楊　艦，謝廣智

1) 廣東技術(shù)師范學(xué)院電子與信息學(xué)院，廣東廣州 510665; 2) 廣州市數(shù)字內(nèi)容處理及其安全性應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510665; 3) 廣東日創(chuàng)電梯有限公司，廣東廣州 510410

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電梯召喚通信系統(tǒng)的無線化處理與設(shè)計(jì)

楊艦1,2，謝廣智3

1) 廣東技術(shù)師范學(xué)院電子與信息學(xué)院，廣東廣州 510665; 2) 廣州市數(shù)字內(nèi)容處理及其安全性應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510665; 3) 廣東日創(chuàng)電梯有限公司，廣東廣州 510410

電梯井道環(huán)境對(duì)線纜有很大的影響，使電梯的制造和安裝成本較高，且維護(hù)困難，為此提出一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無線電梯召喚通信系統(tǒng)．該系統(tǒng)以協(xié)調(diào)器為核心，通過無線單元完成與廳層終端節(jié)點(diǎn)的信息收發(fā)，通過RS485接口與電梯主控制器相連，取代原有線設(shè)備實(shí)現(xiàn)電梯系統(tǒng)召喚信息的采集、傳輸及處理功能．利用433 MHz頻段良好的繞射性能，以處理器ARM M0516為核心，結(jié)合Si4665射頻芯片，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)單臺(tái)電梯無線廳層召喚的原型系統(tǒng)，開發(fā)了協(xié)調(diào)器及廳層終端節(jié)點(diǎn)的軟硬件電路．電梯井道現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)不受轎廂位置、曳引機(jī)或變頻器啟停影響，在不同電梯運(yùn)行狀態(tài)下都可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的信號(hào)傳輸，且主芯片可自行定義協(xié)議參數(shù)，易融入原電梯整機(jī)系統(tǒng)．

無線通信技術(shù)；電梯召喚通信系統(tǒng)；射頻；協(xié)調(diào)器；電梯主控器；廳層終端節(jié)點(diǎn)

傳統(tǒng)電梯系統(tǒng)通過有線電纜連接廳層、轎廂與主控制器，完成系統(tǒng)間的信息傳輸和交互．一般情況下，主控制器置于井道頂端的機(jī)房，線纜由每層分別接入，在井道穿行后通過頂層抵達(dá)機(jī)房與之相連．受井道在建筑物的位置影響，井道經(jīng)常處于或潮濕或高溫或低溫的惡劣環(huán)境，因此在溫度、濕度和導(dǎo)電性等方面都對(duì)通信電纜有苛刻要求，樓層越高對(duì)電梯安全的要求也越高，這使線纜制造和安裝成本居高不下．電梯投入使用后，電纜是日常維護(hù)的檢驗(yàn)重點(diǎn)之一，維保人員不僅要點(diǎn)對(duì)點(diǎn)檢測(cè)線纜通斷狀況，還要檢查是否存在因磨損或腐蝕導(dǎo)致的線纜裸露，以確定是否需要更換線纜，對(duì)高層電梯而言這項(xiàng)檢查尤其麻煩，檢測(cè)難度較大．

若以無線取代有線作為電梯系統(tǒng)的信息傳輸方式，上述問題可迎刃而解，不僅能減少制造安裝成本，且能降低維護(hù)難度，減少維護(hù)成本，因而日漸受到關(guān)注[1-3]．2002年，株式會(huì)社日立制作所獲得了一項(xiàng)用于電梯召喚的小功率無線收發(fā)單元的美國(guó)發(fā)明專利[4]．該專利采取小功率器件建立逐層傳遞模型，為完成轎廂與主控制器間的遠(yuǎn)距離信息傳輸更改了傳統(tǒng)電梯的機(jī)電結(jié)構(gòu)，但因改造成本過大，至今無產(chǎn)品投入市場(chǎng)．為解決改造成本問題，Yang等[5-8]嘗試采用ZigBee技術(shù)開發(fā)電梯無線召喚通信系統(tǒng)，但ZigBee是2.4 GHz工作頻率的代表技術(shù)，此類設(shè)備的信號(hào)傳輸距離短，傳輸過程衰減大，信號(hào)繞射能力弱，易被物體遮擋，因此，在電梯系統(tǒng)中的應(yīng)用效果并不理想．

