一、项目概述
1.1 导言
跟着社会的开展，高层修建和智能化修建的不断呈现，作为笔直运送东西的电梯得到了越来越广泛的运用，人们对电梯服务质量及牢靠运转提出了越来越高的要求。在2010年4月22日电梯职业“节能·安全·智能”技能交流会上我国电梯协会副秘书长张乐祥提出节能、安全、智能已成为电梯技能发张的干流，驱动与操控体系仍存在改进空间，长途监控修理技能成为焦点。
本文在节能方面运用电梯群控分配操控技能，以能量耗费作为首要目标把侯梯和乘梯时刻作为模型束缚树立数学模型，别的假如继续3 分钟没有轿厢、层站呼唤，电梯将自动封闭照明及电扇，并下降梯厅方位显现器的亮度，然后大幅度削减待机电力耗费；在安全和智能方面经过对电梯的各种状况进行实时监控，一起对电梯运转过程中或许呈现的各种毛病进行猜测、确诊和报警。
因而，此项目开发是依据 AVR处理器的智能电梯操控器，并交融CAN总线技能、多媒体技能、智能操控技能、优化调度技能、毛病猜测与确诊等技能。在硬件上，选用32位AVR处理器作为电梯操控器的中心CPU，在软件上，选用Linux操作体系作为电梯中心操控器的软件渠道。
1.2 项目布景/选题动机
随我国城市化建造的迅猛开展和物质文化日子质量敏捷进步，修建业日益开展壮大。为修建物内供给上下交通运送的电梯工业也敏捷开展起来。电梯不仅是出产运送的首要设备，更是人们日子和作业中必备的交通东西。和轿车相同、已成为人们频频运用的交通运送设备。
近年来，我国每年新增电梯均在15%以上，因而我国的电梯节能有许多潜力可挖。我国的电梯出产量、需求量现已占到全球50%以上，而电梯节能技能的研讨根底比较单薄。电梯要完结全体节能，与楼宇的电梯装备计划也密切相关。现在我国有许多楼宇都存在电梯的无效耗能。例如，一栋楼装备了多台电梯但却没有选用一般的并联、群控技能或意图选层群控技能，导致多台电梯向同方向运转的无效耗能。因而为了进步高层修建中多部电梯的运转功率和服务质量，需求用电梯群控办理体系来进行合理的调度和办理。
但是近些年电梯安全事端时有产生，整个职业不得不深入剖析。就电梯事端的原因，咱们需求对电梯毛病及时检测，就能有用地防备电梯事端的产生，削减对人们形成的损害。
为了完结上述功用，咱们融入了“节能环保”的理念，规划了“依据AVR单片机的节能机器人电梯”。
二、需求剖析
2.1 功用要求
（1）当电梯3分钟没有接纳呼梯信号时，电梯自动封闭照明及电扇。
（2）当电梯运转速度超越必定值时，发送报警信号到长途操控体系
（3）当电梯断电时，发送断电信号到长途操控体系
（4）当轿厢内报警按钮按下时发送信号至长途操控体系，长途操控体系接纳到信息后由长途操控体系端的作业人员发送信号到轿厢点亮报警指示灯。
（5）当电梯的分量超越必定值时，电梯中止发动，并宣布报警声响
（6）电梯轿厢外显现屏上可以显现电梯现在地点层数、所呼叫电梯等待时刻
（7）电梯轿厢内显现屏上可以显现电梯当时运转方向（电梯向上运转时，向上运转指示灯点亮；电梯向下运转时，向下运转指示灯点亮）、当时地点层数、电梯抵达意图层的的时刻
（8）当多个呼梯信号一起宣布时，电梯可以经过群控器进行最优装备，而且有轿厢外显现屏显现所分配电梯
2.2 功用要求
1）现场数据收集器接连收集现场数据，并有用传输
2）群控–含糊神经网络算法模型，能耗率低
3) 设备具有数据通讯、电源办理和设备监控的功用
4）设备具有视窗化人机界面和归纳监控运用软件
5）体系作业安稳且兼容性强，中心操控和长途操控联动便当，易保护
三、计划规划
3.1 体系功用完结原理
体系架构图
（一）信息收集体系
该体系首要用于收集电梯的运转状况、电梯毛病信息、楼层号、呼梯信号、开关门信号以完结电梯根本操控功用，并将这些信息经过CAN总线发送到决议计划体系（监督作业站、群控器）进行处理及时作出呼应。
