智能電梯控制及安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

史洪瑋，浦 瀚

（1.宿遷學(xué)院 信息工程學(xué)院，宿遷 223800；2.南京工業(yè)大學(xué) 電氣工程與控制科學(xué)學(xué)院，南京 211800）

如今，電梯已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂械闹匾ぞ咧唬窃鯓幼岆娞莞颖憬荨⒅悄埽恢崩_人們[1-3]。因此，本文提出了“智能電梯”的理念，系統(tǒng)包括自動(dòng)感應(yīng)技術(shù)、遠(yuǎn)程遙控技術(shù)、語(yǔ)音控制技術(shù)和建立遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，自動(dòng)感應(yīng)技術(shù)應(yīng)用到電梯門，遠(yuǎn)程遙控技術(shù)應(yīng)用到電梯中短距離的控制，語(yǔ)音控制技術(shù)應(yīng)用到電梯轎廂內(nèi)的“人機(jī)對(duì)話”，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用到遠(yuǎn)程監(jiān)控電梯的運(yùn)行情況。

1 設(shè)計(jì)目標(biāo)與方案

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

自動(dòng)感應(yīng)電梯門采用紅外線感應(yīng)技術(shù)，用戶只需在電梯門前的自動(dòng)感應(yīng)區(qū)稍作停留，電梯門即可自動(dòng)打開，無(wú)需手動(dòng)操縱。

語(yǔ)音控制用戶進(jìn)入電梯后，電梯門關(guān)閉會(huì)自動(dòng)觸發(fā)電梯內(nèi)語(yǔ)音控制系統(tǒng)，語(yǔ)音引導(dǎo)用戶選擇樓層，根據(jù)用戶語(yǔ)音應(yīng)答做出判斷并執(zhí)行相應(yīng)指令，初次使用者也毫無(wú)困難。

遠(yuǎn)程遙控技術(shù)在普通電梯基礎(chǔ)上，增設(shè)了電梯呼叫功能及電梯到達(dá)反饋功能。用戶出門乘坐電梯之前，通過常用移動(dòng)終端可以遠(yuǎn)程呼叫電梯，且電梯到達(dá)指定樓層后，終端會(huì)收到反饋（震動(dòng)或者鈴聲），實(shí)時(shí)提醒用戶，避免了漫長(zhǎng)等待。

電梯安全運(yùn)行監(jiān)管系統(tǒng)按照國(guó)家對(duì)特種設(shè)備安全監(jiān)察條例的要求，開發(fā)完整的“城市電梯安全運(yùn)行監(jiān)管系統(tǒng)”系統(tǒng)軟件和專用的數(shù)據(jù)采集器。本系統(tǒng)軟件在政務(wù)內(nèi)外網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)上構(gòu)建多個(gè)應(yīng)用子系統(tǒng)，為行業(yè)主管部門、電梯業(yè)主、物管單位、電梯制造單位、電梯維保單位和社會(huì)公眾等提供有關(guān)電梯運(yùn)行和管理的各類信息服務(wù)[4-5]。

1.2 設(shè)計(jì)方案

在電梯原有控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上增設(shè)一套紅外感應(yīng)系統(tǒng)、一套語(yǔ)音控制系統(tǒng)、一套遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)和一套遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)上述4個(gè)目標(biāo)，智能電梯控制系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 智能電梯控制系統(tǒng)組成Fig.1 Block diagram of intelligent elevator control system

1.2.1 紅外感應(yīng)系統(tǒng)

紅外感應(yīng)系統(tǒng)通過繼電器可編程模塊與電梯原有的電梯門機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，語(yǔ)音控制系統(tǒng)通過語(yǔ)音控制模塊與電梯原有的樓層選擇系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，遙控系統(tǒng)通過繼電器與電梯原有升降系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，如圖2所示。