事實(shí)上，目前通用的電梯系統(tǒng)在各廳層、轎廂終端都可提供不間斷電源，足以支持無線模塊持續(xù)工作，因此，本研究建立以協(xié)調(diào)器為中心的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電梯無線召喚通信系統(tǒng)，采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以置于井道上與電梯主控制系統(tǒng)相連的協(xié)調(diào)器為核心，每個(gè)樓層設(shè)置的層站終端為節(jié)點(diǎn)，借助原電梯系統(tǒng)的電源供給，使每個(gè)層站終端都可與協(xié)調(diào)器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接聯(lián)系．本系統(tǒng)不采用小功率器件實(shí)現(xiàn)無線收發(fā)功能，也無須更改傳統(tǒng)的機(jī)電結(jié)構(gòu)，就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線傳送，在經(jīng)濟(jì)角度上完全符合工業(yè)化要求．

考慮到433 MHz信號(hào)強(qiáng)、繞射能力強(qiáng)及傳輸過程衰減較小等特點(diǎn)[9-15]，且能夠繞過在井道中穿行的轎廂而抵達(dá)目的地，因此本研究選擇工作頻率為433 MHz的射頻Si4463器件作為系統(tǒng)收發(fā)模塊的主芯片，結(jié)合嵌入式微控制單元(microcontroller unit，MCU)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)射頻技術(shù)的電梯無線召喚通信的原型系統(tǒng)．文獻(xiàn)[16]首次將433 MHz技術(shù)與電梯系統(tǒng)結(jié)合，用于電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，但也僅是將433 MHz通信模塊用作電梯系統(tǒng)的外設(shè)，通過無線數(shù)據(jù)交換器的轉(zhuǎn)接與后臺(tái)監(jiān)控模塊相連，并未真正涉及電梯系統(tǒng)內(nèi)部控制環(huán)節(jié)，這與本研究將433 MHz技術(shù)直接用于電梯控制系統(tǒng)存在本質(zhì)差異．通過在電梯井道中對(duì)所開發(fā)的原型系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的結(jié)果表明，該系統(tǒng)完成了原有線系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能，在復(fù)雜的井道電磁環(huán)境中信息的傳輸具有一定的穩(wěn)定性和可靠性，能夠與電梯整機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫連接，工業(yè)應(yīng)用前景好．

1　系統(tǒng)架構(gòu)

無線召喚通信系統(tǒng)需要與電梯主控制器(視為上位機(jī))交互信息，為適應(yīng)不同類型整機(jī)系統(tǒng)，需先采取模塊化的方式完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，再使系統(tǒng)與主控器之間通過標(biāo)準(zhǔn)接口完成信息的互換．

系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及協(xié)調(diào)器、廳層終端節(jié)點(diǎn)和轎廂終端節(jié)點(diǎn)，由于433 MHz頻段的射頻信號(hào)能夠繞射，因此本研究建立了如圖1的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電梯無線召喚通信系統(tǒng)拓?fù)洌渲?，協(xié)調(diào)器與電梯主控制器通過線纜相連，其他模塊采用433 MHz頻段無線通信．轎廂終端與廳層終端在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中處于同等位置，故將其視為特殊的廳層終端節(jié)點(diǎn)，不另作說明．

圖1　電梯無線通信系統(tǒng)的星形拓?fù)銯ig.1　Star topology of wireless communication system for elevator

協(xié)調(diào)器是星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞暮诵?，很容易成為影響系統(tǒng)性能的瓶頸，在設(shè)計(jì)中要特別考慮信息收發(fā)和數(shù)據(jù)處理的速率問題，盡量減少數(shù)據(jù)處理步驟，加速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程．

