聶靖

（湖南省特種設(shè)備檢驗檢測研究院婁底分院，湖南 婁底 417000）

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市人口密度不斷增加，為了滿足人們的居住和辦公需求，房屋的樓層也越來越高，在這些房屋中，電梯的作用不言而喻，給人們的工作生活帶來了極大的便利。目前我國已經(jīng)成為世界上電梯擁有量最多的國家，隨之而來的電梯安全已經(jīng)越來越受到人們的關(guān)注，雖然電梯定期進(jìn)行維修和保養(yǎng)，但是電梯數(shù)量龐大，維護(hù)和管理可能存在疏漏，這勢必會影響電梯的安全使用。為解決電梯可能存在的安全問題，筆者設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的安全監(jiān)管系統(tǒng)，旨在對電梯自身安全和乘梯的不法分子進(jìn)行監(jiān)控。

該系統(tǒng)包括電梯終端模塊、ZigBee 中繼器、監(jiān)控中心和維保人員手機(jī)APP，電梯終端模塊作為系統(tǒng)的監(jiān)測端，可有效監(jiān)控電梯的安全狀態(tài)，同時還可識別乘梯人員的身份，當(dāng)出現(xiàn)不法分子時可立即識別并上報；監(jiān)控中心作為系統(tǒng)的監(jiān)控中樞，可與監(jiān)管范圍內(nèi)的所有電梯節(jié)點(diǎn)建立通信，實現(xiàn)監(jiān)管的全覆蓋，提高了電梯監(jiān)管的全面性、及時性和有效性，使電梯能夠安全運(yùn)行，并保證電梯所處位置的居住或工作人群的安全。

1 電梯終端模塊的設(shè)計

電梯終端以51 單片機(jī)為控制器，并包括電梯狀態(tài)監(jiān)控模塊、不法分子監(jiān)控模塊、ZigBee 網(wǎng)絡(luò)模塊、聲光報警模塊和電源模塊，其中電梯狀態(tài)監(jiān)控模塊包括紅外傳感器、水浸傳感器、電信號偵測傳感器、光強(qiáng)傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器、轎廂重量傳感器等，不法分子監(jiān)控模塊包括圖像采集傳感器和圖像處理器，通過電梯終端模塊，實現(xiàn)電梯狀態(tài)監(jiān)測和不法分子乘梯監(jiān)測，保證電梯正常運(yùn)行和乘梯人員的安全，電梯終端模塊的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 電梯終端模塊整體結(jié)構(gòu)圖

1.1 電梯狀態(tài)監(jiān)控模塊

紅外傳感器為熱敏感元件，可感知人體熱源，該紅外傳感器包括紅外發(fā)射器和接收器。在電梯轎廂門的兩側(cè)分別布置兩列紅外發(fā)射器和接收器，每列發(fā)射器或接收器有多個（如8 個或16 個），通過兩列紅外發(fā)射器被人體阻斷的先后順序進(jìn)行人員進(jìn)出的判斷。水浸傳感器基于液體導(dǎo)電原理，用電極探測是否有水存在，防止因突發(fā)狀況引起水淹電梯。電信號偵測傳感器，探測電梯電路是否存在異?？赡?，當(dāng)存在異?？赡軙r，立即發(fā)出聲光報警模塊報警并將電梯停在就近樓層；溫度、煙霧傳感器可用于電梯火災(zāi)檢測，有效防止火災(zāi)造成的人員財產(chǎn)損失；光強(qiáng)傳感器采集電梯的燈光亮度，并對燈光進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，并在燈源出現(xiàn)故障時能及時告知監(jiān)控中心；加速度指標(biāo)能很好地反映電梯的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)加速度傳感器采集的電梯加速度信息存在異常時，及時進(jìn)行預(yù)警；轎廂重量傳感器采用JTXZMMK-X3t 兩路銷軸式測重傳感器，一方面可進(jìn)行超載檢測，另一方面，可配合紅外傳感器進(jìn)行人員進(jìn)出的監(jiān)測。

1.2 不法分子監(jiān)控模塊

電梯是不法分子出行的重要設(shè)備，無論是入室盜竊、犯罪逃逸還是犯罪藏匿，不法分子通常均需借助電梯出入，由此能否在電梯內(nèi)即成功對不法分子進(jìn)行識別顯得尤為重要。本設(shè)計的不法分子監(jiān)控模塊利用常用的攝像頭進(jìn)行圖像采集，圖像處理器對采集的圖像進(jìn)行預(yù)處理和特征提取，將提取的人臉特征與數(shù)據(jù)庫中的不法分子的圖像信息進(jìn)行比對，從而識別出不法分子，有助于公安機(jī)關(guān)及時對不法分子進(jìn)行抓捕，同時也可保證電梯其它乘員的安全。不法分子監(jiān)控模塊的工作流程如圖2 所示。