关于信息收集各模块的信息如下表所示：
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信息收集模块 |
应检测的信息 |
完结办法 |
补白 |
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运转状况信息 |
速度 |
结合其他检测到的信息来判别 |
电梯的运转状况首要包含：正常运转、毛病、休眠状况（长时刻没有呼梯信号时电梯处于休眠状况） |
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毛病信息 |
速度反常、停电、关人 |
检测速度是否反常：光电传感器；检测是否停电：电流传感器；检测是否关人：毛病按钮 |
经过收集速度、电流等来剖析冲顶、蹲底、停电、关人等常见的电梯毛病 |
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电梯的方位信息 |
电梯地点的楼层号 |
光电编码器 |
用于检测产生毛病时电梯地点的方位 |
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呼梯信号 |
电梯的厅层呼唤信号、轿内呼唤信号 |
呼唤按钮 |
——————————————————- |
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开关门信号 |
开门、关门 |
开关门按钮 |
—————————————————- |
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承载量信息 |
分量 |
压力传感器 |
检测电梯是否超重 |
（二）通讯体系
因为选用了AVR32单片机作为中心操控器，其开发板上已有两个CAN接口，因而经过运用CAN总线操控器比较便利。
CAN现场总线技能经过使用现场传感器用于收集现场电梯各种信号，并经过CAN通讯卡与决议计划体系相连。电梯中心操控体系可以经过CAN网络和各个数据收集节点通讯，完结各种数据参数的收集及数据的开始剖析，并与长途操控体系经过Internet技能进行数据传输：经过核算机数据处理中心对现场收集的数据进行深层次的归纳剖析，别的核算机数据处理中心也可以经过Internet网络对电梯运转状况进行长途监测。
运用Internet技能和散布在各地的电梯地点的局域网把每台电梯连接起来，也便是让电梯上网，经过Intertnet实时传送电梯的作业状况和作业参数。可以变被迫保养为自动保养，运用户的毛病停梯时刻大大减缩。一起电梯长途监控体系的毛病信息记载数据库可以便利地使维保中心树立起一套电梯运转、毛病及修理档案库，被保养电梯何时呈现毛病、修理人员何时到现场、电梯怎么康复正常等数据都会记载在数据库中。可以对某台电梯，某组群控电梯，或某一特定时刻段的电梯毛病及修理状况进行核算。维保中心的操作人员可以经过监控软件定时对数据库进行数据收拾、核算和报表打印等作业。
体系硬件以高功用的嵌入式微处理器AVR32 AT32UC3A，其间的Internet操控器和DSP模块为中心来规划通讯体系中的以太网模块，并在AVR32单片机中的DSP模块用软件完结TCP/PI协议栈，使AVR32芯片具有上网功用，然后可以用监控体系服务器经过AVR32单片机与长途终端进行很多数据交换。DSP首要完结数据的解包和封装。当有数据从Internet操控器传输过来时，DSP对数据包进行剖析，假如是ARP数据包，程序转入ARP处理程序。假如是PI数据包，经过判别PI数据包的类型，转入相应的CIMP处理程序和TCP处理程序，数据解包后，将需求的数据保存。当DSP发送数据时，则将数据进行层层封装，发送到AVR Internet模块缓冲区，Internet操控器将数据封装成以太网数据帧后经过以太网接口输出到局域网中。