2　通信協(xié)議

2.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在設(shè)計(jì)電梯召喚無線通信時(shí)，廳層終端節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包采用固定的格式，數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如圖2，包括控制信息(優(yōu)先級(jí))、源地址、目標(biāo)地址、數(shù)據(jù)信息和校驗(yàn)信息．

由圖2可見，數(shù)據(jù)包的第1字段為控制信息，即信息的優(yōu)先級(jí)別，從高到低分別表示為“00”、“01”、“10”和“11”；第2字段和第3字段為地址信息，其中初始地址表示發(fā)出數(shù)據(jù)的源終端地址，可由此追溯信息來源，而目標(biāo)地址為數(shù)據(jù)傳送的終點(diǎn)；第4字段為數(shù)據(jù)類型信息，用來區(qū)別信息的類型，不同類型的信息在終端節(jié)點(diǎn)中的處理方法不同，在電梯召喚通信系統(tǒng)有6組不同類別的信息，分別以“000”，“001”、“010”、“011”、“100”和“101”表示；第5字段為數(shù)據(jù)信息，攜帶數(shù)據(jù)內(nèi)容，其中數(shù)據(jù)長(zhǎng)度因信息類型不同而異；第6字段為校驗(yàn)字段，是對(duì)該數(shù)據(jù)幀的前5個(gè)字段進(jìn)行校驗(yàn)．

數(shù)據(jù)包中的優(yōu)先級(jí)別、地址信息及數(shù)據(jù)類型的具體定義如表1．其中，優(yōu)先級(jí)為“00”的信息對(duì)應(yīng)電梯中“特殊召喚”請(qǐng)求，具有最高級(jí)別；同為乘客召喚請(qǐng)求，轎廂內(nèi)部乘客比廳層外等候乘客優(yōu)先級(jí)更高；召喚請(qǐng)求發(fā)送且電梯主控制器處理后回應(yīng)了“確認(rèn)”信息，才能點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的召喚按鈕燈，這意味著乘客按下召喚按鈕直到燈亮期間，層站/轎廂終端節(jié)點(diǎn)與電梯主控制器間已完成一個(gè)周期的信息收發(fā)，該過程所消耗時(shí)間應(yīng)該從乘客的心理承受度出發(fā)，是系統(tǒng)最重要的衡量指標(biāo)．

表1　信息優(yōu)先級(jí)及數(shù)據(jù)類型定義

2.2協(xié)議流程

在電梯召喚通信系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)器與廳層終端節(jié)點(diǎn)的通信遵循一定的邏輯，為與整機(jī)系統(tǒng)無縫連接，本研究根據(jù)廣東日創(chuàng)電梯公司常見梯種有線通信系統(tǒng)的既定做法，制定出對(duì)應(yīng)的無線通信協(xié)議流程，如圖3，流程包括4部分：① 初始化部分，主要實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)上電注冊(cè)流程、協(xié)調(diào)器與廳層終端節(jié)點(diǎn)關(guān)之間配置信息的同步流程；② 協(xié)調(diào)器請(qǐng)求和控制部分，主要實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)器請(qǐng)求廳層終端節(jié)點(diǎn)傳遞信息、發(fā)送控制信息流程；③ 廳層/轎廂終端節(jié)點(diǎn)信息處理部分，主要實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文、接收協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)報(bào)文和節(jié)點(diǎn)異常處理3個(gè)流程；④ 電梯主控制器信息處理部分，主要實(shí)現(xiàn)廳層召喚信息處理流程、發(fā)送確認(rèn)信息流程．

圖3　電梯無線召喚通信系統(tǒng)的協(xié)議流程Fig.3　Protocol flow of wireless call communication system for elevator

