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电梯运行远程智能监控系统的研究与设计

作者：刘璐玲 陈里

来源：《数字技术与应用》2017年第02期

摘要：为了确保电梯安全稳定的运行，本文提出了一种基于PIC24H系列单片机设计的电梯运行监控系统，实现了对电梯运行中提升电机的工作参数、电梯载重量、梯内烟雾浓度和梯内呼救等信息的自动监测，并能将所得信息通过SIM900A传送给监控中心，便于工作人员实时掌握各电梯的运行情况。与传统的电梯监控方案相比，该方案具有实时性强、监测范围广和便于安装等优点，具有较高的实际应用价值。 关键词：电梯；远程；智能监控

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0197-03

电梯作为高层建筑物中重要的运输工具，它的运行安全性也越来越受到人们的重视。对电梯运行进行实时的监管，有助于提高电梯的服务质量，减少由于电梯运行故障给人们带来的困扰。本设计目的是研制一种具有远程数据传输能力的智能电梯监控系统，能实现对电梯运行过程的实时监测。当电梯出现超载、提升电机异常工作或轿厢内发生火灾时都能第一时间发出警示，便于乘客及时的发出求救信息，将电梯故障造成的危害减小到最低。 1 系统介绍

本系统设计拟选用16位PIC24H系列单片机作为主控芯片，以相应传感器作为监测手段，利用SIM900A实现采集数据交互的智能电梯监控系统。系统实现对运行电梯的故障监测、监测信息显示能、异常呼叫与报警及采集数据远程传输等功能。 1.1 系统功能分析

本次设计的电梯运行监控系统，需要实现运行监测、数据显示、超限报警和远程数据传输这四项功能，各功能具体要求如下：

（1）运行监测功能。实现对电梯运行中提升电机的工作电压和电流、轿厢内当前载重、轿厢内火情情况、输入求助信息等进行监测。（2）数据显示功能。实现将上述监测信息在液晶屏上显示出来，便于乘体人员进行实时观察。（3）报警功能。当采集的各参数超过设置上限值时，本地能够发出报警，对乘体人员进行提示。（4）通信功能。能够将监测信息发送给远程的数据接收端，便于远端掌握本电梯的运行情况。 1.2 系统基本结构

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本系统选用16位PIC24H64GP506单片机作为主控芯片来进行设计，由单片机最小系统、输入检测模块、液晶显示模块、报警指示模块、电源模块和通信模块这六大模块组成。系统结构如图1所示。 2 系统硬件实现

本系统硬件主要包括PIC24H64GP506主控电路、输入采集电路、报警提示电路、液晶显示电路和通信电路。本节将对各部分电路设计作详细介绍。 2.1 PIC24H64GP506最小系统设计

PIC24H64GP506主控电路由单片机、时钟电路和复位电路构成，电路如图2所示。 2.2 输入采集电路设计

输入采集电路主要采用传感器来实现对呼叫信号、提升电机工作电压与电流、轿厢承重和厢内烟雾浓度大小的检测。 2.2.1 传感器选择

（1）提升电机监测传感器。1）电流变送器：本设计选择的电流变送器的电流检测范围是0-300A，精度范围+0.5%.F.S，响应时间t≤5us，输出电压范围为0-5V。2）电压变送器：本设计选择的电压变送器的电压输入范围是AC0-500V，输出为0-5V，精度范围在+0.2%，响应时间t≤5us。

利用以上电流和电压传感器可以实现对150KW提升电机的运行的情况进行监测。 （2）火灾传感器选择。本设计选择MQ-7气体传感器，该传感器能在出现火情时检测出空气中一氧化碳浓度的变化，并将变化量转换成与之相对应的电压信号输出。它的检测范围在10-100ppm，输出电压为0-5V。

（3）承重检测传感器。本设计选择HM8-C3-3T-4B7-A承重压力传感器来实现对电梯所承压力的测量，它的承重范围在0-3T，精度范围在+0.5%，输出电压为0-5V。 2.2.2 传感器检测电路设计

由于采集电路的输入量是4路模拟量输出的传感器，因此本系统采用PCF8591和单片机来构建信号检测电路。整个采集电路如图3所示。其中S_I1、S_U1、S_W1、S_M1分别表示电流检测传感器、电压检测传感器、称重检测传感器、烟雾浓度检测传感器，它们依次接入PCF89C51的模拟量第1、2、3、4通道。单片机采用RF2和RF3构成模拟I2C总线与PCF8591的10脚和9脚相连，用以获取4路输入模拟信号对应的输出电压。

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单片机通过RG13引脚与呼叫电路的按键相连，通过读取该引脚的输入电平来判断是否有人呼叫。

2.3 液晶显示电路设计

单片机通过RD0～RD11引脚来实现对液晶显示电路的控制，其中RD11～RD9分别接显示器的RS（数据/命令选择），R/W（读/写选择）和E（使能控制），三个控制位RD0～RD7接液晶的DB0～DB7数据线。液晶显示电路如图4所示。 2.4 报警指示电路设计

报警指示电路由蜂鸣器报警电路和LED指示电路组成。当测量值超过软件设置的上限值时，蜂鸣器将发出报警提示音，同时点亮对应的LED指示灯。电路如图5所示。其中电流报警指示灯、电压报警指示灯、过载指示灯、火灾报警指示灯分别接在单片机的RG12、RG14、RG1与RF1引脚上，蜂鸣器报警连接在RB10引脚上。 2.5 通信电路设计

本系统选择以短信的形式来向远端的监控中心发送电梯采集信息，选用SIM900A模块来进行电路设计。SIM900A通信电路如图6所示。其中，SIM900A作为控制端，通过31～33引脚与SIM卡相连。引脚31、32、33分别接SIM卡的数据引脚、时钟引脚、复位引脚，实现对SIM卡读写和复位控制。单片机通过串口2与SIM900A模块相连，9脚和10脚分别接模块的串口发送引脚RXD与串口接收引脚TXD，串口2的引脚RF5、RF4分别与模块的9脚、8脚相连。通过控制串口工作，单片机可以实现与模块之间的通信，将需要发送的数据传送给远端监控中心。 3 系统软件实现

以本设计的硬件为基础，系统软件由主程序、输入采集子程序和通信子程序组成。主程序首先完成包括定时器0、串口2、PCF8951模数转换芯片的初始化及输入/输出IO引脚的配置。主程序流程如图7所示。初始化完成后，首先判断50ms采集定时时间是否到，未到则重复本此操作，否则执行下一步操作；接下来调用输入采集程序读取4个采集变量值，若超过软件设置的上限报警值，点亮对应的报警指示，同时控制蜂鸣器报警；其次，调用通信程序将采集的4个变量值进行发送，并对是否发生呼叫进行判断；程序运行结束。 3.1 输入采集程序设计

输入采集程序的功能是实现对输入4路模拟量数据的采集，并将采集值显示输出。程序执行流程具体如下：单片机控制RF2和RF3发送启使信号启动I2C总线，并通过RF2引脚发送PCF8951芯片的地址，等待器件回复应答信号，器件应答后发送转换通道地址起始地址（0x40），开始第1通道转换，并将计算得出的提升电机电流值进行显示输出。随后判断当前