基于無線傳感器網絡的井道式載人電梯遠程監測系統

摘要：由于電梯系統結構的特殊性，本文采用具有自組網功能的Zigbee技術和GPRS通信技術，所有數據通過無線方式傳輸，避免了在井道內鋪設大量的有線電纜。在對目前電梯監控技術的特點與不足加以分析的基礎之上，提出了基于無線傳感器網絡的井道式載人電梯遠程監測系統。

關鍵詞：遠程監測;電梯;無線傳感器網絡;節點

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）06-0075-02

0 引言

伴隨著城市的迅猛發展，電梯作為一種垂直交通工具日益廣泛，因此電梯的故障檢測和及維護，特別是電梯遠程監控的作用就顯得極為重要[1]。電梯是機與電緊密結合的復雜產品，其基本組成包括機械和電氣兩個部分，具體又可劃分為八大系統：曳引系統、導向系統、門系統、轎廂系統、重量平衡系統、電力拖動系統、電氣控制系統和安全保護系統[2]。

1 無線傳感器網絡概述

隨著無線通信、集成電路、傳感器以及微機電系統MEMS等技術的飛速發展，無線傳感器網絡WSN作為新興的信息獲取與智能控制技術引起了許多領域的高度重視[3]。由于WSN本身所具備的特點與優勢，在數據采集區部署大量的微型、低功耗且功能各異的傳感器節點，通過自組織無線通信網絡，能夠實現低成本、高速地采集電梯運行的多種參數的數據信息，并通過無線通信的方式發送至監控中心，實現對參數的采集、無線傳輸、記錄、圖形顯示、查詢、報表輸出及超限報警等功能，很好地克服了傳統有線數據采集模式的種種不足。

采用ZigBee無線技術的無線傳感器網絡具有以下特點：低速率、低功耗、近距離、低成本、自組網以及延時短[4]。

2 無線傳感器網絡在電梯監控系統中的優勢

近年來，電梯故障頻繁發生。原因主要是大量傳統的電梯監控系統使用有線方式進行信號傳輸，電纜老化中斷引起的故障日益增加。基于此，研究基于Zigbee技術的無線傳感器網絡用于電梯運行遠程監測的關鍵技術，有著重要的意義和推廣價值。該系統采用各種物聯網技術，包括Zigbee技術，GPRS技術等，通過使用單獨的傳感器來收集電梯運行信息，因此不會影響原有的電梯系統本身，并適用于所有的井道電梯。

3 系統結構設計

3.1 系統硬件結構

本文所研究的電梯運行實時監測系統中，以傳感器節點的組網為起點，繼而是數據采集設備實現對相關參數的實時采集與處理，并將數據傳輸至監控中心。因此，整個系統分為三個部分：數據采集設備接入網絡過程，參數數據采集和傳輸過程以及監控中心數據處理過程。系統硬件結構如圖1所示。

簡化的結構框圖如圖2所示。

3.1.1 數據采集設備接入網絡過程

數據采集過程主要利用各種傳感器來采集電梯各部分的運行參數，如牽引電壓和電流，系統電機的電流和電壓，以及室溫。數據采集設備從休眠狀態激活后，發出接入網絡請求，等待應答，如果接入網絡，則進行數據交換。因此，數據采集過程也是本系統的起點。

3.1.2 參數數據采集與傳輸過程

數據采集主要負責設備初始化和信號采集;數據處理模塊主要負責數據的濾波、格式轉換以及數據打包;數據傳輸模塊主要負責數據在傳輸過程中使用的協議。

數據采集系統其實質是一個無線傳感器網絡，它由部署在電梯內的大量微型傳感器節點組成，這些節點通過無線通信的方式形成一個多跳、自組織的網絡系統，用于感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息，從而實現對電梯的智能化維護與管理[5]。

3.1.3 監控中心數據處理過程

監控中心數據處理過程主要包括對采集的電梯運行參數數據的分析、處理，以判斷是否有參數數據超限、及時報警以及實現參數的顯示與查詢。

3.2 傳感器節點設計

傳感器節點通常由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊、電源模塊等組成[6]。硬件框圖如圖3所示。傳感器模塊負責監測電梯運行數據信息的采集，處理器模塊主要負責處理各個傳感器采集的數據，無線通信模塊主要負責與其他傳感器節點相互收發所采集的電梯運行數據，電源模塊主要負責各環節運行所需能量[7]。當數據傳輸完成后，傳感器節點進入睡眠模式，以低功耗延長電源壽命。

3.3 傳感器節點工作流程

系統軟件設計主要包括：傳感器終端節點設計、傳感器終端與主控模塊通信設計、遠程監控平臺設計三個環節。其中，傳感器終端節點設計主要是通過操作系統將傳感器驅動程序、執行控制程序 以及協議棧結合起來有效合作，實現網絡節點的加入以及數據和指令的傳輸[8]。傳感器終端與主控模塊通信設計的目的是將傳感器采集過來的數據傳輸到Internet上，遠程監控平臺主要完成對采集來的電梯運行數據的存儲和處理。下面以傳感器采集節點為例加以說明，工作流程如圖4所示。

4 結語

本文根據電梯運行的特殊性，采用具有自組網功能的Zigbee技術和GPRS通信技術，所有數據通過無線方式傳輸，避免了在井道內鋪設大量的有線電纜，解決了井道內有線傳輸網絡給安全監測帶來的不便，提高了系統的適用性。

參考文獻

[1] 段登，邱意敏，周力.基于zigbee技術+3G網絡的多電梯遠程監控系統[J].計算機系統應用，2012，21（03）：185-189.

[2] 閆海英，黃波，王曉喃.基于6LoWPAN無線傳感網絡的電梯監控系統研究[J].制造業自動化，2013，35（09）：62-63+72.

[3] 韓忠，王璐，周中闊.基于ZigBee的礦井綜采面無線傳感器網絡監測系統設計[J].煤礦機械，2012，33（01）：251-253.

[4] 徐建國.無線傳感網絡在電梯中的應用[J].計算機與現代化，2011，（10）：110-112.

[5] 張凱，龐玉凱.基于ZigBee網路的電梯安全監測系統[J].中國科技信息，2015，（23）：24-25.

[6] 周林，夏聯雙. ZigBee無線傳感網溫度監測系統設計[J].信息技術，2012，6（5）：88-91.

[7] 王海波.基于無線傳感器網絡的綜采面溫度監測系統[J].煤礦機械，2014，35（08）：219-220.

[8] 閆學勤，謝麗蓉，程志江等.ZigBee+3G網絡在新型井道式電梯監控系統中的應用[J].自動化儀表，2015，36（01）：1-4.

Remote Monitoring System of Manned Elevator Based on

Wireless Sensor Network

WANG Hai-bo

（Huainan Vocational and Technical College，Huainan Anhui? 232001）

Abstract：Because of the particularity of elevator system structure， Zigbee technology and GPRS communication technology with self-organizing network function are adopted. All data are transmitted by wireless mode， avoiding laying a large number of wired cables in the well. Based on the analysis of the characteristics and shortcomings of the current elevator monitoring technology， a well-type manned elevator remote monitoring system based on wireless sensor network is proposed.

Key words：Remote monitoring;Elevator;Wireless sensor network;node