基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的多電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

標(biāo)簽：遠(yuǎn)程監(jiān)控 zigbee 技術(shù)

伴隨著城市經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，電梯作為一種垂直交通工具，它的應(yīng)用日益廣泛。然而電梯的故障檢測(cè)和及其維護(hù)，特別是電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控的作用就顯得極為重要。但是國(guó)內(nèi)在用的大多數(shù)電梯由于不能及早的預(yù)測(cè)電梯的運(yùn)行故障而常常出現(xiàn)電梯困人、蹲底、沖頂、溜梯等突發(fā)情況。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，罪魁禍?zhǔn)资请娞輧?nèi)各種待測(cè)信號(hào)繁多，不便于布線且目前常用的2.5G 傳輸網(wǎng)絡(luò)不能滿足大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟮仍?。因此，研究并開(kāi)發(fā)基于zigbee 技術(shù)+3G 傳輸網(wǎng)絡(luò)的多電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有很大的工程實(shí)際意義。

目前，zigbee 技術(shù)和3G 技術(shù)各自都廣泛已經(jīng)應(yīng)用于很多領(lǐng)域，但結(jié)合利用在電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控上的研究卻很少;僅文獻(xiàn)[1]利用zigbee 技術(shù)和2.5G 技術(shù)結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行無(wú)線抄表系統(tǒng)的研究;文獻(xiàn)[2]介紹了基于Zigbee 的無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)也是基于2.5G通信技術(shù)，但并沒(méi)有具體用3G 網(wǎng)絡(luò)如何去實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)。

文獻(xiàn)[3]是ZigBee 無(wú)線傳感技術(shù)在森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，上述大多數(shù)研究都采用zigbee 技術(shù)和2.5G 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)慕Y(jié)合在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用，而本文之所以采用zigbee 技術(shù)和3G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多電梯的遠(yuǎn)程監(jiān)控，是因?yàn)閦igbee 技術(shù)可以免去復(fù)雜的布線，節(jié)約成本[4,5],而3G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度快，以便多臺(tái)電梯出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能夠及時(shí)將信息快速的傳輸給監(jiān)控中心，進(jìn)而故障能及時(shí)得到解決。

然而，對(duì)于zigbee 技術(shù)和internet 寬帶結(jié)合應(yīng)用的也比較廣泛，但有一定的缺陷，其網(wǎng)絡(luò)必須要有網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)接口，且不能移動(dòng)終端，對(duì)于本系統(tǒng)而言，為了能自由地從遠(yuǎn)端控制系統(tǒng)來(lái)查看系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)，采用了3G 網(wǎng)絡(luò)作為運(yùn)輸載體，只要有3G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋到的地方，就可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地查看電梯終端的運(yùn)行結(jié)果。

針對(duì)多電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用需求，在ARM9 的32 位嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，并有效結(jié)合zigbee 技術(shù)和3G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要在網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)傳輸控制協(xié)議實(shí)現(xiàn)及監(jiān)控主機(jī)應(yīng)用程序及接口等技術(shù)問(wèn)題上做了深入研究，該方案并提出了遠(yuǎn)程客戶端采用B/S 瀏覽模式，這樣克服了現(xiàn)有電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的不足，具有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)無(wú)線采集、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸和隨時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控的新的多電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益，是今后電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的方向。

1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

3G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控共3 個(gè)部分?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1 所示：

圖1 多電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)數(shù)據(jù)采集終端將采集到的電梯運(yùn)行數(shù)據(jù)(包括溫度、速度、加速度)先進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)壓縮，數(shù)據(jù)鎖存等技術(shù)，隨后zigBee 收發(fā)模塊將經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)打包并傳給zigBee 網(wǎng)絡(luò)控制中心，再由中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)EM560 3G 傳輸模塊將數(shù)據(jù)包發(fā)出;數(shù)據(jù)包通過(guò)中國(guó)移動(dòng)3G 網(wǎng)關(guān)最終發(fā)送至監(jiān)控中心，當(dāng)控制中心收到報(bào)警信息后立即通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò)將故障相關(guān)信息發(fā)送給維護(hù)中心，同時(shí)該監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送警示信號(hào)使故障電梯進(jìn)入保護(hù)模式，直到警示信號(hào)完全解除。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的每個(gè)采集節(jié)點(diǎn)都以TI 公司生產(chǎn)的CC2430 作為核心芯片，由于各個(gè)節(jié)點(diǎn)的功耗低，且使用壽命長(zhǎng)(一般兩年內(nèi)無(wú)需維護(hù))，同時(shí)省去復(fù)雜的布線，所以實(shí)現(xiàn)起來(lái)很方便。但是考慮到，各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)采集信息后匯聚到中心節(jié)點(diǎn)的信息量之大，傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的過(guò)程中，難免有網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，堵塞等情況發(fā)生，所以該系統(tǒng)采用了高帶寬，高速率的3G 網(wǎng)絡(luò)作為傳輸網(wǎng)絡(luò)。