圖2 紅外感應(yīng)區(qū)示意Fig.2 Schematic diagram of infrared sensing region

紅外感應(yīng)器安裝于電梯上門套正中間位置，一般紅外感應(yīng)器的感應(yīng)角度范圍為140°，一般建筑通道的寬度不會(huì)超過2 m。根據(jù)圖中數(shù)字可算出x=2 m×tan70°=2.4 m，由此可知紅外感應(yīng)區(qū)的最大長(zhǎng)度為4.8 m。一般正常人行走速度為4.3 km/h=4300÷3600 m/s=1.19 m/s，按這個(gè)速度來計(jì)算，一個(gè)人正常行走通過感應(yīng)區(qū)的時(shí)間不會(huì)超過4.8 m÷1.19 m/s=4 s。紅外感應(yīng)系統(tǒng)工作流程如圖3所示。

圖3 紅外感應(yīng)系統(tǒng)工作流程Fig.3 Workflow of infrared induction

1.2.2 語(yǔ)音控制系統(tǒng)

當(dāng)電梯門關(guān)上的一瞬間，即可觸發(fā)電梯樓層聲音控制系統(tǒng)開始工作，直至接收到2個(gè)有效信號(hào)或者電梯門合上后超過20 s（以先到者為主），電梯樓層聲音控制系統(tǒng)停止工作。語(yǔ)音控制系統(tǒng)的工作流程如圖4所示。

圖4 語(yǔ)音控制系統(tǒng)工作流程Fig.4 Workflow of speech control system

電梯語(yǔ)音控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)主要采用已有的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)并加以改正。系統(tǒng)的主要工作分2個(gè)階段。語(yǔ)音訓(xùn)練階段：這一階段的任務(wù)主要是構(gòu)建語(yǔ)音庫(kù)，采集50人左右的聲音樣本（讀出指定的詞匯：一樓、二樓、三樓……）將其燒錄到燒錄卡上；語(yǔ)音識(shí)別階段：這一階段的任務(wù)主要是采集語(yǔ)音信號(hào)，提取主要特征將其與語(yǔ)音庫(kù)中的語(yǔ)音比對(duì)，最匹配的就是識(shí)別結(jié)果。

電梯語(yǔ)音控制系統(tǒng)主要原理如圖5所示。信號(hào)采集：主要采集電梯里超過一定分貝的各種聲音；提取主要特征：將所有采集到的聲音信號(hào)加以篩選，篩選出含有一樓、二樓、三樓等的語(yǔ)音；與語(yǔ)音庫(kù)配比（識(shí)別）：將篩選出的語(yǔ)音與語(yǔ)音庫(kù)中貯存的語(yǔ)音配比，找出最匹配的一個(gè)語(yǔ)音即為識(shí)別結(jié)果；決策：根據(jù)識(shí)別結(jié)果，給電梯控制控制系統(tǒng)下達(dá)指令，從而控制電梯去往相應(yīng)的樓層，同時(shí)通過喇叭播放語(yǔ)音提示。

圖5 電梯語(yǔ)音控制系統(tǒng)原理Fig.5 Principle of elevator speech control system

1.2.3 遠(yuǎn)程遙控技術(shù)

電梯遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)工作流程如圖6所示。用戶出門乘坐電梯之前，通過常用的移動(dòng)終端可以呼叫電梯，電梯遙控接收器接收到遙控器的發(fā)送信號(hào)后會(huì)自動(dòng)觸發(fā)電梯升降系統(tǒng)，且電梯到達(dá)后，轎廂檢測(cè)傳感器會(huì)將到達(dá)信號(hào)反饋給移動(dòng)終端以實(shí)現(xiàn)提醒用戶的目的。為了防止電梯升降過程中，將到達(dá)信號(hào)反饋到其余樓層，增設(shè)了電梯遙控模塊對(duì)轎廂檢測(cè)傳感器的激活功能。只有一定時(shí)間內(nèi)（不同樓層可設(shè)定不同時(shí)間）剛呼叫過的遙控器對(duì)應(yīng)的轎廂檢測(cè)傳感器才會(huì)被激活，其他沒有呼叫的樓層號(hào)對(duì)應(yīng)的轎廂檢測(cè)傳感器處于休眠狀態(tài)。

