基于物聯網技術的電梯底坑進水監測及預警系統

陸海濤 成新民 雷雪 李倩

摘要：利用NBIOT技術開發一套基于物聯網技術的電梯底坑進水監測及預警系統，該系統主要用于水位監測及預警。給出系統的主要構成，闡述了數據采集傳輸及處理的具體方法，自定義了數據通訊的通信協議，以及論述系統上位機軟件設計和后臺報警設計的方法。系統測試結果滿足了設計需求。

關鍵詞：NBIOT;物聯網;水位監測

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）10-0178-02

0 引言

隨著近幾年來我國建設行業飛速發展，電梯設備的安裝數量逐年增長。隨著電梯的廣泛應用，電梯的故障和安全隱患愈發引起人們的重視。在電梯的使用中，經常遇見的問題之一就是電梯底坑積水導致電梯無法使用或帶病運行，這存在著嚴重的安全隱患，較輕時使電梯外觀不雅，嚴重時造成電梯損壞，有時甚至發生人身傷亡事故。

由于我國現有電梯規范的安全條款中，對用技術手段防水的要求不多。因此，我們擬開展基于物聯網技術的電梯底坑進水監測及預警系統的研究。該系統能監測電梯底坑水位變化，并能通過無線網絡在網頁上顯示實時數據，一旦水位超過設定的閾值，就會在客戶端和手機端同時發送報警信息。

1 系統結構

系統結構框圖如圖1所示，主要由電源模塊，水位采集模塊，數據處理模塊，傳輸模塊和上位機的實時監控以及預警模塊組成。電源模塊將電梯井道中的220v交流電轉換成5v直流電，確保單片機以及其他模塊的正常運行，水位采集模塊是通過CYW11通用型投入式液位傳感器采集液位高度，并將模擬量傳到數據處理模塊，數據經過單片機的處理后再通過NBIOT上傳到服務器進行數據分析并判斷是否超過預先設定的閾值，若超過，則通過客戶端發出警報聲以及通過短信通知相關人員進行處理。

2 數據采集傳輸及處理

2.1 井道底坑進水及水位信息采集

對于井道底坑進水，系統采用CYW11通用型投入式液位傳感器，通過對傳感器壓力的變化，輸出0.5V-2.5V的電壓模擬量，DA轉換將模擬量轉化成數字量，經過數據整合得到具體的水位。

2.2 數據的無線傳輸

系統使用NBIOT來做無線傳輸，先自己確定通信協議，然后按照制定好的通信協議來編寫一個字符序列，然后通過4G發送到透傳云，透傳云再將字符序列發送給服務器，再有服務器來對字符序列進行處理。這樣能有效防止數據的錯誤和丟失。

2.3 數據處理

系統上位機和下位機之間相互通信，在上位機端和下位機端都有對字符序列的處理，也就是數據處理。我們約定了通信協議，就按照通信協議的格式對字符序列來判斷是否完整，比如，從起始位開始，對每一位進行判斷，是否正確，若整個字符序列都是正確的話，則認為數據是完整的，如果是完整的話，就把放水位的那兩位的數據提取出來，若不完整，則舍去。

3 通信協議

通信協議是指通信雙方共同完成通信或服務所必須遵守數據單元使用的格式、信息單元應該包含的信息與含義、連接方式、信息發送和接收的時序等。協議定義了數據單元使用的格式，信息單元應該包含的信息與含義，連接方式，信息發送和接收的時序，從而確保網絡中數據順利地傳送到確定的地方。

為了使后臺監控軟件能準確理解數據的來源及含義，保證通信的可靠性，需要自定義傳輸協議。具體形式見下表，當上位機未設定采樣時間時，單片機自動每隔5秒發送一條Hello命令，表示此時設備已連接，當上位機向單片機發送水位采樣時間間隔設置命令后，單片機自動向上位機發送水位采樣命令，水位采樣命令中包含當前水位信息，當水位超過閾值時，服務器通過網口向單片機發送手機短信命令，手機短信命令里面包含電話號碼以及短信內容。（Hello命令和水位采樣時間間隔設置命令中的采樣時間如果是0x00表示無效，單位為秒）。

通信協議定義格式如表1所示，前4個字節為起始位，第5個字節為長度，第6個字節為命令字，最后一位為校驗位，命令字到校驗位之間為所需要發送的實際內容，長度為從第5字節開始到校驗位的前一位（不包括長度及校驗位），校驗位是將長度位開始到校驗位前一位中的每一位異或起來。

4 后臺監控系統架構

4.1 用戶界面

用戶界面如圖2所示，設備在線則地標顯示紅色，反之則為灰色。當傳感器檢測到電梯底坑水位超過設定的閾值時，紅色地標閃爍。產生異常信號的電梯的水位監測圖表出現在用戶界面，如圖3所示。發出報警聲音，同時發送短信提醒維修人員對異常信號電梯進行檢查和維修。電梯底坑水位在設定的閾值以下時，恢復正常。

4.2 軟件系統框架

軟件系統框架圖如圖4所示，服務器將從透傳云拿取的數據進行處理，并對處理后的數據進行判斷，若超過閾值，則報警。瀏覽器向服務器發出讀取數據請求，服務器向數據庫讀取數據，然后將所得到的數據最終顯示到網頁上。

5 系統后臺報警設計

監測系統報警設計流程如圖5所示，系統在接收到開始命令后，進行數據初始化，主程序主要判斷水位是否超過原先設定的閾值，是否達到5個采集點，若都都未達到或者只有其中一項達到，都將返回循環，一旦水位超過閾值，并且達到5個采集點，系統會發出警報，并且通過網口將報警信息發送給GSM，提醒電梯維修人員進行及時的檢測和維修。

6 結語

系統經過現場測試，基本達到了設計要求。能夠對電梯底坑進水和水位進行實時監測，監測數據實時保存在數據庫中。當底坑水位達到閾值，報警模塊會實時在客戶端報警，同時給設定的手機發送報警信息，通知工作人員及時維護，實現了電梯底坑水位的監測和預警，避免電梯因進水而產生故障，減少電梯安全事故，延長電梯的使用壽命。但是系統采集電梯底坑水位數據時存在一定誤差，對于閾值的判定存在一些影響，這個問題有待進一步改進。

參考文獻

[1] 王燕.基于物聯網的電梯故障監測系統的研究[J].集成電路應用，2019，36（05）：59-61.

[2] 楊利明，成波，張弛，紀綱，鄢霈然.電梯底坑積水原因分析及處理辦法[J].中國電梯，2018，29（10）：62-66.

[3] 祝洪峰.“進水”對電梯的危害及防范對策[J].中國設備工程，2018（17）：57-58.

[4] 杜趙剛.對電梯進水的原因分析及防治[J].中國電梯，2019，30（02）：57-58.

[5] 陳林林，賈華坡，陳貝貝，楊晨.基于PC與單片機的數字化打印通信協議研究[J].機電工程技術，2017，46（03）：74-77.

[6] 毛玉星，劉翔宇，王唯.一種基于STM32單片機的應用實驗平臺設計[J].工業和信息化教育，2019（08）：63-68.