基于ARM的电梯超载控制系统设计

胡静波, 王欢, 孙晓娟

(宝鸡文理学院 a. 电子电气工程学院; b. 计算机学院,陕西 宝鸡 721016)

基于ARM的电梯超载控制系统设计

胡静波a, 王欢b, 孙晓娟a

(宝鸡文理学院 a. 电子电气工程学院; b. 计算机学院,陕西 宝鸡 721016)

为实现电梯轿厢的安全运行，避免电梯超载判定单一依靠重力传感器所引发的安全事故，研究设计了基于ARM处理器实现的轿厢人数检测结合重力传感器的双重判定控制系统。系统以ARM Cortex A8处理器为主控制器，视频采集电路模块、语音报警电路模块、Linux2.6.32内核及智能识别算法等软硬件构成，实现对电梯轿厢人数检测、双重判定、语音报警和电梯运行等控制。系统通过仿真调试，运行可靠、控制准确，具有一定的推广价值。

电梯轿厢；ARM处理器；嵌入式；计数算法；重力传感器

0 引 言

电梯超载报警是电梯日常维护中的一项重要内容[1]。目前电梯的超载保护装置均为重力传感器,对电梯轿厢内的超载状态进行监控报警以保障乘梯安全[2]。然而,由于电梯长时间运行、高频度操作、外界环境因素、设备老化或维护人员误操作等原因,可能会造成超载保护装置失灵或精度偏移等问题,一旦因此引发事故,将产生难以挽回的损失。因此目前仅仅依靠重力控制电梯的安全措施和装置是不够完备的，需要加以改进。

1 控制系统总体结构及工作原理

1.1 控制系统总体结构

本系统采用三星公司的ARM Cortex A8处理器作为主控制器，它由硬件和软件两部分构成，视频图像采集电路、电源及接口电路、处理器外围内存与存储电路等构成了系统的硬件部分，而操作系统Linux2.6.32内核和应用软件智能检测算法则等成系统的软件部分，总体实现对电梯是否超载判定及其运行控制。

如图1所示，自上而下基本构架由应用软件层、操作系统层和硬件层三部分构成，而应用软件层和操作系统层构成整个系统的软件部分。

图1 系统结构原理框图

1.2 硬件系统

如图2所示，系统硬件系以ARM Cortex A8处理器作为硬件核心，连接图像采集电路模块及必要的外围设备，如存储设备、语音提示电路模块、电源和串并接口等模块。

处理器ARM Cortex A8处理器主要实现对整个系统运行的管理和控制，是基于ARMv7架构，支持高性能低耗电技术，处理速度从600 MHz提高到1 GHz以上，128位SIMD引擎支持高性能媒体处理，复杂的流水线架构基于双对称的，顺序发射的，13级流水线，带有先进的动态分支预测，可实现2.0 DMIPS/MHz ，支持智能能源管理技术的ARM Artisan库以及先进的泄漏控制技术使得Cortex-A8处理器实现了非凡的速度和功耗效率，完整的MMU使Cortex A8可以在各种应用程序中运行富操作系统[3-4]；图像采集电路模块实现图像采集、编解码和帧图的预处理；语音报警模块实现轿厢超载语音提示电源及接口模块为整个系统提供电能和实现相应串、并和USB等接口功能；存储模块主要保证高效稳定的运行和存储环境。

图2 硬件系统结构图

1.3 软件系统

软件部分操作系统层移植满足应用并经裁剪的Linux2.6.32内核，实现整个系统软硬件的管理、协调、调度与控制，而应用软件层则是烧写的图像采集和智能处理等算法镜像文件。图3所示为操作系统层Linux内核软件开发流程，主要在交叉编译系统下完成，实现Linux内核的裁剪与移植[5-6]。图4所示为图像采集与处理流程，展现视频帧图的采集与处理的具体流程，实现轿厢人数智能识别的过程。