2 系統(tǒng)主芯片選擇

該監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器主要由基于S3C2440A 的ARM9 控制器和基于CC2430 的無(wú)線收發(fā)傳輸模塊兩部分組成。

2.1 核心控制器

本方案采用了三星公司推出的基于ARM920T 內(nèi)核的RISC 嵌入式微處理器S3c2440,因?yàn)殡娞莶杉瘮?shù)據(jù)的信息量大，且無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制中心需負(fù)責(zé)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)和3G 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)還要負(fù)責(zé)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的組建、節(jié)點(diǎn)的加入和刪除等網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作，所以需要較強(qiáng)的處理能力，而一般的CPU 又難以承擔(dān)重負(fù)荷運(yùn)載， 而該款CPU 的工作頻率可達(dá)400MHz,具有很強(qiáng)大的運(yùn)算能力，且性價(jià)比高、功耗低。該芯片集成了LCD 控制器提供1 通道LCD 專業(yè)DMA,SDRAM 控制器，攝像頭接口，3 個(gè)UART 的通道(帶有16 字節(jié)的TX/RX FIFO,支持IrDA1.0 功能)，USB 接口，觸摸屏接口。在嵌入式處理器的控制下，數(shù)據(jù)采集終端將傳感器采集到的電梯運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù)處理(編碼、A/D 轉(zhuǎn)換等技術(shù))后存入采集終端中，由EM560 模塊通過(guò)中國(guó)移動(dòng)3G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。

系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程中所采用的三星公司的ARM9 開(kāi)發(fā)板集成了很多外圍設(shè)備，根據(jù)其功能的可剪裁性，所以該采集終端設(shè)計(jì)只需將相關(guān)在用的I/O 口初始化，用來(lái)進(jìn)行傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)的采集。該開(kāi)發(fā)板的性能比較穩(wěn)定，排除了相關(guān)的不穩(wěn)定因素。而本次運(yùn)用的軟件系統(tǒng)是嵌入式Linux 系統(tǒng)。它具有內(nèi)核小、安全性高、源代碼免費(fèi)、微內(nèi)核支持網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn)，并且可應(yīng)用于多種平臺(tái)，尤其是在ARM 平臺(tái)上的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟且能提供強(qiáng)大的管理功能，因此完全可以滿足數(shù)據(jù)采集的需求。

2.2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集終端部分的功能主要是由TI 公司生產(chǎn)的CC2430 作為核心芯片來(lái)完成的，該芯片CC2430采用的是全球通用頻段(2.4 GHz)通信[9],且擁有1 個(gè)8位8051MCU, 8KB 的RAM,還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、幾個(gè)定時(shí)器、看門(mén)狗定時(shí)器、32 kHz 晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路、以及21 個(gè)可編程I/O 引腳，并且已固化了全球先進(jìn)的ZigBee 協(xié)議棧、工具包和參考設(shè)計(jì)，目前已廣泛運(yùn)用在汽車(chē)電子，通信等各個(gè)領(lǐng)域[10].

以某小區(qū)的電梯群為研究對(duì)象，在每個(gè)電梯終端上都裝一個(gè)ZigBee 模塊和相應(yīng)傳感器來(lái)當(dāng)作一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，用它來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)電梯的狀態(tài)，并把采集到的電梯運(yùn)行數(shù)據(jù)信號(hào)以無(wú)線方式發(fā)給ZigBee 控制中心，因此ZigBee 控制中心和各個(gè)電梯終端就組成了一個(gè)無(wú)線連接的星型結(jié)構(gòu)的多電梯監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。