微低功耗電源的主要原因。人眼對(duì)光線的感應(yīng)波段在400～700nm之間。非晶硅對(duì)光線的感應(yīng)波段恰好也是這一區(qū)間，與電梯內(nèi)環(huán)境十分相似，選用此材料是十分合理的。非晶硅中電子在電場(chǎng)作用下就可以產(chǎn)生電流，并不需要聲子的幫忙，因而非晶硅做得非常薄，還有制作成本低的特點(diǎn)。

同時(shí)，考慮到太陽(yáng)能電池板的使用壽命，我們還需要采用透光率極高、具有優(yōu)良的耐候性以及抗老化性的亞克力板和透明性能好的環(huán)氧樹(shù)脂作為保護(hù)材料來(lái)對(duì)其起保護(hù)以及美化作用。

2.3 壽命

在討論本技術(shù)產(chǎn)品壽命時(shí)，首先了解一下其它領(lǐng)域非晶硅相關(guān)產(chǎn)品的信息。太陽(yáng)能電池板的壽命取決于它是如何封裝的。太陽(yáng)能電池板可分為鋼化玻璃層壓封裝的、PET層壓封裝的、滴膠封裝的。太陽(yáng)能電池板的材料決定了使用壽命，一般來(lái)說(shuō)的鋼化玻璃層壓封裝的太陽(yáng)能電池板壽命為25年，PET層壓封裝的太陽(yáng)能電池板壽命為5～8年，滴膠封裝的太陽(yáng)能電池板壽命為2～3年。長(zhǎng)期在弱光環(huán)境下，加上保護(hù)性材料的保護(hù)作用，能有效延長(zhǎng)壽命。保守估計(jì)，本產(chǎn)品保質(zhì)壽命至少兩年。正常情況下，電梯的維修周期大概為2個(gè)月，壽命期內(nèi)即使出現(xiàn)故障也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決，進(jìn)一步保障電梯使用壽命。

3 閾值設(shè)定及電子元件選擇

不同的場(chǎng)所，人對(duì)擁擠的接受程度不一樣。在電梯中可以設(shè)置“多狀態(tài)檔位”，“多狀態(tài)檔位”的設(shè)計(jì)更能夠應(yīng)付多種類(lèi)型的場(chǎng)合。根據(jù)擁擠程度所對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)反推電器元件的參數(shù)，即可獲得電路設(shè)計(jì)的基本參數(shù)。圖2為 “多狀態(tài)”檔位設(shè)計(jì)圖，圖中“1、2、3”代表3個(gè)不同的檔位，“A、B、C”代表3個(gè)檔位所匹配的三種參數(shù)的門(mén)電路。

4 電梯梯內(nèi)質(zhì)量對(duì)體積識(shí)別功能的功能修正

電梯梯內(nèi)體積識(shí)別功能是通過(guò)判斷梯內(nèi)光照在梯內(nèi)底部形成陰影部分所占比例來(lái)實(shí)現(xiàn)的，難免會(huì)出現(xiàn)梯內(nèi)底面全部被遮住但是梯內(nèi)不處于擁擠狀態(tài)的誤區(qū)。例如“調(diào)皮小孩”蓋住梯內(nèi)底部便可能造成體積估算功能的誤判。此時(shí)需要聯(lián)合電梯梯內(nèi)質(zhì)量估算功能，判斷是否存在狀態(tài)的誤判。此處的電梯梯內(nèi)質(zhì)量估算功能通過(guò)電梯原有的電梯稱(chēng)重裝置實(shí)現(xiàn)。電梯內(nèi)超重保護(hù)裝置本身具有稱(chēng)重的功能，并且能夠輸出從最小重量到最大重量相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。只需要對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行識(shí)別即可對(duì)梯內(nèi)質(zhì)量情況進(jìn)行估算。超重裝置對(duì)重量識(shí)別的輸出信號(hào)隨著重量增大而減少，所以可設(shè)置某較低信號(hào)為質(zhì)量估算的滿載閾值。將體積信號(hào)與質(zhì)量信號(hào)通過(guò)判斷電路即可完成對(duì)體積估算功能的修正。類(lèi)似表1設(shè)計(jì)思想可得輸出方程為F=CD（其中F為電路輸出信號(hào)，C為體積估算信號(hào)，D為質(zhì)量估算信號(hào)。無(wú)論是質(zhì)量信號(hào)還是體積信號(hào)，處于滿載情況時(shí)他們輸出的電信號(hào)均為最小，即可認(rèn)為邏輯數(shù)字0。0為“滿載”不打開(kāi)電梯門(mén)，1為“未滿載”可打開(kāi)電梯門(mén)，此設(shè)計(jì)符合正常邏輯）。并且，擁擠的程度可通過(guò)每一層的梯外呼梯按鈕顯示器顯示，一定程度上能夠給梯外乘客上下樓方式提供參考價(jià)值。例如,在擁擠狀態(tài)下，低樓層的乘客可以選擇走樓梯。

5 結(jié)語(yǔ)

此次技術(shù)改裝在保證了電梯本身固有的安全性能這一前提下，通過(guò)影響呼梯按鈕信號(hào)間接對(duì)開(kāi)關(guān)門(mén)進(jìn)行控制。另外，若梯外呼梯按鈕顯示器中顯示此時(shí)梯內(nèi)為擁擠狀態(tài)，乘客能夠及時(shí)的改變上下樓方式。此裝置設(shè)計(jì)思想比較簡(jiǎn)單，完成此次改裝成本較低，技術(shù)難度不大，能夠容易迎合市場(chǎng)的需求，增加生產(chǎn)商產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。在最近的市場(chǎng)調(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)有些地方電梯底部存在鋪地毯的情況。倘若梯內(nèi)鋪上地毯將使此技術(shù)失效。其實(shí)，這是不用擔(dān)心的問(wèn)題。（1）電梯梯內(nèi)地毯的應(yīng)用一般處于高檔場(chǎng)所，例如高級(jí)酒店和會(huì)議室等場(chǎng)所。電梯梯內(nèi)地毯的應(yīng)用只屬于電梯的市場(chǎng)的一小部分，即基本上不影響此技術(shù)的推廣；（2）此技術(shù)是一種電梯運(yùn)輸方面的優(yōu)化技術(shù)，并且成本較低，若此技術(shù)在某些場(chǎng)合不太適應(yīng)可以直接關(guān)閉它，不會(huì)影響電梯其他功能的使用。綜合考慮，此技術(shù)成本低，能夠有效提高電梯運(yùn)行效率，能夠達(dá)到節(jié)能減排的效果，能夠在廣闊的市場(chǎng)中得到良好的肯定。