图3 Linux内核软件开发流程 图4 图像采集与处理流程

1.4 工作原理

ARM Cortex A8处理器主要实现对整个系统运行的管理和控制。系统在电梯门开启后，通过电梯轿厢内的图像采集设备采集视频图像，视频数据经视频电路模块预处理后传给ARM系统平台，ARM系统平台调用内置智能识别计数算法，如果检测超过预警人数，语音模块发出报警，同时发出指令暂停电梯启动，如果检测结果小于等于预警人数，则将电梯轿厢底部重力传感器发来的信号求异或若为1，发出指令暂停电梯启动，并且语音报警，若为0，则发出启动指令电梯正常运行。存储模块主要保证ARM处理器对视频数据处理的高效稳定运行和有效的存储环境；电源模块为整个系统提供电能。

2 调试与运行过程

调试过程需要在交叉编译环境下来实现，上位机主频配置为2.0 GHz，内存4 GHz，ARM平台采用Samsung Cortex-A8 S5PV210 芯片，运行最大频率1 GHz，处理器自带 3D 图形加速引擎(SGX540)， 2D 图形加速，最大支持8192*8192 分辨率。

本文通过上位机建立Bootload引导程序、文件系统、下载并裁剪Linux操作系统内核并在ARM存储器上建立应用程序分区，最后再交叉编译将Bootload、文件系统、裁剪后的Linux操作系统内核及应用程序镜像烧写到ARM存储分区中去。完成以上工作后，ARM系统平台上电运行，实现视频图像采集及智能计数，信号传递控制都能满足实际运行需求，设计合理符合控制要求。

3 结束语

设计描述基于ARM的电梯超载控制系统的总体构架及软、硬件系统的基本原理，给出了基于ARM处理器的电梯人数控制与重力传感器双重超载控制方案，实现了电梯安全运行双保险的功能。调试后，本设计可按要求实时有效实现预期控制，符合具体环境工作需求，可直接广泛应用于工企厂矿及民居电梯安全控制及运行。

[1] 李书杰，王永强. 基于机器视觉的电梯节能关键技术[J]. 自动化与仪器仪表,2015,35(4): 227-229.

[2] 刘松国，韩树新，李伟忠,等．电梯运行状态监测与故障远程报警系统研究[J]．自动化与仪表, 2011,31(10):42-46．

[3] 贺丹丹，张帆，刘峰．嵌入式Linux系统开发教程[M]．北京：清华大学出版社，2010.

[4] 刘波文. ARM Cortex-M3 应用开发实例详解[M]. 北京:电子工业出版社,2011.

[5] 邵建松.基于嵌入式Linux的网络视频监控系统设计[D].石家庄：河北科技大学,2013.

[6] 马玉敏，张月蓉，乔非,等.网络化数据采集系统的研究和设计[J].计算机工程与应,2010,46(22)：53-55.

A Design of the Control System for Overloaded Elevator Based on ARM

Hu Jingboa, Wang Huanb, Sun Xiaojuana

(a. Institute of Electronics & Electric Engineering, b. Institute of Computer Science and Technology, Baoji University Arts & Science, Baoji Shaanxi 721016，China)

For safe operation of the elevator car and avoidance of safety accidents caused by elevator overloading with sole detection of the gravity sensor, a control system with dual sensors is developed and designed based on ARM that could perform both detections of the number of persons in the car and the gravity. This system adopts ARM Cortex A8 processor as the main control and is integrated with a series of hardware and software including video capture circuit module, voice alarm circuit module, Linux2.6.32 kernel and intelligent recognition algorithm etc. to achieve the detection of the number of persons in the elevator car, double determination, voice alarm and elevator control. Through simulation debugging it proves that the system is reliable in operation and accurate in control with certain promotional value.

elevator car；ARM processor；embedding；counting algorithm；gravity sensor

陕西省教育厅专项科研计划项目(15JK1040)；宝鸡市科学技术研究与发展计划项目(15RKX-1-5-6)；宝鸡文理学院重点项目(ZK16013)

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.05.032

TP271

A

1000-3886(2016)05-0103-02

胡静波(1979-)，男，河南郑州人，硕士，讲师，研究方向为机器视觉及嵌入式系统。

定稿日期: 2016-04-01