協(xié)調(diào)器與廳層/轎廂終端節(jié)點(diǎn)通信采用主從式輪詢方式，協(xié)調(diào)器廣播請(qǐng)求信息后，從1～n層依次接收終端節(jié)點(diǎn)的召喚數(shù)據(jù)包，并傳送至電梯主控制器；主控制器收到所有數(shù)據(jù)包后處理為一組包括所有樓層召喚狀態(tài)的確認(rèn)信息，再送回協(xié)調(diào)器；協(xié)調(diào)器廣播確認(rèn)信息，各廳層終端接收到數(shù)據(jù)包后自行處理，點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)按鈕燈．

3　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)單元

3.1.1硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)單元硬件結(jié)構(gòu)如圖4，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)采用32 bit的ARM 微處理器M0516作為主控制器MCU，一方面通過串行外設(shè)接口(serial peripheral interface，SPI)的單主機(jī)多從機(jī)模式，與基于Si4463芯片的射頻模塊、有機(jī)發(fā)光二極管(organic light-emitting diode，OLED)顯示模塊、串口通訊和電源模塊等外設(shè)以串行方式進(jìn)行通信，另一方面則通過RS485標(biāo)準(zhǔn)接口的轉(zhuǎn)換，與電梯整機(jī)的主控制器(上位機(jī))相連．

正常工作時(shí)，電梯整機(jī)系統(tǒng)配備不中斷電源進(jìn)行供電，因此協(xié)調(diào)器的電源回路主要實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換功能，將來自系統(tǒng)的直流24 V電壓轉(zhuǎn)換成硬件電路板所需的直流5 V電源．

圖4　協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)單元硬件結(jié)構(gòu)框圖Fig.4　Structural diagram of node element hardware of coordinator

3.1.2軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

通信系統(tǒng)中只有主終端節(jié)點(diǎn)能夠與電梯主控制器聯(lián)系，故系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先處理電梯主控制器的信息，再按接收次序逐一處理層站終端節(jié)點(diǎn)的信息．

如圖5的協(xié)調(diào)器MCU軟件流程，系統(tǒng)只有在調(diào)試或斷電重啟時(shí)才會(huì)進(jìn)行硬件初始化，而在電梯日常運(yùn)行中處于常開狀態(tài)不會(huì)執(zhí)行硬件初始化操作．電梯整機(jī)系統(tǒng)中，各層站終端固定對(duì)應(yīng)樓層，有固定的物理地址，因此系統(tǒng)為其設(shè)置了對(duì)應(yīng)的器件標(biāo)識(shí)，使某層站終端節(jié)點(diǎn)斷線后既使重新入網(wǎng)也能定位到具體的標(biāo)識(shí)．

圖5　協(xié)調(diào)器軟件流程Fig.5　Coordinator software processing flowchart

為避免成為性能瓶頸，協(xié)調(diào)器應(yīng)盡量減少處理過程.因此，組網(wǎng)成功后，協(xié)調(diào)器對(duì)收到的信息只做3個(gè)基本步驟：確認(rèn)信息來源、顯示及轉(zhuǎn)發(fā)．若信息來自RS485接口即電梯主控制器，則喚醒射頻模塊以廣播方式群發(fā)；若信息來自射頻接口，則直接轉(zhuǎn)發(fā)電梯主控器．

3.2廳層終端節(jié)點(diǎn)單元

3.2.1硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

廳層/轎廂終端節(jié)點(diǎn)單元硬件結(jié)構(gòu)如圖6．該類型的節(jié)點(diǎn)單元主要由射頻模塊、MCU、廳外召喚按鈕、廳外按鈕燈(與召喚按鈕對(duì)應(yīng))、OLED顯示、串口通訊和電源回路模塊組成．基于批量化生產(chǎn)考慮，本研究設(shè)計(jì)的廳層/轎廂終端節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)在外觀上并無太大差異，兩種類型終端各有冗余部分，只要修改MCU軟件程序，便可互換．

圖6　廳層/轎廂終端節(jié)點(diǎn)單元硬件結(jié)構(gòu)框圖Fig.6　Structural diagram of node element hardware of hall/cage

