基于A(yíng)RM11的電梯綜合檢測系統的研究

摘要：針對目前電梯檢測過(guò)程中工作量大、平衡系數難以測量、速度和加速度測量不精確以及測量時(shí)需攜帶大量的測量?jì)x器等問(wèn)題，提出了一種以嵌入式ARM11 S3C6410為核心、以Windows CE 6．0為操作系統并利用了霍爾傳感器和電流互感器等進(jìn)行信號采集的電梯綜合檢測裝置。闡述了系統總計設計，實(shí)現了速度信號和電流信號的信號采集和處理，利用最小二乘法對測得的電流數據進(jìn)行了擬合，基于MFC的方式實(shí)現了人機交互模塊并完成了其他主要功能模塊和驅動(dòng)的開(kāi)發(fā)。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統；平衡系數；ARM11：電梯檢測

0 引言
隨著(zhù)現代化城市的建設，電梯被廣泛運用于高層建筑中，電梯的安全性十分重要，作為電梯的重要參數，電梯的運行速度以及平衡系數影響著(zhù)電梯的運行安全。本文針對目前在電梯檢測過(guò)程中存在平衡系數難以精確測量、電梯安裝人員專(zhuān)業(yè)技術(shù)較低、現場(chǎng)測繪作用工作量過(guò)大及電梯運行速度、加速度測試復雜且不精確等問(wèn)題，提出了一款專(zhuān)門(mén)針對電梯平衡系數及速度、加速度的智能檢測系統。
本檢測系統采用了智能化設計，它基于32位的ARM處理器S3C6410，并采用了最新的Windows 6．0嵌入式操作系統，同時(shí)在外圍添加各種檢測裝置，通過(guò)最小二乘法等方法對數據進(jìn)行擬合處理，最終實(shí)現在一臺檢測儀器上同時(shí)完成對電梯速度、加速度以及平衡系數的檢測。

1 系統總體設計
此系統的總體設計如圖1所示，電源模塊負責整個(gè)系統的電源供應，下位機MCU通過(guò)霍爾傳感器和電流互感器來(lái)分別采集速度信號和電流信號，并將采集到的信號傳送給上位機S3C6410。上位機負責數據處理和存儲，可以通過(guò)LCD觸摸屏來(lái)進(jìn)行參數設置和檢測結果的讀取等。

2 系統硬件設計
系統硬件主要分為以ARM為核心的上位機部分和以MCU為核心的下位機部分。上位機中采用三星的S3C6410作為處理器，主要包括人機交互、存儲和無(wú)線(xiàn)通信模塊。下位機部分主要以PIC16F616為核心處理器，包括了速度信號采集和電流信號采集等模塊。
2．1 上位機部分硬件設計
2．1．1 系統顯示模塊
S3C6410是一款低功耗、高性?xún)r(jià)比、高性能的RISC處理器，內部已經(jīng)集成了LCD控制器，支持TFT彩屏，本系統中采用的是東芝3．5寸的640×480的TFT LCD。Windows CE系統對不同型號的LCD顯示屏提供了驅動(dòng)支持，能夠很好地支持各類(lèi)嵌入式圖形軟件，且對觸摸屏有著(zhù)良好的支持。
2．1．2 存儲模塊
本系統中的內存由256M的NAND Flash和2MBNOR Flash組成，用來(lái)完成對內核和文件系統以及Bootloader的存儲。同時(shí)，由于檢測的結果以及整個(gè)檢測過(guò)程都要記錄下來(lái)，選用了SanDisk的4G存儲卡作為外部存儲介質(zhì)。
2．1．3 無(wú)線(xiàn)通信模塊
本系統選擇了目前業(yè)內處于領(lǐng)先水平的APC200A-43無(wú)線(xiàn)傳輸模塊。通過(guò)其自帶的軟件RFMagic可以很容易地對其進(jìn)行設置，并完成所需要的功能。S3C6410和PIC16F616分別通過(guò)RS232串口與無(wú)線(xiàn)模塊進(jìn)行連接，進(jìn)而完成通信和數據傳輸。
2．1．4 電源模塊
本系統中共需要3種電壓模式，信號采集模塊的需要電壓為5V，APC200A-43無(wú)線(xiàn)傳輸模塊需要的電壓為3．3V，供給CPU的電源電壓則分別為3．3V和1．8V。

如圖2所示，電源的輸入端采用的是5V的直流電源供電，考慮到處理器中需要的電源包括3．3V和1．8V電壓，分別采用LM1085-3．3和AS1117-1．8V電源芯片進(jìn)行電壓的轉換。
2．2 下位機部分硬件設計
2．2．1 速度信號采集模塊
本系統采用的霍爾元件來(lái)測量速度信號，傳感器為A44E，它是一種開(kāi)關(guān)型元件，工作電壓范圍為4．5V-18V，能適應復雜的工作環(huán)境。
電梯運行主要是靠曳引機牽引的，因此，只要測得曳引機的轉速就能得到電梯的運行速度。測速的時(shí)候不能影響電梯的正常工作，否則測得的速度就會(huì )失去意義。在位于曳引輪轉動(dòng)的軸上面固定一個(gè)120齒的帶磁性的磁鋼齒輪，這樣齒輪就會(huì )和曳引輪一起轉動(dòng)，且具有相同的角速度。在正對齒輪的方向放置霍爾傳感器，如圖所示，這樣當齒輪轉動(dòng)時(shí)，霍爾傳感器會(huì )感受到一個(gè)個(gè)脈沖，每轉過(guò)一個(gè)齒，就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)脈沖，這樣根據脈沖數即可得到轉過(guò)的齒數，進(jìn)而求得齒輪轉速。

根據霍爾傳感器的工作原理，設計一個(gè)預處理電路，通過(guò)信號的拾取電路、差動(dòng)放大電路、濾波電路和TTL電平變換，將齒輪轉動(dòng)產(chǎn)生的信號處理為標準的方波信號并將其輸送給PIC16F616。
設t時(shí)間內記得的脈沖數是m，也就是說(shuō)在t時(shí)間內轉過(guò)的輪齒數是m，則齒輪轉動(dòng)的角速度為

設曳引輪的半徑為R，即可求出電梯的運行速度
V=ωR
由上位機設定脈沖數n的值，當轉過(guò)第一個(gè)n時(shí)，記下時(shí)間t1，繼續轉到第二個(gè)n時(shí)，記下時(shí)間t2，t2是從第一個(gè)n結束時(shí)開(kāi)始計時(shí)的，這樣求得這兩段的平均角速度ω1和ω2，進(jìn)而求得電梯曳引輪的角加速度

最后得到電梯的加速度為α·R。
2．2．2 電流信號采集模塊
平衡系數是曳引式驅動(dòng)電梯的重要性能指標，其實(shí)質(zhì)是設計對重的質(zhì)量大小，理想運行狀態(tài)是對重的質(zhì)量正好等于轎廂自重加上轎內負載的質(zhì)量。本系統中，電梯平衡系數是通過(guò)電流法進(jìn)行測量，因此要測量不同負載時(shí)的電流。
電梯是一個(gè)很復雜的整體系統，在其正常運行時(shí)不能將其主線(xiàn)路切斷來(lái)測量運行時(shí)的電流，這樣也不切實(shí)際，因此，此處利用的是電流互感的原理來(lái)測量電流。

圖為電流采集模塊的電流互感器部分，使用時(shí)只需要將夾子打開(kāi)，將待測量的線(xiàn)路夾在其中，即可引出電流信號，將引出的電流信號進(jìn)行濾波放大后，進(jìn)行AD轉換后傳送給下位機PIC16F616。