基于物聯網的電梯安全監管系統設計探討

聶靖

（湖南省特種設備檢驗檢測研究院婁底分院，湖南 婁底 417000）

隨著我國城鎮化進程的加快，城市人口密度不斷增加，為了滿足人們的居住和辦公需求，房屋的樓層也越來越高，在這些房屋中，電梯的作用不言而喻，給人們的工作生活帶來了極大的便利。目前我國已經成為世界上電梯擁有量最多的國家，隨之而來的電梯安全已經越來越受到人們的關注，雖然電梯定期進行維修和保養，但是電梯數量龐大，維護和管理可能存在疏漏，這勢必會影響電梯的安全使用。為解決電梯可能存在的安全問題，筆者設計了一種基于物聯網的安全監管系統，旨在對電梯自身安全和乘梯的不法分子進行監控。

該系統包括電梯終端模塊、ZigBee 中繼器、監控中心和維保人員手機APP，電梯終端模塊作為系統的監測端，可有效監控電梯的安全狀態，同時還可識別乘梯人員的身份，當出現不法分子時可立即識別并上報；監控中心作為系統的監控中樞，可與監管范圍內的所有電梯節點建立通信，實現監管的全覆蓋，提高了電梯監管的全面性、及時性和有效性，使電梯能夠安全運行，并保證電梯所處位置的居住或工作人群的安全。

1 電梯終端模塊的設計

電梯終端以51 單片機為控制器，并包括電梯狀態監控模塊、不法分子監控模塊、ZigBee 網絡模塊、聲光報警模塊和電源模塊，其中電梯狀態監控模塊包括紅外傳感器、水浸傳感器、電信號偵測傳感器、光強傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器、轎廂重量傳感器等，不法分子監控模塊包括圖像采集傳感器和圖像處理器，通過電梯終端模塊，實現電梯狀態監測和不法分子乘梯監測，保證電梯正常運行和乘梯人員的安全，電梯終端模塊的結構如圖1 所示。

圖1 電梯終端模塊整體結構圖

1.1 電梯狀態監控模塊

紅外傳感器為熱敏感元件，可感知人體熱源，該紅外傳感器包括紅外發射器和接收器。在電梯轎廂門的兩側分別布置兩列紅外發射器和接收器，每列發射器或接收器有多個（如8 個或16 個），通過兩列紅外發射器被人體阻斷的先后順序進行人員進出的判斷。水浸傳感器基于液體導電原理，用電極探測是否有水存在，防止因突發狀況引起水淹電梯。電信號偵測傳感器，探測電梯電路是否存在異常可能，當存在異常可能時，立即發出聲光報警模塊報警并將電梯停在就近樓層；溫度、煙霧傳感器可用于電梯火災檢測，有效防止火災造成的人員財產損失；光強傳感器采集電梯的燈光亮度，并對燈光進行自動調節，并在燈源出現故障時能及時告知監控中心；加速度指標能很好地反映電梯的運行狀態，當加速度傳感器采集的電梯加速度信息存在異常時，及時進行預警；轎廂重量傳感器采用JTXZMMK-X3t 兩路銷軸式測重傳感器，一方面可進行超載檢測，另一方面，可配合紅外傳感器進行人員進出的監測。

1.2 不法分子監控模塊

電梯是不法分子出行的重要設備，無論是入室盜竊、犯罪逃逸還是犯罪藏匿，不法分子通常均需借助電梯出入，由此能否在電梯內即成功對不法分子進行識別顯得尤為重要。本設計的不法分子監控模塊利用常用的攝像頭進行圖像采集，圖像處理器對采集的圖像進行預處理和特征提取，將提取的人臉特征與數據庫中的不法分子的圖像信息進行比對，從而識別出不法分子，有助于公安機關及時對不法分子進行抓捕，同時也可保證電梯其它乘員的安全。不法分子監控模塊的工作流程如圖2 所示。

1.3 ZigBee 網絡模塊

ZigBee 是一種低速短距離傳輸的無線網上協議，主要特點有低速、低耗電、低成本、支持大量網上節點等，本設計的ZigBee 網絡模塊主要負責電梯狀態監控模塊和不法分子監控模塊數據的發送，形成ZigBee 網絡的節點。ZigBee網絡模塊采用cc2530 ZigBee 芯片，具有較高的有效性和可靠性，同時外圍電路也比較簡單，CC2530 的常見應用電路如圖3 所示。

圖2 不法分子監控模塊工作流程圖

圖3 CC2530 的常用應用電路

2 ZigBee 中繼器

ZigBee 中繼器是信息發送的橋梁，其一端與ZigBee節點連接，另一端連接著監控中心，本設計的ZigBee 中繼器采用ST7590 芯片，它帶有8051 內核，同時具有PI ／USART 接口，支持對外部設備的擴展，ST7590 的SPI 通道與CC2520 進行通信，具體連接如圖4 所示。

圖4 ST7590 與CC2530 連接圖

3 監控中心

監控中心可位于物業中心或電梯維修保養中心，向下連接監管區域范圍內的電梯終端模塊，向上連接質監或安監部門。監控中心與監管區域內的多個ZigBee 中繼器連接，接收各節點采集的數據，當發生報警時，通知監控人員；同時，監控中心與電梯維保人員手機APP 連接，當電梯終端模塊監測到電梯狀態異常時，向維保人員手機APP 下發發生異常電梯的具體位置和異常情形，使維保人員能夠快速對警情進行響應；監控中心還與警務系統數據庫連接，用于訪問不法分子人臉數據，以實現不法分子身份識別。整個安全監管系統如圖5 所示。

圖5

監控中心是電梯運行的最終數據匯聚節點，也是電梯的運維管理端、警情處理的決策端，其主要功能包括：（1）電梯身份、地址信息記錄，實時狀態信息記錄，遠程監控，不法行為記錄；（2）查詢分析。包括電梯歷史故障查詢、報警查詢、電梯維保查詢、電梯超期未檢查詢；（3）不法分子人臉數據庫訪問。訪問不法分子人臉數據庫，獲取人臉數據用于對比；（4）警情處理。與轎廂實時通信，遠程指導轎廂受困人員，通過語音安撫受困人員，合理調配維保人員。當不法分子出現時，自動向警務系統發送不法分子出現的電梯位置信息和不法分子人臉信息，以快速實施抓捕。

4 結語

本文設計的安全監管系統能夠全面地對電梯的安全狀態進行監控，能及時發現電梯運行異常和電梯環境異常，并上報給監控中心，便于電梯的集中監控以及維保人員及時維護；同時，還能對電梯內是否出現不法分子進行監控，能及時發現不法分子的行蹤，一方面保證小區、辦公區等范圍的安全，另一方面，能幫助公安機關獲取到在逃不法分子的行蹤。通過本文的監管系統的布置，可使電梯成為一個安全的乘坐空間。