馬艷秋

（沈陽(yáng)特種設(shè)備檢測(cè)研究院， 遼寧 沈陽(yáng) 110035）

0 引言

隨著建筑行業(yè)的飛速發(fā)展， 建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度也在不斷提高，越來(lái)越多的高樓層出現(xiàn)，電梯作為建筑工程當(dāng)中不可或缺的一員，使用的人數(shù)和頻率越來(lái)越高，而近年來(lái)的電梯使用過(guò)程中， 電梯發(fā)生故障的概率也隨之升高[1]。其中，由于電梯門(mén)故障導(dǎo)致，從而導(dǎo)致電梯門(mén)意外開(kāi)啟， 使得乘梯人員墜入井道的事故時(shí)有發(fā)生， 危害性極大，嚴(yán)重影響到了電梯整體使用過(guò)程中的安全，是電梯安全檢驗(yàn)中重點(diǎn)關(guān)注的項(xiàng)目。 電梯門(mén)鎖裝置是電梯門(mén)系統(tǒng)最重要的部件之一， 門(mén)鎖嚙合深度是否達(dá)標(biāo)是判斷電梯門(mén)系統(tǒng)是否符合電梯運(yùn)行要求的重要條件。

現(xiàn)階段對(duì)于電梯門(mén)鎖嚙合深度的檢測(cè)仍采用人工定期檢測(cè)的方式， 需要人工下井并采用直尺等測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量，精度低，人為主觀性影響嚴(yán)重，人力物力耗費(fèi)高，且定期檢測(cè)的時(shí)效性差， 無(wú)法做到電梯門(mén)鎖嚙合深度的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。 因此，對(duì)電梯門(mén)鎖嚙合深度集中監(jiān)控具有重要意義。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種電梯門(mén)鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)門(mén)鎖的嚙合深度，并且通過(guò)無(wú)線傳輸將門(mén)鎖嚙合深度數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控界面， 從而可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，保證電梯安全運(yùn)行。 該系統(tǒng)在一定程度上節(jié)約了人力成本，并且避免了人為主觀性影響，提高了電梯監(jiān)控系統(tǒng)的效率以及準(zhǔn)確率。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

電梯門(mén)鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall structure of system

系統(tǒng)由STM32 單片機(jī)嚙合深度檢測(cè)單元、 無(wú)線傳輸模塊、 基于LabVIEW的監(jiān)控界面組成。

嚙合深度檢測(cè)單元主要由激光測(cè)距傳感器組成，通過(guò)固定件加裝在電梯門(mén)鎖上，由激光測(cè)距傳感器得到電梯門(mén)鎖的嚙合深度數(shù)據(jù)。

無(wú)線傳輸模塊加裝在電梯門(mén)鎖上， 用于將嚙合深度檢測(cè)單元通過(guò)激光測(cè)距傳感器得到電梯門(mén)鎖的嚙合深度數(shù)據(jù)發(fā)送出去，再由遠(yuǎn)程監(jiān)控室進(jìn)行接收。

監(jiān)控界面由LabVIEW 的監(jiān)控程序?qū)崿F(xiàn)，用于將遠(yuǎn)程監(jiān)控室從無(wú)線傳輸模塊接收到的電梯門(mén)鎖的嚙合深度數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，以供工作人員監(jiān)控。

位于電梯門(mén)鎖檢測(cè)位置的檢測(cè)單元將獲取的電梯嚙合深度數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)串口經(jīng)過(guò)無(wú)線傳輸模塊發(fā)送，遠(yuǎn)程監(jiān)控室通過(guò)傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（Transmission Control Protocol，TCP/IP）與無(wú)線傳輸模塊進(jìn)行通信，利用LabVIEW 軟件設(shè)計(jì)監(jiān)控界面， 實(shí)現(xiàn)電梯門(mén)鎖嚙合深度集中監(jiān)控功能[2]。 其中，電梯門(mén)鎖嚙合示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 電梯門(mén)鎖示意圖Fig.2 Schematic diagram of elevator door lock engagement

1.2 LabVIEW 監(jiān)控界面設(shè)計(jì)

基于LabVIEW 的監(jiān)控程序主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1） 無(wú) 線 數(shù) 據(jù) 接收： 通過(guò)TCP/IP 協(xié)議接收通過(guò)無(wú)線傳輸模塊傳輸?shù)碾娞蓍T(mén)鎖嚙合深度數(shù)據(jù)。

（2）電梯門(mén)鎖嚙合深度顯示：識(shí)別并提取門(mén)鎖嚙合深度的測(cè)量值，并在對(duì)應(yīng)顯示框顯示。

（3）電梯門(mén)鎖嚙合深度不達(dá)標(biāo)報(bào)警：當(dāng)嚙合深度沒(méi)有達(dá)到要求值時(shí)，紅燈點(diǎn)亮報(bào)警。

（4）電梯門(mén)鎖嚙合深度閾值設(shè)置：設(shè)置門(mén)鎖嚙合深度最低值。

獲取由無(wú)線傳輸模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后， 開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理和管理。監(jiān)控界面的前面板見(jiàn)圖3。監(jiān)控界面具有監(jiān)測(cè)啟動(dòng)和停止控制、門(mén)鎖嚙合深度顯示、門(mén)鎖嚙合深度閾值設(shè)置以及報(bào)警功能[4]。當(dāng)檢測(cè)到嚙合深度小于7mm 時(shí)，相應(yīng)樓層報(bào)警燈顯示紅色，并且按下停止按鈕，保證乘梯人員的安全，當(dāng)檢測(cè)到嚙合深度合格時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，電梯重新運(yùn)行[5]。