3.2.2軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

圖7給出廳層終端節(jié)點(diǎn)工作流程，除了初始化及入網(wǎng)要求外，層站終端節(jié)點(diǎn)主要完成3個(gè)任務(wù)：① 若廣播信息為轎廂的運(yùn)行狀態(tài)及位置信息，需在OLED屏顯示；② 若廣播信息為本層召喚確認(rèn)信息，則直接點(diǎn)亮廳召喚按鈕燈；③ 若本層站有廳外召喚請(qǐng)求則處理數(shù)據(jù)、喚醒射頻模塊發(fā)送信息．

圖7　廳層/轎廂終端節(jié)點(diǎn)軟件流程圖Fig.7　Hall/cage node software processing flowchart

4　測(cè)試與分析

4.1測(cè)試環(huán)境

本研究根據(jù)實(shí)際需求制作了16個(gè)廳層終端節(jié)點(diǎn)、1個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，以及主終端與電梯主控制器的RS485連接頭，并在井道現(xiàn)場(chǎng)完成實(shí)驗(yàn)測(cè)試．其中，廳層終端節(jié)點(diǎn)固定懸掛在井道內(nèi)側(cè)靠門廳處，外置天線朝向井道上方；協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)放置在17層機(jī)房電梯控制柜旁側(cè)，外置天線朝向?yàn)橐芬龓ㄟ^的洞口．

系統(tǒng)性能測(cè)試主要包括：系統(tǒng)基本功能、實(shí)時(shí)傳輸性能及井道電磁信號(hào)干擾下的穩(wěn)定性．

4.2基本功能測(cè)試

系統(tǒng)基本功能包括組網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集和處理、無線/有線數(shù)據(jù)傳輸、OLED正確且實(shí)時(shí)顯示等功能．

圖8　組網(wǎng)成功調(diào)試界面Fig.8　Successful commissioning interface for networking

首先，令協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、層站終端節(jié)點(diǎn)復(fù)位，確定系統(tǒng)能正常工作．經(jīng)系統(tǒng)測(cè)試，所有終端節(jié)點(diǎn)都能加入網(wǎng)絡(luò)，圖8(a)為廳層終端節(jié)點(diǎn)的調(diào)試界面，8(b)為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的調(diào)試界面，兩者已經(jīng)成功完成連接．

其次，測(cè)試數(shù)據(jù)采集和處理功能．選擇3個(gè)特殊層站：1層、8層(中間層)及16層，隨機(jī)按下廳召喚按鈕，通過提取各層站終端節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)，由于各層站終端有特定的標(biāo)識(shí)，結(jié)果驗(yàn)證了信息完全匹配．為便于測(cè)試，先設(shè)定數(shù)據(jù)的時(shí)間戳，再在檢驗(yàn)廳召喚按鈕燈確實(shí)按預(yù)定邏輯關(guān)系點(diǎn)亮的同時(shí)，記錄廳召喚按鈕從按下到重新點(diǎn)亮燈整個(gè)過程的耗時(shí)．檢測(cè)結(jié)果表明，傳輸時(shí)間為19～31 ms，與樓層高度無關(guān)．

前兩步驟同期驗(yàn)證了數(shù)據(jù)收發(fā)正常，終端節(jié)點(diǎn)OLED也正確顯示了協(xié)調(diào)器發(fā)送的廣播信息，其中協(xié)調(diào)器終端的OLED顯示信息如圖9．

圖9　實(shí)測(cè)中協(xié)調(diào)器終端的OLED顯示信息Fig.9　OLED display information of coordinator terminal during actual measurement

4.3傳輸性能測(cè)試

本系統(tǒng)采取既定的通信協(xié)議，以主從輪詢方式掃遍16層樓的廳召喚指示，從廣播請(qǐng)求到完成收集，再到主控器發(fā)送確認(rèn)信息，最后點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的廳層召喚按鈕燈，整個(gè)通信往返的時(shí)間周期控制在150 ms內(nèi)．當(dāng)然，這是以犧牲每層個(gè)體等待時(shí)間獲得的結(jié)果，優(yōu)化整體時(shí)間的做法是電梯行業(yè)默認(rèn)的選擇．

