智能电梯控制及安全监测系统

史洪玮，浦 瀚

（1.宿迁学院 信息工程学院，宿迁 223800；2.南京工业大学 电气工程与控制科学学院，南京 211800）

如今，电梯已经成为人们日常出行的重要工具之一，但是怎样让电梯更加便捷、智能，一直困扰人们[1-3]。因此，本文提出了“智能电梯”的理念，系统包括自动感应技术、远程遥控技术、语音控制技术和建立远程监测系统，其中，自动感应技术应用到电梯门，远程遥控技术应用到电梯中短距离的控制，语音控制技术应用到电梯轿厢内的“人机对话”，远程监测系统应用到远程监控电梯的运行情况。

1 设计目标与方案

1.1 设计目标

自动感应电梯门采用红外线感应技术，用户只需在电梯门前的自动感应区稍作停留，电梯门即可自动打开，无需手动操纵。

语音控制用户进入电梯后，电梯门关闭会自动触发电梯内语音控制系统，语音引导用户选择楼层，根据用户语音应答做出判断并执行相应指令，初次使用者也毫无困难。

远程遥控技术在普通电梯基础上，增设了电梯呼叫功能及电梯到达反馈功能。用户出门乘坐电梯之前，通过常用移动终端可以远程呼叫电梯，且电梯到达指定楼层后，终端会收到反馈（震动或者铃声），实时提醒用户，避免了漫长等待。

电梯安全运行监管系统按照国家对特种设备安全监察条例的要求，开发完整的“城市电梯安全运行监管系统”系统软件和专用的数据采集器。本系统软件在政务内外网和互联网上构建多个应用子系统，为行业主管部门、电梯业主、物管单位、电梯制造单位、电梯维保单位和社会公众等提供有关电梯运行和管理的各类信息服务[4-5]。

1.2 设计方案

在电梯原有控制系统基础上增设一套红外感应系统、一套语音控制系统、一套远程遥控系统和一套远程监测系统即可实现上述4个目标，智能电梯控制系统组成如图1所示。

图1 智能电梯控制系统组成Fig.1 Block diagram of intelligent elevator control system

1.2.1 红外感应系统

红外感应系统通过继电器可编程模块与电梯原有的电梯门机系统实现无缝对接，语音控制系统通过语音控制模块与电梯原有的楼层选择系统实现无缝对接，遥控系统通过继电器与电梯原有升降系统实现无缝对接，如图2所示。

图2 红外感应区示意Fig.2 Schematic diagram of infrared sensing region

红外感应器安装于电梯上门套正中间位置，一般红外感应器的感应角度范围为140°，一般建筑通道的宽度不会超过2 m。根据图中数字可算出x=2 m×tan70°=2.4 m，由此可知红外感应区的最大长度为4.8 m。一般正常人行走速度为4.3 km/h=4300÷3600 m/s=1.19 m/s，按这个速度来计算，一个人正常行走通过感应区的时间不会超过4.8 m÷1.19 m/s=4 s。红外感应系统工作流程如图3所示。

图3 红外感应系统工作流程Fig.3 Workflow of infrared induction

1.2.2 语音控制系统

当电梯门关上的一瞬间，即可触发电梯楼层声音控制系统开始工作，直至接收到2个有效信号或者电梯门合上后超过20 s（以先到者为主），电梯楼层声音控制系统停止工作。语音控制系统的工作流程如图4所示。

图4 语音控制系统工作流程Fig.4 Workflow of speech control system

电梯语音控制系统功能的实现主要采用已有的语音识别系统并加以改正。系统的主要工作分2个阶段。语音训练阶段：这一阶段的任务主要是构建语音库，采集50人左右的声音样本（读出指定的词汇：一楼、二楼、三楼……）将其烧录到烧录卡上；语音识别阶段：这一阶段的任务主要是采集语音信号，提取主要特征将其与语音库中的语音比对，最匹配的就是识别结果。

电梯语音控制系统主要原理如图5所示。信号采集：主要采集电梯里超过一定分贝的各种声音；提取主要特征：将所有采集到的声音信号加以筛选，筛选出含有一楼、二楼、三楼等的语音；与语音库配比（识别）：将筛选出的语音与语音库中贮存的语音配比，找出最匹配的一个语音即为识别结果；决策：根据识别结果，给电梯控制控制系统下达指令，从而控制电梯去往相应的楼层，同时通过喇叭播放语音提示。

