基于物聯(lián)網(wǎng)的電梯運行安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

郭顯峰

（廣州市番禺區(qū)市橋建筑工程有限公司，廣州 511400）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展，電梯越來越普及化，但其使用量的增加帶來更多的安全事故。根據(jù)國家質(zhì)檢總局公布的數(shù)據(jù)顯示，截至2018年12月，我國電梯數(shù)量占特種設(shè)備總量的45.%以上，高達(dá)627.8萬臺，并且保持每年20%左右的增長幅度。然而，隨著電梯使用時間的推移，很多電梯老舊嚴(yán)重，部分存在了安全隱患[1]。2018年2月9日，國務(wù)院辦公廳針對當(dāng)前電梯安全運行，下發(fā)了一系列管理意見，強(qiáng)調(diào)對老舊電梯安全實施評估機(jī)制，科學(xué)維護(hù)保養(yǎng)，并通過“物聯(lián)網(wǎng)+維?！钡刃履Ｊ?，利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，建立電梯運行監(jiān)測體系和應(yīng)急救援公共服務(wù)平臺。所以要做好電梯運行數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)電梯在運行期間是否存在故障或者隱患[2]。過去在對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測工程中，在設(shè)計在線監(jiān)測系統(tǒng)時并未關(guān)注數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)收集操作，對于數(shù)據(jù)對精準(zhǔn)度得不到保障，系統(tǒng)運行的整體效果不高。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，有效提高電梯安全運行管理，不僅可以對電梯的運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，還可以捕獲異常情況，對電梯故障進(jìn)行預(yù)測、預(yù)報，為電梯檢修人員帶來了更大幫助[3]。為了檢驗方案的可行性，本文針對當(dāng)前電梯運行情況，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的電梯在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計。

1 硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件操作系統(tǒng)的整體性能會直接影響系統(tǒng)的整體運行效果，所以需提升其操作性能，并針對實際情況，合理劃分系統(tǒng)硬件的各個模塊，一般可以劃分為數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測數(shù)據(jù)通信等幾個模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 ISM多波段數(shù)據(jù)采集模塊

所選擇的數(shù)據(jù)采集模塊為無線數(shù)據(jù)采集模塊，對于數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系進(jìn)行調(diào)整，然后對數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行設(shè)置，如圖2所示。

圖2 無線數(shù)據(jù)采集模塊

在運行期間，該模塊的實際性能較強(qiáng)，具有較強(qiáng)的接收靈敏度，抗干擾性能優(yōu)良，且在系統(tǒng)中可以有效嵌入，能實現(xiàn)半雙工通信功能，在選擇時頻率較多，而且傳輸速率種類較多[4]，且能為系統(tǒng)提供ISSI信道偵測功能，確保系統(tǒng)在運行期間具備良好的操作環(huán)境，在對內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行管理期間，效果較為理想。

1.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)通信模塊

數(shù)據(jù)信號的管理在系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)通信模塊中稍有不同，管理操作是通過通信技能實現(xiàn)的，系統(tǒng)在操作期間能對其性能進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化與完善，具體監(jiān)測數(shù)據(jù)通信模塊如圖3所示。

圖3 無線監(jiān)測數(shù)據(jù)通信模塊

通信模塊的芯片為國產(chǎn)芯片，2 400~2 483 M的國際通用ISM頻帶中可以進(jìn)行有效運行，最高調(diào)制速率為2 MB∕s。Si24R1在實際應(yīng)用中性能優(yōu)良，丟失的數(shù)據(jù)包可以實現(xiàn)自動重傳，響應(yīng)信號也可以自動生成。仿真需應(yīng)用I∕O端口，微處理器在內(nèi)部FIFO的應(yīng)用，使用比較便捷，成本相對較低[5]。2 M的高速數(shù)據(jù)可以在該模塊的支持下得到有效傳輸，發(fā)射時間有效減少，功耗較低，對于系統(tǒng)操作時間能得到有效控制，這樣就能完成系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)通信模塊的設(shè)計[6]。

1.3 GPRS監(jiān)測模塊

GPRS監(jiān)測模塊主要是通過GPRS監(jiān)測器完成的，如圖4所示。監(jiān)測器的功能比較齊全與完善，比如GPRS無線通信功能、單相交流電測量等，各項參數(shù)的監(jiān)管主要包括導(dǎo)線溫度等，數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的作用得以有效發(fā)揮。

