基于網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的多電梯遠程監控系統設計方案

標簽：遠程監控 zigbee 技術(shù)

伴隨著(zhù)城市經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，電梯作為一種垂直交通工具，它的應用日益廣泛。然而電梯的故障檢測和及其維護，特別是電梯遠程監控的作用就顯得極為重要。但是國內在用的大多數電梯由于不能及早的預測電梯的運行故障而常常出現電梯困人、蹲底、沖頂、溜梯等突發(fā)情況。經(jīng)研究發(fā)現，罪魁禍首是電梯內各種待測信號繁多，不便于布線(xiàn)且目前常用的2.5G 傳輸網(wǎng)絡(luò )不能滿(mǎn)足大量數據傳輸的需求等原因。因此，研究并開(kāi)發(fā)基于zigbee 技術(shù)+3G 傳輸網(wǎng)絡(luò )的多電梯遠程監控系統具有很大的工程實(shí)際意義。

目前，zigbee 技術(shù)和3G 技術(shù)各自都廣泛已經(jīng)應用于很多領(lǐng)域，但結合利用在電梯遠程監控上的研究卻很少;僅文獻[1]利用zigbee 技術(shù)和2.5G 技術(shù)結合的方式來(lái)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)抄表系統的研究;文獻[2]介紹了基于Zigbee 的無(wú)線(xiàn)監測系統設計與實(shí)現也是基于2.5G通信技術(shù)，但并沒(méi)有具體用3G 網(wǎng)絡(luò )如何去實(shí)現該系統。

文獻[3]是ZigBee 無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)在森林火災監測中的應用，上述大多數研究都采用zigbee 技術(shù)和2.5G 網(wǎng)絡(luò )傳輸的結合在各個(gè)行業(yè)的應用，而本文之所以采用zigbee 技術(shù)和3G 網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行多電梯的遠程監控，是因為zigbee 技術(shù)可以免去復雜的布線(xiàn)，節約成本[4,5],而3G網(wǎng)絡(luò )的傳輸速度快，以便多臺電梯出現問(wèn)題時(shí)能夠及時(shí)將信息快速的傳輸給監控中心，進(jìn)而故障能及時(shí)得到解決。

然而，對于zigbee 技術(shù)和internet 寬帶結合應用的也比較廣泛，但有一定的缺陷，其網(wǎng)絡(luò )必須要有網(wǎng)絡(luò )上網(wǎng)接口，且不能移動(dòng)終端，對于本系統而言，為了能自由地從遠端控制系統來(lái)查看系統的各項運行指標，采用了3G 網(wǎng)絡(luò )作為運輸載體，只要有3G 網(wǎng)絡(luò )覆蓋到的地方，就可以實(shí)現隨時(shí)隨地查看電梯終端的運行結果。

針對多電梯遠程監控系統的實(shí)際應用需求，在A(yíng)RM9 的32 位嵌入式系統的基礎上，并有效結合zigbee 技術(shù)和3G 網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，主要在網(wǎng)絡(luò )通信與數據傳輸控制協(xié)議實(shí)現及監控主機應用程序及接口等技術(shù)問(wèn)題上做了深入研究，該方案并提出了遠程客戶(hù)端采用B/S 瀏覽模式，這樣克服了現有電梯遠程監控系統的不足，具有現場(chǎng)數據無(wú)線(xiàn)采集、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸和隨時(shí)遠程監控的新的多電梯遠程監控系統，具有極大的經(jīng)濟效益，是今后電梯遠程監控技術(shù)發(fā)展的方向。

1 遠程監控系統的總體方案設計

3G 網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下的遠程監控系統分為數據采集、網(wǎng)絡(luò )傳輸和遠程監控共3 個(gè)部分?？傮w結構如圖1 所示：

圖1 多電梯遠程監控系統結構圖

當數據采集終端將采集到的電梯運行數據(包括溫度、速度、加速度)先進(jìn)行預處理，預處理包括A/D轉換，數據壓縮，數據鎖存等技術(shù)，隨后zigBee 收發(fā)模塊將經(jīng)過(guò)處理的數據打包并傳給zigBee 網(wǎng)絡(luò )控制中心，再由中心節點(diǎn)通過(guò)EM560 3G 傳輸模塊將數據包發(fā)出;數據包通過(guò)中國移動(dòng)3G 網(wǎng)關(guān)最終發(fā)送至監控中心，當控制中心收到報警信息后立即通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò )將故障相關(guān)信息發(fā)送給維護中心，同時(shí)該監控系統發(fā)送警示信號使故障電梯進(jìn)入保護模式，直到警示信號完全解除。