1.3 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)模塊

ZigBee 是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)上協(xié)議，主要特點(diǎn)有低速、低耗電、低成本、支持大量網(wǎng)上節(jié)點(diǎn)等，本設(shè)計的ZigBee 網(wǎng)絡(luò)模塊主要負(fù)責(zé)電梯狀態(tài)監(jiān)控模塊和不法分子監(jiān)控模塊數(shù)據(jù)的發(fā)送，形成ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊采用cc2530 ZigBee 芯片，具有較高的有效性和可靠性，同時外圍電路也比較簡單，CC2530 的常見應(yīng)用電路如圖3 所示。

圖2 不法分子監(jiān)控模塊工作流程圖

圖3 CC2530 的常用應(yīng)用電路

2 ZigBee 中繼器

ZigBee 中繼器是信息發(fā)送的橋梁，其一端與ZigBee節(jié)點(diǎn)連接，另一端連接著監(jiān)控中心，本設(shè)計的ZigBee 中繼器采用ST7590 芯片，它帶有8051 內(nèi)核，同時具有PI ／USART 接口，支持對外部設(shè)備的擴(kuò)展，ST7590 的SPI 通道與CC2520 進(jìn)行通信，具體連接如圖4 所示。

圖4 ST7590 與CC2530 連接圖

3 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心可位于物業(yè)中心或電梯維修保養(yǎng)中心，向下連接監(jiān)管區(qū)域范圍內(nèi)的電梯終端模塊，向上連接質(zhì)監(jiān)或安監(jiān)部門。監(jiān)控中心與監(jiān)管區(qū)域內(nèi)的多個ZigBee 中繼器連接，接收各節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生報警時，通知監(jiān)控人員；同時，監(jiān)控中心與電梯維保人員手機(jī)APP 連接，當(dāng)電梯終端模塊監(jiān)測到電梯狀態(tài)異常時，向維保人員手機(jī)APP 下發(fā)發(fā)生異常電梯的具體位置和異常情形，使維保人員能夠快速對警情進(jìn)行響應(yīng)；監(jiān)控中心還與警務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫連接，用于訪問不法分子人臉數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)不法分子身份識別。整個安全監(jiān)管系統(tǒng)如圖5 所示。

圖5

監(jiān)控中心是電梯運(yùn)行的最終數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)，也是電梯的運(yùn)維管理端、警情處理的決策端，其主要功能包括：（1）電梯身份、地址信息記錄，實時狀態(tài)信息記錄，遠(yuǎn)程監(jiān)控，不法行為記錄；（2）查詢分析。包括電梯歷史故障查詢、報警查詢、電梯維保查詢、電梯超期未檢查詢；（3）不法分子人臉數(shù)據(jù)庫訪問。訪問不法分子人臉數(shù)據(jù)庫，獲取人臉數(shù)據(jù)用于對比；（4）警情處理。與轎廂實時通信，遠(yuǎn)程指導(dǎo)轎廂受困人員，通過語音安撫受困人員，合理調(diào)配維保人員。當(dāng)不法分子出現(xiàn)時，自動向警務(wù)系統(tǒng)發(fā)送不法分子出現(xiàn)的電梯位置信息和不法分子人臉信息，以快速實施抓捕。

4 結(jié)語

本文設(shè)計的安全監(jiān)管系統(tǒng)能夠全面地對電梯的安全狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，能及時發(fā)現(xiàn)電梯運(yùn)行異常和電梯環(huán)境異常，并上報給監(jiān)控中心，便于電梯的集中監(jiān)控以及維保人員及時維護(hù)；同時，還能對電梯內(nèi)是否出現(xiàn)不法分子進(jìn)行監(jiān)控，能及時發(fā)現(xiàn)不法分子的行蹤，一方面保證小區(qū)、辦公區(qū)等范圍的安全，另一方面，能幫助公安機(jī)關(guān)獲取到在逃不法分子的行蹤。通過本文的監(jiān)管系統(tǒng)的布置，可使電梯成為一個安全的乘坐空間。