浙江省特种设备检验研究院 浙江杭州 310000
摘要：随着智能化建筑的发展，电梯系统作为智能建筑三大子系统中楼宇自动化的重要模块，它的智能化也日益被重视起来。作为一项被广泛应用，不可或缺的设备，电梯的智能化发展，将会对当今的高效、节能理念产生巨大推动作用。随着城市文明化和现代化建设的不断发展，人们也越来越追求智能化、人性化的乘梯环境。大型商场、医院、政府等高层建筑中都安装了智能控制语音播报的电梯装置。这样不但可以提醒乘客不要搭错电梯或下错楼层， 而且还能消除与外界隔离的电梯给乘客带来的恐惧感和寂寞感。语音报站器可以播报将要到达的楼层信息、欢迎词、音乐等，这是电梯人性化、智能化发展的一个重要体现。本文简单分析了轿厢语音智能呼梯系统并在人机互动方面做了一些研究。
关键词：轿厢系统；语音智能；人机互动；
1 轿厢控制器的结构与功能
电梯轿厢控制器主要完成与电梯主控制器的实时通信,轿厢内的楼层显示,语音播报和乘客在轿厢内的楼层选择等功能。电梯轿厢控制器采用内部集成总线控制器作为核心。外围由驱动模块,输入模块,显示模块,语音模块和轿厢扩展板模块组成。电梯轿厢控制器作为总线网络的一个节点, 驱动模块是驱动控制器和物理总线间的接口,提供对总线的差动发送和接收功能; 输入模块接收主令呼叫和轻载、超载、满载、司机等轿厢状态信号,这些信息按照通信协议的要求,经过DSP处理后装入邮箱再发送到 总线上;显示模块包括按键灯显示、点阵显示和超载灯显示3个部分,其中点阵显示还能实现楼层数和方向箭头的滚动效果,当电梯超载时会点亮超载灯,更加符合人们的习惯; 语音模块通过I /O 口输出语音芯片的地址, 用汉语语音播出,均与显示保持同步效果; 轿厢扩展板模块用于16层以上的主令呼叫输入和按键灯的显示。
2 硬件设计
2.1 DSP主控模块。DSP 具有数据处理速度快、工作特性稳定、集成化程度高的特性。根据设计要求, 片内FLASH用作程序存储器, 内部RAM用作数据存储器。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆地址总线A0～ A9作为语音芯片的地址线; 数据总线D8～ D15用作楼层按键和按键灯信号的传输, 通过锁存驱动器完成; 串行外设( SPI)接口模块用于点阵显示的数据输出; 驱动控制器和物理总线的接口, 提供对总线的差动发送和接收功能。
2.2 显示模块。电梯轿厢显示包括按键灯、楼层、方向箭头和超载灯的显示。当确认有按键按下后, DSP的数据总线将按键信息输出给锁存器,可编程逻辑器件控制8个锁存器的锁存使能端, 锁存端使能后输出按键信息,点亮对应的8层楼的按键灯,每个锁存器控制8层楼的按键灯。传统的电梯都是用七段码来显示方向箭头和楼层数,本系统采用5× 7的点阵来显示,并且可以让箭头和楼层数在电梯运行的时候进行滚动显示。DSP通过SPI接口发送4个8位串行信号,发送顺序依次为箭头方向,十位楼层,个位楼层和行选中。点阵采用扫描的方式,软件中每隔1ms输出一行,因此5行只需要5ms的时间,人眼不会感到闪烁; 列信号每隔50ms移一位,因此可以产生箭头和楼层数的滚动效果。当电梯出现超载时, DSP通过I/O 口输出高电平来点亮超载灯。
2.3 语音模块。语音播报功能使得电梯控制系统进一步人性化,使乘客在乘坐电梯时感觉到亲切,了解电梯运行情况更加直观。其语音功能有如下几个作用。一是当每次电梯从基站启动时,语音模块发出“欢迎乘坐正野电梯”的女声,既给人以亲切感,又使电梯公司起到宣传作用。二是每当电梯到站时,电梯就会发出“第X 层到了,请走好”三是当电梯乘客过多,系统给出提示音“电梯超载,请退出一位”当电梯出现故障的时候,为了不引起恐慌,电梯发出先前录制好的一段语音“电梯暂时出现一点故障,请不要紧张,可拨打报警电话…”本系统采用的是语音芯片。该芯片录放时间90 s,音质好,有480 k存储单元,通过外部10条地址线管理这些单元。ISD2590具备微控制器所需控制接口。