遠程監控系統中的每個(gè)采集節點(diǎn)都以TI 公司生產(chǎn)的CC2430 作為核心芯片，由于各個(gè)節點(diǎn)的功耗低，且使用壽命長(cháng)(一般兩年內無(wú)需維護)，同時(shí)省去復雜的布線(xiàn)，所以實(shí)現起來(lái)很方便。但是考慮到，各個(gè)傳感器節點(diǎn)采集信息后匯聚到中心節點(diǎn)的信息量之大，傳輸至遠程監控中心的過(guò)程中，難免有網(wǎng)絡(luò )延時(shí)，堵塞等情況發(fā)生，所以該系統采用了高帶寬，高速率的3G 網(wǎng)絡(luò )作為傳輸網(wǎng)絡(luò )。

2 系統主芯片選擇

該監控系統的主控制器主要由基于S3C2440A 的ARM9 控制器和基于CC2430 的無(wú)線(xiàn)收發(fā)傳輸模塊兩部分組成。

2.1 核心控制器

本方案采用了三星公司推出的基于A(yíng)RM920T 內核的RISC 嵌入式微處理器S3c2440,因為電梯采集數據的信息量大，且無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )控制中心需負責ZigBee 網(wǎng)絡(luò )和3G 網(wǎng)絡(luò )的數據傳輸，同時(shí)還要負責ZigBee 網(wǎng)絡(luò )的組建、節點(diǎn)的加入和刪除等網(wǎng)絡(luò )維護工作，所以需要較強的處理能力，而一般的CPU 又難以承擔重負荷運載， 而該款CPU 的工作頻率可達400MHz,具有很強大的運算能力，且性?xún)r(jià)比高、功耗低。該芯片集成了LCD 控制器提供1 通道LCD 專(zhuān)業(yè)DMA,SDRAM 控制器，攝像頭接口，3 個(gè)UART 的通道(帶有16 字節的TX/RX FIFO,支持IrDA1.0 功能)，USB 接口，觸摸屏接口。在嵌入式處理器的控制下，數據采集終端將傳感器采集到的電梯運行數據，進(jìn)行預處理(編碼、A/D 轉換等技術(shù))后存入采集終端中，由EM560 模塊通過(guò)中國移動(dòng)3G 網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到遠程監控中心。

系統測試過(guò)程中所采用的三星公司的ARM9 開(kāi)發(fā)板集成了很多外圍設備，根據其功能的可剪裁性，所以該采集終端設計只需將相關(guān)在用的I/O 口初始化，用來(lái)進(jìn)行傳感器信號的數據的采集。該開(kāi)發(fā)板的性能比較穩定，排除了相關(guān)的不穩定因素。而本次運用的軟件系統是嵌入式Linux 系統。它具有內核小、安全性高、源代碼免費、微內核支持網(wǎng)絡(luò )等優(yōu)點(diǎn)，并且可應用于多種平臺，尤其是在A(yíng)RM 平臺上的應用已經(jīng)相當成熟且能提供強大的管理功能，因此完全可以滿(mǎn)足數據采集的需求。

2.2 數據采集

數據采集終端部分的功能主要是由TI 公司生產(chǎn)的CC2430 作為核心芯片來(lái)完成的，該芯片CC2430采用的是全球通用頻段(2.4 GHz)通信[9],且擁有1 個(gè)8位8051MCU, 8KB 的RAM,還包含模擬數字轉換器、幾個(gè)定時(shí)器、看門(mén)狗定時(shí)器、32 kHz 晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復位電路、以及21 個(gè)可編程I/O 引腳，并且已固化了全球先進(jìn)的ZigBee 協(xié)議棧、工具包和參考設計，目前已廣泛運用在汽車(chē)電子，通信等各個(gè)領(lǐng)域[10].

以某小區的電梯群為研究對象，在每個(gè)電梯終端上都裝一個(gè)ZigBee 模塊和相應傳感器來(lái)當作一個(gè)終端節點(diǎn)，用它來(lái)實(shí)時(shí)監控各個(gè)電梯的狀態(tài)，并把采集到的電梯運行數據信號以無(wú)線(xiàn)方式發(fā)給ZigBee 控制中心，因此ZigBee 控制中心和各個(gè)電梯終端就組成了一個(gè)無(wú)線(xiàn)連接的星型結構的多電梯監控網(wǎng)絡(luò )。