摘要：随着城市的发展以及规模越来越大，人民的居住质量需求提高，住宅小区的电梯使用量急剧增加。电梯的使用给人民的出入带来便利的同时，由于电梯故障导致的问题越来越多，经济损失也越来越大。因此，对于电梯的智能检测、监控成为政府、厂家、居民等各方关注的话题。本文对Zigbee和物联网的智能电梯监控系统设计进行探讨。
关键词：Zigbee；物联网；智能；监测
1 系统整体设计
Zigbee网络是一种功耗低、成本低、网络容量大、传输距离短、时延短和适合少量数据传输的无线网络技术。另外，Zigbee网络具有自组适应网的优势，可以形成星形、树形和网状网三种类型的网络。本文采用DIGI公司串口模块Xbee
2C，在1200m内采用星型网络，若超过1200m则采用树状或网状结构。该系统由电梯控制模块、网关控制模块、物联网平台三部分组成。采用Zigbee星型网络和物联网平台的智能电梯系统总体结构如图1所示。分散部署的电梯通过Zigbee网络中的终端与协调器通讯，网关接口通过协调器接收分散在不同地点的电梯上传的承载重量、温度等运行状况数据，并通过GPRS模块或WiFi模块将数据上传到云端，供乘客和监控中心查看电梯情况。另外，网关接口在检测到电梯运行状况异常时，将通过短信的方式发送给监控中心和维修人员，以便及时救援与维修。管理人员可通过上位机监控软件查看电梯的运行状况，对电梯进行紧急控制，乘客可以通过移动终端在特定时间预约电梯。云平台选用Onenet实现，负责存储乘客预约电梯的时间，在指定的时间通过WiFi或GPRS模块向协调器发送指令，协调器下发预约指令到电梯控制器，调度指定的终端电梯到达指定的位置，从而实现预约功能。各个楼层安装的烟雾报警器通过WiFi模块或GPRS模块将报警信息上传云平台，在检测到该楼层发生火情时，云平台可短信告知管理人员，管理人员启动疏散命令，将乘客送到安全楼层。
图1 系统整体结构图
2 硬件设计
智能电梯系统硬件设计包括两部分：电梯控制系统设计和网关控制系统的设计。考虑到FPGA的高可靠性，智能电梯控制系统采用FPGA作为控制器，其原理框图如图2所示。具体包括：FPGA可编程门阵列、电机驱动模块，楼层及上下选择按键模块，Zigbee通讯模块，运行状态数据监测模块，楼层显示模块，电源模块，故障报警模块等。其中ZigBee模块通过串口与FPGA连接，其余通过数字I/O接口与FPGA连接。XBee2C模块设置为终端或者路由器。网关接口硬件包括Arduino单片机、Zigbee通讯模块、WiFi模块和GPRS模块等。Arduino选择四串口的Mega2560型号，Zigbee通讯模块选用DIGI公司的Xbee2C模块，并设置为协调器。WiFi选用ESP-01S串口模块，GPRS模块可选择4G模块，负责短信报警，其中Xbee模块、WiFi、GPRS模块均通过串口与Arduino通讯。
图2 电梯硬件系统原理框图
3 系统软件设计
基于Zigbee和物联网平台的智能电梯系统软件设计包括四部分：电梯控制软件、上位机监控软件、网关接口软件、电梯监测APP软件。
3.1 电梯控制软件
电梯控制软件采用硬件描述语言实现，对电梯运行实时数据的检测，电梯的运行控制，以及检测数据的上传和控制命令的下发处理等功能。检测数据包括楼层、载重、电梯门开关状态、烟雾状态、温度等。当某楼层检测到火警时，运行中的电梯会变为火警疏散模式，电梯会禁止响应电梯的叫梯，电梯会自动返回首层并停止运行。当某处传感器检测的信号到达设定的临界值，系统会根据检测结果停止电梯运行，避免运行过程中出现故障。
3.2 上位机监控软件
上位机监控软件是便于监控中心管理人员对电梯实施管控，通过此软件，管理人员可以对电梯的运行状态进行监控和控制。
3.3 网关接口软件
网关接口软件负责电梯运行数据、检测数据的上传和命令的下发。ZigBee无线传输采用ZigBee_API协议，各个电梯节点、监测传感器和协调器之间保持通信，各个节点每隔固定时间向协调器发送帧数据，协调器也可以向节点发出巡回查询命令，收到命令的节点上传数据帧。同时协调器还负责接收客户端的请求数据，并下发到电梯。
3.4 电梯监测APP软件
电梯监测APP软件主要是安装在手机上的电梯运行状态的显示软件，客户可以通过手机APP软件，对所要使用的电梯进行状态查询以便正确的选择和使用电梯，对运行中出现的故障原因及时查看。如果你所使用的电梯在叫梯后仍然长久的停在某一楼层，超过设定时间，这时检测系统会自动报警，同时检测系统会启动，顾客可以通过手机查看停层的原因，以便做出是否要继续等待的决定；同时维保人员会收到报警，同时根据检测信息做出是否要到现场维护。软件的主界面显示当前电梯的综合信息，主要包括电梯的可用性、电梯当前所处楼层、当前乘梯的人数、电梯维保的状态、电梯重要位置检测的数据等。用户可根据当前电梯的状态来自行决定是否进行相关的服务请求，请求失败会有反馈。维保人员可以根据检测到数据来判断是否要对电梯进行维保，大大提高了维保人员的维保效率，确保了维保质量。让维保人员更有针对性的去维保。顾客也可以通过软件查看维保过程以及错误使用的实例和正确使用的方法。
结束语
综上所述，随着现代科技的发展，智能化产品趋势加强，人们对美好物质生活的向往更需要全方位的保障，及时关注所使用的电梯设备，提高电梯的使用率和推广使用电梯正确方法，是电梯住宅出行的第一步。通过物联网平台和Zigbee技术更高的去实现设备运行的实时监控，更好的、更高质量的为社会服务。
参考文献：
[1]蔡宜均，李兰英，薛博，等.基于Zigbee和物联网的智能电梯系统设计[J].科技创新与应用，2019（10）：43-44.
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[3]施晓亮，戎蒙恬.基于ZigBee技术的电梯层站召唤解决方案[J].信息技术，2007（8）：58-60+153.
论文作者:傅军平,李科
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/20
标签：电梯论文; 模块论文; 软件论文; 楼层论文; 网关论文; 数据论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第24期论文;