通过操纵地址和控制线可完成不同的任务,实现复杂的信息处理。该芯片通过/CE信号启动录音和放音周期。在语音录入时,语音信号通过AN A IN端输入,并存入非易失模拟存储单元。由于录音过程不需要该控制器来完成,而是用高级语音编程拷贝机完成,因而不做详细介绍。在语音重放时, 短促的低电平信号(时间长度至少为TCE )启动周期。由瞬时/CE信号启动放音周期之后,当器件遇到已置为1的内部/EOM位。这时引脚输出长度等于TEOM 的信号,同时器件继续输出声音,在脉冲结束时, 声音输出也停止。语音播报功能是通过DSP的I /O口来寻找语音芯片的存储地址,然后DSP的I /O口从语音芯片的控制接口输入信号,从而来控制相应存储单元的语音播放功能。
2.4 轿厢扩展模块。为适应将来高层楼宇的发展以及避免轿厢控制主板的尺寸过大,轿厢控制主板设计了扩展功能,通过一个24针双排插针与扩展板进行连接。每个轿厢控制主板只能输入16层楼的按键和输出16层楼的按键灯,不适合高层楼宇,因此需扩展更高楼层的按键和按键灯。每个扩展板的一个24针双排插座连接轿厢控制主板或前一个扩展板,接收来自轿厢控制主板的控制信号,然后另一个24针双排插针连接下一块扩展板。每个扩展板可输入8层楼的按键和输出相应的8层楼的按键灯,且每个扩展板还可以用跳线的设置来控制第N 个8层楼的按键输入和按键灯的点亮。因为轿厢控制主板设置了16层楼的按键输入和按键灯的点亮,所以N 可以从3到8中任意选取一个数。这样使得每个扩展板并不是对应特定的每个8层楼,从而使扩展功能更加灵活。在传统的电梯控制系统中,轿厢和主控之间通信是采用点对点的通信方式,即I /O直接控制方式。当电梯楼层增加时,使得系统连线异常复杂。因此,本系统采用目前比较流行的工业现场总线CAN 总线完成轿厢与主控之间的通信,使得连线大大减少。为了保证CAN 总线的稳定性, CAN驱动模块由DC2405电源芯片单独供电,并采用了高速光电耦合器6N137进行隔离,避免与核心电源之间的干扰。
3 软件设计
3.1 主程序设计。软件要实现的任务是通过对采集进来的各种信号处理后进行相应的呼叫登记,状态登记,电梯显示,语音报站和CAN 总线通信。软件结构较为简单,主要包括主程序、外部中断程序及中断服务子程序3部分。其中,中断服务子程序处理定时器的中断、CAN 接收信息等任务。限于篇幅,这里不做赘述。
3.2 CAN通信软件设计。CAN 总线通信是基于CAN 通信协议进行的。DSP有6个邮箱BOX0～BOX5,分别为2个发送邮箱BOX4、BOX5, 2个接收邮箱BOX0、BOX1和2个可配置为发送或接收邮箱BOX2、BOX3。轿厢的2个发送邮箱每隔85 ms发送主令呼叫和轿厢状态信息(即轻载、超载、满载、司机等信息)。接收邮箱可以根据不同的邮箱标识符接收多个CAN 总线上的信息。协议规定, 该系统采用握手协议,当反馈的主令呼叫和轿厢发送的呼叫不一致长达1s 后,轿厢控制器就消去不一致的主令呼叫,其余的主令呼叫继续发送; 当反馈的呼叫和轿厢发送的呼叫一致时,轿厢便不发送主令呼叫,因此,可以减少CAN总线通信的负担,抗干扰性能更强。
如果控制语音芯片的是不带串行总线接口的单片机，则需要用模拟接口，系统结构简单,安装方便,是未来电梯控制系统发展的趋势,目前已经成功地投入批量生产和使用。经长时间运行,电梯能够安全、稳定地运行达到了预期设计要求。
参考文献：
[1]陈越，严一岩.ISD 全系列单片语音录放电路设计与应用汇编.2015.
[2]张峥，曾春年，全书海.基于CAN 总线的电梯轿厢控制器的研制.武汉理工大学学报.2015.8.
[3]伍万华，张国忠.一种基于单片机控制的电梯语音报站器.工业控制技术，2015.12.
论文作者:李,科,杨丽霞,俞,新
论文发表刊物:《防护工程》2017年第24期
论文发表时间:2018/1/16
标签：电梯论文; 语音论文; 按键论文; 总线论文; 模块论文; 楼层论文; 控制器论文; 《防护工程》2017年第24期论文;