檢測(cè)結(jié)果表明，輪詢方式能夠使無線系統(tǒng)的時(shí)間受控，但各層終端節(jié)點(diǎn)的等待時(shí)間是隨機(jī)的，最壞的情形是在廳層按下召喚指令后，等待2個(gè)輪詢周期才能得到確認(rèn)信息．

4.4穩(wěn)定性測(cè)試及分析

變頻器和曳引機(jī)的工作都會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，因此井道電磁特性十分復(fù)雜．轎廂在不同的位置也可能會(huì)擋住無線信號(hào)造成丟包，因此本研究不僅要在電梯系統(tǒng)運(yùn)行全過程中進(jìn)行測(cè)試，還特意選擇轎廂位置不同情況進(jìn)行收發(fā)試驗(yàn)，以測(cè)試不同條件下層站終端節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器和電梯主控器間的通信傳輸狀況．

由于只測(cè)試電磁干擾對(duì)通信穩(wěn)定性的影響，故操作時(shí)未完全按照完整的通信協(xié)議進(jìn)行，僅設(shè)置了兩點(diǎn)直接通信，即特定廳層終端節(jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)送召喚指令，協(xié)調(diào)器接收并返回確認(rèn)信息為一次往返傳輸時(shí)間．每次操作，協(xié)調(diào)器和廳層終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分別存儲(chǔ)了有時(shí)間戳的召喚記錄．現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試完成后，再提取并比對(duì)層站終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器的存儲(chǔ)記錄，以確定丟包率及有效傳輸?shù)臅r(shí)間長(zhǎng)度．

選取3個(gè)特殊情況進(jìn)行測(cè)試：① 距離最遠(yuǎn)的1層終端與協(xié)調(diào)器的通信穩(wěn)定性測(cè)試．在接近1層的轎廂穩(wěn)定、啟動(dòng)、運(yùn)行以致遠(yuǎn)離1層的情況下，分別進(jìn)行召喚測(cè)試；② 轎廂停在4層站，在轎廂之下的1層終端和之上的8層終端按下召喚指令，檢驗(yàn)是否都能接收并確認(rèn)；③ 受變頻器、曳引機(jī)啟停直接影響的16層終端和17層協(xié)調(diào)器間的通信穩(wěn)定性測(cè)試．

為測(cè)試傳輸?shù)姆€(wěn)定性，對(duì)上述每種情形分別進(jìn)行了20次傳輸測(cè)試，通過讀取和比對(duì)層站終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)表明，這3種情形共發(fā)送的60次數(shù)據(jù)全部成功接收，數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B接和成功率均達(dá)到100%，證明了在電梯系統(tǒng)不同狀態(tài)下，轎廂位置、變頻器和曳引機(jī)的啟、停對(duì)召喚系統(tǒng)沒有實(shí)質(zhì)影響，也就是說，本系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的井道現(xiàn)場(chǎng)中，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的通信傳輸．

圖10　點(diǎn)對(duì)點(diǎn)往返1次通信的傳輸時(shí)間Fig.10　Transmission time of a point-to-point round trip

在目前采用的安全認(rèn)證協(xié)議下，實(shí)測(cè)所得其實(shí)是系統(tǒng)最短傳輸時(shí)間，具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如圖10，兩點(diǎn)傳輸時(shí)長(zhǎng)范圍為19～31 ms，比正常按下召喚到按鈕燈亮的耗時(shí)減少了近80%，可見調(diào)整通信協(xié)議和安全認(rèn)證過程可減少信息傳輸時(shí)間．

結(jié)　語

本研究以Si4665射頻芯片與ARM M0516為核心，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)433 MHz射頻的電梯無線廳召喚通信系統(tǒng)，并描述了其體系框架、通信協(xié)議及配套開發(fā)的軟硬件電路．該系統(tǒng)工作在具有繞射能力的433 MHz頻率，不受井道內(nèi)轎廂位置的影響；且RF芯片的設(shè)計(jì)可自定義協(xié)議參數(shù)，能輕易融入原電梯系統(tǒng)；既保留了RS485接口，又對(duì)有線系統(tǒng)具有兼容性．

