基于網(wǎng)絡技術(shù)的多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計方案

標簽：遠程監(jiān)控 zigbee 技術(shù)

伴隨著城市經(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(jiān)控的作用就顯得極為重要。但是國內(nèi)在用的大多數(shù)電梯由于不能及早的預測電梯的運行故障而常常出現(xiàn)電梯困人、蹲底、沖頂、溜梯等突發(fā)情況。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，罪魁禍首是電梯內(nèi)各種待測信號繁多，不便于布線且目前常用的2.5G 傳輸網(wǎng)絡不能滿足大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟮仍?。因此，研究并開發(fā)基于zigbee 技術(shù)+3G 傳輸網(wǎng)絡的多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)具有很大的工程實際意義。

目前，zigbee 技術(shù)和3G 技術(shù)各自都廣泛已經(jīng)應用于很多領域，但結(jié)合利用在電梯遠程監(jiān)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(jié)合的方式來進行無線抄表系統(tǒng)的研究;文獻[2]介紹了基于Zigbee 的無線監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)也是基于2.5G通信技術(shù)，但并沒有具體用3G 網(wǎng)絡如何去實現(xiàn)該系統(tǒng)。

文獻[3]是ZigBee 無線傳感技術(shù)在森林火災監(jiān)測中的應用，上述大多數(shù)研究都采用zigbee 技術(shù)和2.5G 網(wǎng)絡傳輸?shù)慕Y(jié)合在各個行業(yè)的應用，而本文之所以采用zigbee 技術(shù)和3G 網(wǎng)絡進行多電梯的遠程監(jiān)控，是因為zigbee 技術(shù)可以免去復雜的布線，節(jié)約成本[4,5],而3G網(wǎng)絡的傳輸速度快，以便多臺電梯出現(xiàn)問題時能夠及時將信息快速的傳輸給監(jiān)控中心，進而故障能及時得到解決。

然而，對于zigbee 技術(shù)和internet 寬帶結(jié)合應用的也比較廣泛，但有一定的缺陷，其網(wǎng)絡必須要有網(wǎng)絡上網(wǎng)接口，且不能移動終端，對于本系統(tǒng)而言，為了能自由地從遠端控制系統(tǒng)來查看系統(tǒng)的各項運行指標，采用了3G 網(wǎng)絡作為運輸載體，只要有3G 網(wǎng)絡覆蓋到的地方，就可以實現(xiàn)隨時隨地查看電梯終端的運行結(jié)果。

針對多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實際應用需求，在ARM9 的32 位嵌入式系統(tǒng)的基礎上，并有效結(jié)合zigbee 技術(shù)和3G 網(wǎng)絡技術(shù)，主要在網(wǎng)絡通信與數(shù)據(jù)傳輸控制協(xié)議實現(xiàn)及監(jiān)控主機應用程序及接口等技術(shù)問題上做了深入研究，該方案并提出了遠程客戶端采用B/S 瀏覽模式，這樣克服了現(xiàn)有電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)的不足，具有現(xiàn)場數(shù)據(jù)無線采集、無線網(wǎng)絡傳輸和隨時遠程監(jiān)控的新的多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)，具有極大的經(jīng)濟效益，是今后電梯遠程監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的方向。

1 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案設計

3G 網(wǎng)絡環(huán)境下的遠程監(jiān)控系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡傳輸和遠程監(jiān)控共3 個部分?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1 所示：

圖1 多電梯遠程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

當數(shù)據(jù)采集終端將采集到的電梯運行數(shù)據(jù)(包括溫度、速度、加速度)先進行預處理，預處理包括A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)壓縮，數(shù)據(jù)鎖存等技術(shù)，隨后zigBee 收發(fā)模塊將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)打包并傳給zigBee 網(wǎng)絡控制中心，再由中心節(jié)點通過EM560 3G 傳輸模塊將數(shù)據(jù)包發(fā)出;數(shù)據(jù)包通過中國移動3G 網(wǎng)關(guān)最終發(fā)送至監(jiān)控中心，當控制中心收到報警信息后立即通過3G 網(wǎng)絡將故障相關(guān)信息發(fā)送給維護中心，同時該監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送警示信號使故障電梯進入保護模式，直到警示信號完全解除。

遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的每個采集節(jié)點都以TI 公司生產(chǎn)的CC2430 作為核心芯片，由于各個節(jié)點的功耗低，且使用壽命長(一般兩年內(nèi)無需維護)，同時省去復雜的布線，所以實現(xiàn)起來很方便。但是考慮到，各個傳感器節(jié)點采集信息后匯聚到中心節(jié)點的信息量之大，傳輸至遠程監(jiān)控中心的過程中，難免有網(wǎng)絡延時，堵塞等情況發(fā)生，所以該系統(tǒng)采用了高帶寬，高速率的3G 網(wǎng)絡作為傳輸網(wǎng)絡。

2 系統(tǒng)主芯片選擇

該監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器主要由基于S3C2440A 的ARM9 控制器和基于CC2430 的無線收發(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ARM920T 內(nèi)核的RISC 嵌入式微處理器S3c2440,因為電梯采集數(shù)據(jù)的信息量大，且無線傳感器網(wǎng)絡控制中心需負責ZigBee 網(wǎng)絡和3G 網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸，同時還要負責ZigBee 網(wǎng)絡的組建、節(jié)點的加入和刪除等網(wǎng)絡維護工作，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，且性價比高、功耗低。該芯片集成了LCD 控制器提供1 通道LCD 專業(yè)DMA,SDRAM 控制器，攝像頭接口，3 個UART 的通道(帶有16 字節(jié)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(shù)據(jù)采集終端將傳感器采集到的電梯運行數(shù)據(jù)，進行預處理(編碼、A/D 轉(zhuǎn)換等技術(shù))后存入采集終端中，由EM560 模塊通過中國移動3G 網(wǎng)絡發(fā)送到遠程監(jiān)控中心。

系統(tǒng)測試過程中所采用的三星公司的ARM9 開發(fā)板集成了很多外圍設備，根據(jù)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，用來進行傳感器信號的數(shù)據(jù)的采集。該開發(fā)板的性能比較穩(wěn)定，排除了相關(guān)的不穩(wěn)定因素。而本次運用的軟件系統(tǒng)是嵌入式Linux 系統(tǒng)。它具有內(nèi)核小、安全性高、源代碼免費、微內(nèi)核支持網(wǎng)絡等優(yōu)點，并且可應用于多種平臺，尤其是在ARM 平臺上的應用已經(jīng)相當成熟且能提供強大的管理功能，因此完全可以滿足數(shù)據(jù)采集的需求。

2.2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)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8位8051MCU, 8KB 的RAM,還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、幾個定時器、看門狗定時器、32 kHz 晶振的休眠模式定時器、上電復位電路、以及21 個可編程I/O 引腳，并且已固化了全球先進的ZigBee 協(xié)議棧、工具包和參考設計，目前已廣泛運用在汽車電子，通信等各個領域[10].

以某小區(qū)的電梯群為研究對象，在每個電梯終端上都裝一個ZigBee 模塊和相應傳感器來當作一個終端節(jié)點，用它來實時監(jiān)控各個電梯的狀態(tài)，并把采集到的電梯運行數(shù)據(jù)信號以無線方式發(fā)給ZigBee 控制中心，因此ZigBee 控制中心和各個電梯終端就組成了一個無線連接的星型結(jié)構(gòu)的多電梯監(jiān)控網(wǎng)絡。