圖4 數(shù)據(jù)監(jiān)測

微控制器技術(shù)的有效應(yīng)用，能實現(xiàn)數(shù)字化，可以集合多種通信方式的優(yōu)勢[7]，確保在現(xiàn)場布線期間，解決布線難點，確保操作人員的操作質(zhì)量與效率，確保系統(tǒng)在操作期間的可靠性，系統(tǒng)數(shù)據(jù)排序是完成數(shù)據(jù)排序的主要方式，通過這樣的方法能確保系統(tǒng)在運行期間的監(jiān)測效果[8]。

2 軟件設(shè)計

在設(shè)計軟件系統(tǒng)時，重點是數(shù)據(jù)的監(jiān)測算法，做好該設(shè)計能保障系統(tǒng)設(shè)計的精準(zhǔn)性，系統(tǒng)軟件設(shè)計流程如圖5所示。電梯狀態(tài)需在空間運行，參數(shù)的挑選需按照下面的公式進(jìn)行：

圖5 系統(tǒng)軟件流程

式中：K為參數(shù)挑選數(shù)據(jù)；b為內(nèi)部系統(tǒng)操作數(shù)據(jù)；m為基礎(chǔ)信息函數(shù)；f為集中數(shù)據(jù)；n為操作數(shù)據(jù)數(shù)量。

通過這樣的方式可以初步篩選數(shù)據(jù)算法，然后在數(shù)據(jù)的集中匹配下完成操作。圖6所示為集中匹配圖像。

圖6 系統(tǒng)數(shù)據(jù)集中匹配

電梯數(shù)據(jù)的監(jiān)測算法匹配操作是在綜合數(shù)據(jù)處理下完成。匹配方程式為：

式中：p為匹配結(jié)果；a為待參照參數(shù)；K為集中處理數(shù)據(jù)；G為內(nèi)部調(diào)整數(shù)據(jù)。

首先測量電梯上升距離，然后調(diào)整上升數(shù)據(jù)，重組電梯數(shù)據(jù)[9]，數(shù)據(jù)重組步驟也要進(jìn)行合理劃分，然后對重組公式進(jìn)行設(shè)置：

式中：J為重組數(shù)據(jù)系統(tǒng)；S為相同的數(shù)據(jù)數(shù)量；P為數(shù)據(jù)權(quán)重參數(shù)；L為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)系數(shù)。

數(shù)據(jù)理論監(jiān)測操作的開展要建立在數(shù)據(jù)充足的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)保護(hù)裝置的合理應(yīng)用[10]，能幫助內(nèi)部監(jiān)測的有效開展，讓數(shù)據(jù)在流通期間更加暢通，數(shù)據(jù)操控公式如下：

式中：N為操控參數(shù)；T為標(biāo)準(zhǔn)化處理數(shù)據(jù)；Q為安全輔助數(shù)據(jù)。

有效控制相關(guān)因素，對數(shù)據(jù)進(jìn)行及時有效地監(jiān)測，整體進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測的相關(guān)操作，通過過濾相關(guān)數(shù)據(jù)，可以讓數(shù)據(jù)的純潔度得以提升，下面就對數(shù)據(jù)過濾公式進(jìn)行介紹：

式中：MP為過濾結(jié)果；NK為調(diào)整過濾參數(shù)；L為自然整合數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)軟件的整體設(shè)計需通過上述數(shù)據(jù)處理完成[11]。

3 驗證實驗

3.1 實驗?zāi)康?/h3>

電梯運行數(shù)據(jù)在線監(jiān)測系統(tǒng)是建立在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上的，為對監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計效果進(jìn)行監(jiān)測，需通過實驗進(jìn)行判斷分析。

3.2 實驗參數(shù)設(shè)計

實驗參數(shù)的合理設(shè)置十分關(guān)鍵，其中項目有數(shù)據(jù)系統(tǒng)、內(nèi)部數(shù)據(jù)分析、處理模塊數(shù)量等，數(shù)據(jù)為監(jiān)測系統(tǒng)、實時監(jiān)控分析等。

3.3 實驗結(jié)果與分析

通過實驗參數(shù)的對比分析，并與傳統(tǒng)電梯運行數(shù)據(jù)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的效果比較，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)實際效果更好，其監(jiān)測的準(zhǔn)確率對比如圖7~8所示。