井道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明，轎廂位置、變頻器和曳引機(jī)的啟、停對(duì)信息傳輸無實(shí)質(zhì)影響，用433 MHz射頻芯片設(shè)計(jì)的無線通信系統(tǒng)可在井道內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的無線信號(hào)傳輸，能取代有線通信技術(shù)融入原電梯整機(jī)系統(tǒng)，很好地解決了傳統(tǒng)有線環(huán)境下樓層層站布線復(fù)雜、維護(hù)性和可擴(kuò)展性差等問題．

本系統(tǒng)雖已實(shí)現(xiàn)了基本功能，且性能穩(wěn)定，但實(shí)時(shí)性較有線通信仍有差距，通信雙方每次的握手協(xié)議都使數(shù)據(jù)包發(fā)送和接收有較大延時(shí)，如何在安全性能和實(shí)時(shí)性能間找到最佳匹配值，是下一步研究主要關(guān)注的問題．

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【中文責(zé)編：英子；英文責(zé)編：子蘭】

2016-05-25；Accepted：2016-06-23

Wireless processing and design of hall-call communication system of elevator

Yang Jian1, 2?and Xie Guangzhi3

1)School of Electronic and Information, Guangdong Polytechnic Normal University, Guangzhou 510665, Guangdong Province, P.R.China 2)City Key Laboratory of Digital Content Processing and Security Application Technology, Guangzhou 510665, Guangdong Province, P.R.China 3)Guangdong Rech Elevator Co., LTD, Guangzhou 510410, Guangdong Province, P.R.China

Since the environment of hoistway has great influence on cables of elevator, causes higher manufacture and installation costs and increases the difficulties of maintenance, this paper proposes a point-to-point wireless call communication system for elevators. The system takes the coordinator as the core. On the one hand, the information to the landing terminal node is received and transmitted by the wireless unit. On the other hand, the previous wireline equipment is replaced by the connection with master controller of elevator through a RS485 interface to realize the collection, transmission and processing of call information from the elevator system. By virtue of the good performance of diffraction of 433 MHz frequency band, and taking ARM M0516 processor as the core in combination with Si4665 radio frequence chip, we design a proto-type wireless hall call system of a single elevator. The software and the hardware circuit of coordinator and landing terminal node are developed. The test results in the hoistway of elevator show that this system is unaffected by the position of the car, the start/stop of the traction machine or the frequency converter. It can realize the stable transmission of signals under different operating conditions of the elevator. The master chip of the system can define the protocol parameters voluntarily, thus it can be easily integrated into the complete system of the original elevator.

wireless communication technology; wireless call communication system for elevator; radio frequency; coordinator; master controller of elevator; landing terminal node

Yang Jian, Xie Guangzhi. Wireless processing and design of hall-call communication system of elevator[J]. Journal of Shenzhen University Science and Engineering, 2016, 33(5): 517-524.(in Chinese)

TP 399

Adoi：10.3724/SP.J.1249.2016.05517

廣東省科技廳公益研究與能力建設(shè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目 (2015A030401)

楊艦(1973—)，女，廣東技術(shù)師范學(xué)院副教授．研究方向：電梯物聯(lián)網(wǎng)、智能檢測(cè)與控制．

E-mail：yj_sanshengshi@sohu.com

Foundation：Science and Technology Plan Project Public Welfare Fund and Ability of Guangdong Province (2015A030401)

? Corresponding author：Associate professor Yang Jian. E-mail: yj_sanshengshi@sohu.com

引文：楊艦，謝廣智．電梯召喚通信系統(tǒng)的無線化處理與設(shè)計(jì)[J]. 深圳大學(xué)學(xué)報(bào)理工版，2016，33(5)：517-524.