图5 电梯语音控制系统原理Fig.5 Principle of elevator speech control system

1.2.3 远程遥控技术

电梯远程遥控系统工作流程如图6所示。用户出门乘坐电梯之前，通过常用的移动终端可以呼叫电梯，电梯遥控接收器接收到遥控器的发送信号后会自动触发电梯升降系统，且电梯到达后，轿厢检测传感器会将到达信号反馈给移动终端以实现提醒用户的目的。为了防止电梯升降过程中，将到达信号反馈到其余楼层，增设了电梯遥控模块对轿厢检测传感器的激活功能。只有一定时间内（不同楼层可设定不同时间）刚呼叫过的遥控器对应的轿厢检测传感器才会被激活，其他没有呼叫的楼层号对应的轿厢检测传感器处于休眠状态。

图6 电梯遥控系统工作流程Fig.6 Workflow of elevator remote control system

1.2.4 远程监测系统

在电梯正常运行的过程中，现场或者可随时实时了解电梯轿厢情况。当电梯发生故障时，安装在电梯控制柜里的数据采集器产生联动，发出报警信号，同时上报给服务器，现场工作人员及远程控制室就可以及时知道哪部电梯发生了故障，什么时候发生了故障，以便及时采取措施。

2 方案实现

2.1 电梯控制系统电路

2.1.1 电梯门开闭系统

电梯门开闭系统的电路如图7所示，其功能主要通过51单片机编程实现。

图7 电梯门开闭系统Fig.7 Elevator door open and closed system

2.1.2 语音控制系统

语音控制系统的电路如图8所示。当电梯门闭合（即图中一楼或二楼电梯门闭合开关闭合），即可触发语音模块工作。

2.1.3 电梯远程遥控系统

遥控系统的电路如图9所示。使用常用的移动终端，接收器的KD端子即可导通，此时电机运转，带动电梯轿厢上行。当轿厢上行接近二楼时，接近开关闭合，反馈发射回路通电，反馈发射器给遥控器一信号，使得如图10所示反馈系统通电，蜂鸣器开始蜂鸣，LED灯闪烁，达到提醒的目的；当轿厢接着上行到达二楼时，二楼限位开关断开，反馈发射回路断电，图10所示反馈系统断电，蜂鸣器停止鸣叫，LED灯熄灭。

图8 语音控制系统Fig.8 Speech control system

图9 遥控系统Fig.9 Remote control system

图10 反馈系统Fig.10 Feedback system

2.1.4 辅助手动控制系统

为了方便手动控制模型中电梯的升降，设计了手动控制电梯升降系统，并在回路中串接了一楼限位开关和二楼限位开关，电路如图11所示。

2.1.5 远程监测系统

电梯安全运行远程监管系统数据采集器是采用传感器以及采用与电梯控制器通讯采集电梯运行数据，通过ARM处理器进行非常态数据分析，经由GPRS网络和以太网传输，实现电梯故障报警、困人救援、日常管理、质量评估、隐患防范等功能的综合性电梯管理平台，是一种基于物联网技术的安监系统，如图12所示。

图11 手动控制电梯升降电路Fig.11 Manually control elevator elevator circuit

图12 远程监测系统Fig.12 Block diagram of remote monitoring system

3 结语

本系统采用了电梯门红外感应系统和楼层选择语音控制系统，可真正实现电梯的全自动化控制。电梯红外感应系统可区分用户是否要乘用电梯，避免了电梯门的无效开启，实现节能的目的；语音控制系统的触发方式和其他电梯语音控制系统不同，可实现电梯门关闭即可自动触发该语音控制系统，即使初次乘坐该电梯，用户也可以无忧使用，通用性更强；通过远程遥控，为用户节省了宝贵的等待时间，用户可在家无忧等待，方便用户出行；利用远程监测系统，增加了电梯的安全性和可靠性，使用户在乘坐电梯时，安全得到保障。

参考文献：

[1]朱德文.电梯交通系统的智能控制与应用[M].长春：吉林大学出版社，2002.

[2]梅各各，靳斌，付晖，等.具有自监视技术的广域测控网络研究与实现[J].西华大学学报：自然科学版，2011，30（5）：85-87.

[3]李毅.基于无线通信网络的远程电梯监控系统[C]//经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会，2010.

[4]宁晓青.大学校园数字化视频监控系统设计与实现[J].计算机与网络，2013，39（9）：59-61.

[5]魏孔平，朱蓉.电梯技术[M].北京：化学工业出版社，2006.