孫玉國 勾燦 / 上海理工大學(xué)光電信息與計算機(jī)工程學(xué)院

安卓手機(jī)在電梯加速度測量中的應(yīng)用

孫玉國 勾燦 / 上海理工大學(xué)光電信息與計算機(jī)工程學(xué)院

針對電梯運行舒適性測量的問題，提出一種利用安卓手機(jī)內(nèi)部的微機(jī)電（Micro-Electro-Mechanical-System， MEMS）加速度計對電梯加速度進(jìn)行測量的方法。給出了MEMS加速度計信號采集與藍(lán)牙無線傳輸?shù)腏AVA語言編程方法，利用C#語言編寫了PC端數(shù)據(jù)顯示與存儲程序。對某型號客用電梯的起動、制動及運行過程中的加速度進(jìn)行了測量，驗證了測量方案的可行性。

電梯；加速度測量；MEMS傳感器；JAVA語言

0 引言

電梯作為一種特種設(shè)備，其運行安全監(jiān)測問題一直備受業(yè)界關(guān)注［1］。電梯的起動、制動與運行過程中的加速度變化是影響電梯運行舒適性的重要因素，GB/T 10059-1997對此有嚴(yán)格的技術(shù)要求。單就電梯加速度測量儀器而言，目前國內(nèi)外有多種型號的產(chǎn)品。鑒于安卓智能手機(jī)的普及與售價的平民化趨勢，本文嘗試?yán)冒沧渴謾C(jī)內(nèi)部的MEMS加速度計（又稱作重力傳感器）對電梯的運動速度進(jìn)行測量，一方面可以降低測量成本，另外一方面也可利用安卓智能手機(jī)的無線通信功能將測量數(shù)據(jù)無線上傳到遠(yuǎn)端的監(jiān)控主機(jī)。

本文的主要工作在于：（1）通過JAVA語言編程獲取MEMS加速度計的信號。（2）驗證利用安卓手機(jī)對電梯加速度進(jìn)行測量的可行性。

1 電梯加速度測量系統(tǒng)架構(gòu)

如圖1所示，安卓智能手機(jī)內(nèi)部配備了三軸MEMS加速度計。作為一種慣性傳感器［2］，它既可測量靜態(tài)加速度也可測量動態(tài)加速度。其加速度敏感元件為X，Y，Z三個方向弱耦合的差動電容，傳感器詳細(xì)工作原理見參考文獻(xiàn)［3］。

圖1 利用安卓手機(jī)測量電梯運行加速度的示意圖

2 加速度數(shù)據(jù)的采集與藍(lán)牙傳輸

安卓系統(tǒng)提供了對傳感器的支持，包括MEMS加速度計、MEMS陀螺儀以及測定方向的磁力傳感器。本文主要應(yīng)用安卓手機(jī)內(nèi)部的MEMS加速度計，在APP開發(fā)時，MEMS加速度計數(shù)據(jù)的獲取主要步驟如下：

1）獲得傳感器管理服務(wù)

2）注冊傳感器的監(jiān)聽器

3）監(jiān)聽傳感器各種事件：使用android.hardware. SensorEventListener 接口監(jiān)聽傳感器各種事件，即可獲取傳感器傳回來的數(shù)據(jù)。

4）解除注冊：程序暫停時取消注冊傳感器監(jiān)聽器，在onPause方法中實現(xiàn)。

隨后，采集到的加速度數(shù)據(jù)即可通過藍(lán)牙上傳到筆記本電腦。其JAVA編程分為四個步驟：設(shè)置藍(lán)牙設(shè)備，設(shè)備配對，連接設(shè)備以及設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，具體實現(xiàn)代碼不再贅述。電梯加速度數(shù)據(jù)采集與藍(lán)牙傳輸程序運行界面如圖2所示，加速度數(shù)據(jù)分辨力為1 mg。

圖2 電梯加速度采集與藍(lán)牙傳輸APP界面

3 電梯加速度測量實驗與數(shù)據(jù)分析

參照GB/T 10059-1997將安卓手機(jī)安放在橋廂地面的正中，緊貼橋底。利用圖2所示的APP即可將電梯在X，Y，Z三個方向上的加速度信號通過藍(lán)牙發(fā)送到筆記本電腦。在筆記本電腦端利用C#語言編寫了數(shù)據(jù)實時顯示與存儲程序，程序運行界面如圖3所示：點擊“停止測量”按鈕，即可把電梯運行加速度數(shù)值保存成文本文件。

下面以垂直方向（Z軸）加速度為例進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如圖4所示：（1）按照電梯測試的行業(yè)規(guī)范，首先將加速度數(shù)據(jù)的單位由g轉(zhuǎn)換為cm/s2。（2）圖中的細(xì)線部分為原始數(shù)據(jù)，其高頻成分（毛刺）為廂體的絕對振動加速度，反應(yīng)了箱體在運行過程中的抖動現(xiàn)象。（3）經(jīng)低通平滑濾波即可獲取電梯的慣性加速度信號，如圖中粗線部分所示：起動、運行、制動三個階段的加速度變化明顯，加速度峰值接近60 cm/s2，低于GB/T 10059-1997限定的最大值1.5 m/s2。

圖3 電梯加速度數(shù)據(jù)曲線與存儲界面

圖4 電梯加速度數(shù)據(jù)濾波處理

4 結(jié)語

電梯運行過程中的加速度及其變化率是影響乘客舒適性的主要因素，本文提出了一種利用安卓智能手機(jī)內(nèi)部的MEMS加速度計測量電梯加速度的方案，并給出了相應(yīng)的技術(shù)實現(xiàn)方法。實驗表明，利用安卓智能手機(jī)可以測量電梯X，Y，Z三個方向上的加速度，其測量準(zhǔn)確度與零點初始化標(biāo)定問題將在今后的工作中做進(jìn)一步研究。

［1］蔣軍成，王志榮. 工業(yè)特種設(shè)備安全［M］. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

［2］秦永元. 慣性導(dǎo)航［M］. 北京：科學(xué)出版社，2013.

［3］孫玉國，陳耀闖. 2.4 GHz無線振動測量系統(tǒng)的研制［J］. 儀表技術(shù)與傳感器，2010（8）：50-52.

Application of android mobile phone in the acceleration measurement of elevators

Sun Yuguo，Gou Can
（School of Optical-Electrical and Computer Engineering， University of Shanghai for Science and Technology）

An acceleration measurement method based on the MEMS（Micro-Electro-Mechanical System） accelerometer built in android mobile phone was proposed to meet the elevator’s motion acceleration measurement requirement. Java language programming for MEMS accelerometer signal acquisition and bluetooth wireless transmission was presented. The program of acceleration data displaying and saving was developed by C# language in the personal computer. The acceleration of starting， braking and running of a certain type of passenger elevator was tested， and the feasibility of the method was verified.

elevator； acceleration measurement； MEMS sensor； Java language