圖3 監(jiān)控界面Fig.3 Monitoring interface

LabVIEW 的框圖程序見(jiàn)圖4。即在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)管理，如數(shù)據(jù)顯示、報(bào)警指示等。

圖4 LabVIEW 框圖程序Fig.4 Program chart of LabVIEW

2 檢測(cè)方法及原理

激光測(cè)距技術(shù)是通過(guò)測(cè)量激光脈沖發(fā)射以及接收前后的時(shí)差或者相位變化來(lái)獲取距離信息， 具有測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中。 所以，針對(duì)本文電梯門(mén)鎖嚙合深度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，利用激光測(cè)距傳感器來(lái)獲取電梯門(mén)鎖嚙合深度， 并用于構(gòu)建遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，以達(dá)到精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的效果。

本文采用脈沖式激光傳感器，主要包括激光收發(fā)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及信號(hào)處理系統(tǒng)等。 發(fā)射端發(fā)射905nm 的激光脈沖，接收端利用帶有濾光片的APD 用于光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換[3]。

單片機(jī)選擇STM32F407，該芯片的性能良好、功耗小、分辨率高，并且可以同時(shí)進(jìn)行多通道測(cè)量。 STM32F407 通過(guò)SPI 總線設(shè)置工作方式，用于讀取并記錄脈沖發(fā)射時(shí)刻t1和反射回脈沖的時(shí)刻t2，故t1和t2之間的時(shí)間間隔為：

式中：c—光速。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本電梯門(mén)鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)的真實(shí)效果，我們使用真實(shí)的電梯門(mén)鎖，搭建了電梯門(mén)鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

通過(guò)手動(dòng)將電梯門(mén)鎖嚙合深度分別轉(zhuǎn)動(dòng)至5.00、6.00、7.00、8.00、9.00 的位置處，查看LabVIEW 監(jiān)控界面，得到測(cè)量值。每組數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)100 次實(shí)驗(yàn)之后，得到5 組平均測(cè)量值。

通過(guò)本次搭建的電梯門(mén)鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行了100 次的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本電梯門(mén)鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)的檢測(cè)精度誤差≤0.02mm，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Experimental results

4 效益分析

當(dāng)今電梯的使用已經(jīng)越來(lái)越普遍，確定電梯門(mén)鎖的安全問(wèn)題是電梯安全中一項(xiàng)重要的課題。然而對(duì)于電梯門(mén)鎖嚙合深度的安全問(wèn)題，目前并沒(méi)有有效的在線監(jiān)測(cè)解決方案。本電梯門(mén)鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)解決了電梯門(mén)鎖嚙合深度在線監(jiān)測(cè)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了門(mén)鎖嚙合深度數(shù)據(jù)可視化的效果，可以加強(qiáng)人們對(duì)電梯安全的信任，大幅度減少由電梯門(mén)鎖產(chǎn)生的安全事故，保障了乘客及工作人員的人身安全，具有廣泛的適用性，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)效益。

由于現(xiàn)有的人口增長(zhǎng)迅速， 土地的面積已經(jīng)越來(lái)越不能容納這些人口，因此樓層的增高勢(shì)在必行，而由此而體現(xiàn)出的電梯的應(yīng)用也越來(lái)越重要，越來(lái)越日常，為了降低人們乘坐電梯的風(fēng)險(xiǎn)， 使目前頻繁出現(xiàn)的電梯悲劇數(shù)量降低， 對(duì)于電梯門(mén)鎖安全問(wèn)題的研究仍然是非常重要的，相比于傳統(tǒng)的人工檢測(cè)電梯門(mén)鎖嚙合深度，本電梯門(mén)鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)僅采用激光測(cè)距傳感器、 無(wú)線傳輸模塊、LabVIEW 界面，就能夠?qū)崿F(xiàn)比傳統(tǒng)檢測(cè)方法更精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)的效果。并且電梯門(mén)鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)可以加裝在現(xiàn)有的電梯門(mén)鎖上， 無(wú)需更換現(xiàn)有的電梯門(mén)鎖。 低成本、高精度以及高適用性，可為電梯安全防護(hù)措施帶來(lái)可觀的效益。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)利用激光測(cè)距傳感技術(shù)， 通過(guò)單片機(jī)與Lab-VIEW 相結(jié)合的方式，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一種電梯門(mén)鎖嚙合深度集中監(jiān)控系統(tǒng)。 應(yīng)用這一監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)電梯門(mén)鎖的嚙合深度進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。 文中方案將單片機(jī)采集到的數(shù)據(jù)由無(wú)線傳輸模塊發(fā)送進(jìn)行無(wú)線傳輸， 上位機(jī)采用LabVIEW技術(shù)通過(guò)TCP/IP 協(xié)議與單片機(jī)進(jìn)行通訊，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收，且采集到的數(shù)據(jù)精度達(dá)到毫米級(jí)[6]。通過(guò)測(cè)試，這一監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到電梯嚙合深度， 檢測(cè)精度誤差≤0.02mm，穩(wěn)定性高，保障了電梯的安全運(yùn)行。