圖7 數(shù)據(jù)收集合格率對比

（1）數(shù)據(jù)收集合格率對比

從對比圖7的分析下可得，本文所研究的在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集過程中，相對傳統(tǒng)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)據(jù)收集，具有較高的合格率。在數(shù)據(jù)收集環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)收集力度強(qiáng)，可將所有數(shù)據(jù)完整錄入系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)的完整性。再通過數(shù)據(jù)存儲空間的提升，有效地改變了它的存儲量，由此可以獲得更多的有效數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的合格率。

（2）監(jiān)測準(zhǔn)確率對比

通過圖8可以發(fā)現(xiàn)，在實驗時間為100 s時，在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的監(jiān)測準(zhǔn)確率為40%左右，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出傳統(tǒng)在線監(jiān)測系統(tǒng)。在實驗時間為200 s時，通過物聯(lián)網(wǎng)電梯運行數(shù)據(jù)，系統(tǒng)監(jiān)測準(zhǔn)確率可達(dá)50%左右，而傳統(tǒng)電梯運行數(shù)據(jù)在線監(jiān)測的準(zhǔn)確率僅為27%左右。

圖8 監(jiān)測準(zhǔn)確率對比

數(shù)據(jù)的內(nèi)部處理操作是本文研究的重點，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的位置固定，是通過數(shù)據(jù)通信裝置實現(xiàn)的，通過對數(shù)據(jù)流通方向的掌握，可以確保系統(tǒng)操作的便捷性[12]，讓系統(tǒng)操作時間更短，數(shù)據(jù)所處狀態(tài)可以在GPRS監(jiān)測操作下精準(zhǔn)反映，干擾信號可以得到有效處理，降低其影響，系統(tǒng)數(shù)據(jù)也可以獲得，且準(zhǔn)確率較高，確保系統(tǒng)操作性能的可靠性與合理性[13]。

系統(tǒng)設(shè)計的監(jiān)測準(zhǔn)確率與實驗時間呈正相關(guān)，且比傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計效果更加優(yōu)良。于軟件應(yīng)用程序的理論型設(shè)計在本文研究中更加注重，系統(tǒng)數(shù)據(jù)的解讀期間，通過相關(guān)算法原理的應(yīng)用進(jìn)行深度操作，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的自主分析。軟件程序坐標(biāo)方位的轉(zhuǎn)變，能確保數(shù)據(jù)基本監(jiān)測的可靠性。在與傳統(tǒng)在線監(jiān)測系統(tǒng)的對比分析下，發(fā)現(xiàn)本文所研究的在線監(jiān)測系統(tǒng)更加精準(zhǔn)與可靠。

4 結(jié)束語

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展背景下，在電梯領(lǐng)域安全監(jiān)管系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用是主要方向。本文所研究的系統(tǒng)具有較高的智能化與信息化水平，能夠為電梯的有效監(jiān)測提供可靠支持。硬件設(shè)計和軟件設(shè)計是本文在線監(jiān)測系統(tǒng)的兩個部分，模塊化處理是硬件設(shè)計的主要方式，無線數(shù)據(jù)采集器在系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊中的應(yīng)用，數(shù)據(jù)的錄入力度得到加強(qiáng)，初始數(shù)據(jù)的獲取完整度較高，且可以對獲取得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，然后通過監(jiān)測數(shù)據(jù)通信模塊，在對于數(shù)據(jù)流通狀況的分析能利用NRF24L01無線數(shù)據(jù)通信模塊進(jìn)行處理，尋找數(shù)據(jù)在流通中存在的信息傳輸問題，干擾信號的過濾可以通過系統(tǒng)操作實現(xiàn)，在系統(tǒng)GPRS監(jiān)測模塊中合理應(yīng)用GPRS無線監(jiān)測器，能對電梯運行數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，從而確保系統(tǒng)的整體操作能力，保證硬件設(shè)計的可靠性。軟件操作算法以及程序應(yīng)用方案在軟件設(shè)計過程中十分關(guān)鍵，對整體系統(tǒng)的設(shè)計要通過數(shù)據(jù)的研究與操作實現(xiàn)，為電梯安全監(jiān)管提供了新的技術(shù)支撐。