無線傳感網絡在電梯中的應用研究

譚媛

摘 要：城市快速的發展帶來了鱗次櫛比的高樓大廈，而電梯的作用也日漸凸顯。目前，單靠電梯專職維修人員對電梯運行中出現的問題進行處理，甚至在第一時間解救電梯中被困人員都存在很大難度。因此，利用電子科技下的無線傳感器網絡（WSN）來應對不斷涌現出的電梯應用難題已成為一種新的趨勢。本文利用無線傳感器網絡應用中高可靠性、可動態組網等特點，來探討WSN對電梯運行實現實時監測的可行性。

關鍵詞：無線傳感器網絡；電梯；實時監測

電梯在城市化的進程中日益扮演著越來越重要的角色，電梯的正常運行也是確保生活工作秩序的關鍵因素之一。因此，電梯中各個部件的穩定性、使用壽命和協調運轉對于任意一部電梯來說都是至關重要的。如若在電梯的各部件節點中利用無線傳感器網絡技術安置相應的傳感器，進行實時監測，并將數據匯集至整個控制系統。當發生緊急情況時，控制系統便會及時向電梯管理人員發出警報提醒，第一時間找出解決方案，確保電梯的正常運行和乘梯人的人身安全。因此，利用WSN的應用特點與當下電梯常用的檢測方法，研制可實現無線傳感器網絡在電梯中應用的相關硬軟件來大大提高電梯的使用效率和安全性[ 1 ]。

1 無線傳感網絡（WSN）簡介

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSN）是一種集合數據的感知、采集、處理和傳輸功能的分布式傳感網絡。在該網絡的各個末梢節點均是具有感知檢查外部功能的傳感器，利用無線的方式進行信息的傳遞和交流。這種傳感器的類型多種多樣，包括聲、光、電、溫度、濕度屬性等多種方面。將其應用到軍事領域、生活生產領域等更是當下無線傳感器網絡的潛在生命力所在。

無線傳感器網絡的主要特點可分為以下幾個方面：

1）規模大。傳感器的節點可廣泛分布在大面積或小范圍高密集的領域中，進行實時動態監測；

2）自組織。自組織能力是指傳感器能夠自動進行傳感器節點的調配和管理，彌補由于外部環境或自身節點能量消耗所帶來的分布不均勻情況，確保監測正常進行[ 2 ]。

3）可靠性。在惡劣天氣或人為破壞等極端條件下，傳感器節點的抗損壞性較強，更好的保障了自身工作的正常進行。

4）數據型。無線網絡傳感器節點采用的是編號標識，并保持動態聯系，在問題反饋中更接近于自然的語言交流。

在電梯中可應用的傳感器種類較多，如位移傳感器、稱重傳感器、光幕傳感器、平層傳感器及速度編碼器等等。其中，平層傳感器與位移傳感器是電梯平層控制調整的裝置，均能實現自動平層，且平層必須精準；稱重傳感器則是測量電梯載荷的一種傳感裝置，為控制系統提供有關電梯的載荷信號。光幕傳感器是應用于門機上能夠保護人或物體避免夾傷的傳感裝置。速度編碼器可以檢測電梯的實時位置與實時速度。

2 應用設計分析

在應用中，整個體系將嚴格按著以下三個步驟來進行：

（1）傳感器節點的設置；

（2）系統軟件的安插；

（3）數據信息的采集處理。

首先，在已設定的網絡區域內，合理安排傳感器節點，并充分高效的加以利用。在設置后通過控制系統采集節點信號，并對電梯運行中的速度、溫度、電壓、門鎖閉合情況等相關屬性進行實時的檢測，在獲得數據后進行資料匯集，最終傳輸回控制中心。在控制中心對已獲得的實時情況進行數據分析，對出現超出正常范圍值得數據進行特殊的存儲，并提出初步診斷以供專業人員處理參考。通常情況下，專業人員將參數值分為一般、重要兩類，無線傳感網絡將會根據獲得的數據信號自動決定是否向維護管理人員發出警報信號。當發生人員被困情況時，可通過電梯轎廂內的對講系統和營救人員進行及時聯系，確保電梯的安全性[ 3 ]。

其次，在無線傳感器網絡設計中將其分為控制系統和傳感器兩部分。其中控制系統主要負責對電梯運行中的數據信息進行處理、存儲，并結合已設定的參數進行圖像繪畫分析，在緊急情況下可發出警報提醒。而無線傳感器則主要控制各個相關節點的數據采集工作，并集中發送到控制節點，最終傳輸回控制系統中。當網絡開啟時，負責感應功能的節點將會執行問詢工作，并形成樹狀結構圖以供分析。

在設置軟件時，應考慮到在節點設置時容易出現過度依賴傳感器執行，數據采集速度過慢的情況。而在實際系統應用中，可能由于覆蓋面積廣泛，覆蓋范圍密度過高等原因造成的節點數量過多，設置位置松散，電量消耗補充不及時等因素造成了對系統運行準確性的影響。因此，在利用無線傳感器網絡設計軟件時可采取深眠—喚醒的高效節能方案，以此來降低對傳感器的能源消耗，潛在的延長了系統的使用壽命，提高了系統的使用質量[ 4 ]。當系統處于深眠程序下，可以斷開單片機中沒有處于工作狀態下的版塊，從而在數量方面的減少也促進了節約能源的實現。在使用芯片的使用方面，可采用具有超低功耗的類型，并能夠在多種模式切換中，保持能源的高效利用。通過設置不同檔位的睡眠模式來進行外部中斷、睡眠定時的程序操作。

當執行任務結束后，傳感器都會在程序作用下自動切換入深眠模式，減少了能源消耗的浪費。如若遇到任務開啟時，將會在內部的定時器喚醒作用下，重新開啟快速的進入工作狀態中。這不僅減少了傳感器的能源消耗，也能在一定程度上延長了傳感器各個節點的使用壽命，確保工作的順利進行。因此，設計系統軟件時，對模塊化程序的充分利用將可以充分滿足對各個節點的實時利用以及網絡通信的精準要求[5]。對系統各個模塊的合理設定，區域功能的強化也將有助于無線傳感器網絡在電梯中的高效利用。

3 結語

對電梯的實時監控和及時維護一直確保電梯正常運行工作的重中之重。利用無線傳感器網絡設置的節點，實時收集各項相關運行數據信息，集中匯集反饋，將有助于電梯的安全高效運行，這在未來電梯領域的監管革新中將扮演重要角色。隨著科技領域的不斷更新發展，無線傳感器網絡技術的應用成本也會逐步降低，而其在電梯中的應用也將會帶來更大的經濟效益和社會便捷。

參考文獻：

[1] 李葳.基于無線傳感器網絡的數據采集系統設計[D].上海交通大學，2010.

[2] 程永輝.無線傳感器的研究與實現[D].武漢理工大學，2010.

[3] 王戈，張效義.可用于環境監測的無線傳感器網絡節點的設計[J].傳感器與微系統，2007，（10）.

[4] 楊福寶.基于Zigbee的數據傳輸系統的研究設計[J].制造業自動化，2011（02）.