圖6 電梯遙控系統(tǒng)工作流程Fig.6 Workflow of elevator remote control system

1.2.4 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在電梯正常運(yùn)行的過程中，現(xiàn)場(chǎng)或者可隨時(shí)實(shí)時(shí)了解電梯轎廂情況。當(dāng)電梯發(fā)生故障時(shí)，安裝在電梯控制柜里的數(shù)據(jù)采集器產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)上報(bào)給服務(wù)器，現(xiàn)場(chǎng)工作人員及遠(yuǎn)程控制室就可以及時(shí)知道哪部電梯發(fā)生了故障，什么時(shí)候發(fā)生了故障，以便及時(shí)采取措施。

2 方案實(shí)現(xiàn)

2.1 電梯控制系統(tǒng)電路

2.1.1 電梯門開閉系統(tǒng)

電梯門開閉系統(tǒng)的電路如圖7所示，其功能主要通過51單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)。

圖7 電梯門開閉系統(tǒng)Fig.7 Elevator door open and closed system

2.1.2 語(yǔ)音控制系統(tǒng)

語(yǔ)音控制系統(tǒng)的電路如圖8所示。當(dāng)電梯門閉合（即圖中一樓或二樓電梯門閉合開關(guān)閉合），即可觸發(fā)語(yǔ)音模塊工作。

2.1.3 電梯遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)

遙控系統(tǒng)的電路如圖9所示。使用常用的移動(dòng)終端，接收器的KD端子即可導(dǎo)通，此時(shí)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)電梯轎廂上行。當(dāng)轎廂上行接近二樓時(shí)，接近開關(guān)閉合，反饋發(fā)射回路通電，反饋發(fā)射器給遙控器一信號(hào)，使得如圖10所示反饋系統(tǒng)通電，蜂鳴器開始蜂鳴，LED燈閃爍，達(dá)到提醒的目的；當(dāng)轎廂接著上行到達(dá)二樓時(shí)，二樓限位開關(guān)斷開，反饋發(fā)射回路斷電，圖10所示反饋系統(tǒng)斷電，蜂鳴器停止鳴叫，LED燈熄滅。

圖8 語(yǔ)音控制系統(tǒng)Fig.8 Speech control system

圖9 遙控系統(tǒng)Fig.9 Remote control system

圖10 反饋系統(tǒng)Fig.10 Feedback system

2.1.4 輔助手動(dòng)控制系統(tǒng)

為了方便手動(dòng)控制模型中電梯的升降，設(shè)計(jì)了手動(dòng)控制電梯升降系統(tǒng)，并在回路中串接了一樓限位開關(guān)和二樓限位開關(guān)，電路如圖11所示。

2.1.5 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

電梯安全運(yùn)行遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集器是采用傳感器以及采用與電梯控制器通訊采集電梯運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過ARM處理器進(jìn)行非常態(tài)數(shù)據(jù)分析，經(jīng)由GPRS網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)傳輸，實(shí)現(xiàn)電梯故障報(bào)警、困人救援、日常管理、質(zhì)量評(píng)估、隱患防范等功能的綜合性電梯管理平臺(tái)，是一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的安監(jiān)系統(tǒng)，如圖12所示。

圖11 手動(dòng)控制電梯升降電路Fig.11 Manually control elevator elevator circuit

圖12 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Fig.12 Block diagram of remote monitoring system

3 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)采用了電梯門紅外感應(yīng)系統(tǒng)和樓層選擇語(yǔ)音控制系統(tǒng)，可真正實(shí)現(xiàn)電梯的全自動(dòng)化控制。電梯紅外感應(yīng)系統(tǒng)可區(qū)分用戶是否要乘用電梯，避免了電梯門的無(wú)效開啟，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的；語(yǔ)音控制系統(tǒng)的觸發(fā)方式和其他電梯語(yǔ)音控制系統(tǒng)不同，可實(shí)現(xiàn)電梯門關(guān)閉即可自動(dòng)觸發(fā)該語(yǔ)音控制系統(tǒng)，即使初次乘坐該電梯，用戶也可以無(wú)憂使用，通用性更強(qiáng)；通過遠(yuǎn)程遙控，為用戶節(jié)省了寶貴的等待時(shí)間，用戶可在家無(wú)憂等待，方便用戶出行；利用遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，增加了電梯的安全性和可靠性，使用戶在乘坐電梯時(shí)，安全得到保障。

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