通讯体系结构框图如下：
通讯体系结构框图
（三）电梯中心操控体系
电梯中心操控体系担任将收集到的电梯各部分数据(包含电梯运转数据、状况信息等)进行处理以完结电梯根本操控功用，一起将处理后的相关信息经通讯模块传输给长途操控体系和人机交互体系。当电梯产生毛病时，将电梯信息经过各个电梯的主操控器的毛病确诊算法进行现场的电梯毛病确诊，并将确诊后的毛病信息送给长途监督体系。当电梯接纳到呼梯信号时，将呼梯信息发送给群操控器，经群操控器剖析处理后发送分梯信号进行电梯调度。关于根本操控功用，电梯中心操控体系经过CAN总线方法从电梯内部操控网络上挂接的外呼、操作盘和门机单元收集呼梯、开关门按钮和门状况信息，并实时点亮应呼应的呼梯灯，以完结对呼梯体系的操控。中心操控器还经过脉冲接纳设备接纳光电编码器传输过来的脉冲信息，以完结对电梯的定位。
在智能方面，电梯中心操控体系可完结监督、群控、GPRS报警等功用。其间，以三台电梯为例，中心操控体系分为一个群操控器和三个电梯主操控器，这四个操控器均由AVR单片机构成，其间三个电梯主操控器与群控器、监督作业站的通讯方法有两种，一种是三者坐落同一个网络中，咱们经过另一条CAN总线(异于电梯内部的CAN操控网络)将群操控器和主操控器挂接在一起；另一种是群控和监督信息分别在不同的网络中传输，其间中心操控器与群控器经过CAN总线方法完结通讯，而监督信息可经过以太网方法由电梯主操控器传输给长途监控体系。为兼容这两种方法，操控器在规划时将一起考虑CAN通讯和以太网通讯两种方法。
群操控器除了与三台电梯主操控器经过CAN总线通讯，还连接了外呼板模块、存储模块、液晶显现模块。存储模块存储很多数据处理信息。外呼板模块将呼梯信号传送给群操控器，群操控器经过含糊神经网络算法得出最节能的电梯行进途径，并将算出成果反馈给液晶显现模块，抵达人机交互的效果。
GPRS功用可用于向长途修理服务器或长途修理人员以无线方法发送报警信号及相关的毛病信息。为便利电梯的办理与装备。咱们可以经过LED段码管显现电梯当时方位，经过键盘输入对电梯的参数进行装备，经过具有中文显现功用的LCD显现屏树立电梯的装备界面，并可用于毛病信息的实时显现。
电梯主操控器结构图如下：
群控体系整体结构图如下：
（四）长途操控体系
该体系首要用于长途监控，专业人员依据页面上显现的相关信息及时处理。
电梯正常状况下处于群控状况和休眠状况，一旦产生毛病，便会自动报警，并自动转到毛病页面，显现毛病原因、电梯地点的方位，作业人员及时联络修理人员及其医护人员。
页面显现图如下：
（五）人机交互体系
每个单梯体系装置一个24层的电梯操作盘。操作盘放置在轿厢内门的右侧，轿厢内无辅佐操作盘。操作盘上的首要功用如下：
1）1-24层指令按钮及指示灯
2）开关门、门坚持按钮
3）电梯运转状况显现（楼层以及据意图楼层的时刻显现）
4）报警按钮及指示灯
报警按钮是乘客被困在轿厢内时用来呼救和与外界联络的东西，轿厢先将报警信号传递给电梯中心操控体系，此信号经过电梯中心操控体系的毛病检测模块处理后再经由通讯体系传至长途操控体系。长途操控体系接纳到信号后再发送新信号到轿厢内去点亮指示灯告知被困人员，作业人员已获悉被困音讯来安慰被困人员。
3. 2 硬件渠道选用及资源装备
（一）硬件渠道选用
EVK1105是一个依据AVR32 AT32UC3A单片机操控器的评价套件和开发体系。它装备一系列丰厚的外设、内存，而且可充沛开发AVR32设备的悉数潜能。其开发板图如下所示：
• 支撑AT32UC3A
• 以太网端口
• 传感器：光照、温度、电位器
• 4×20蓝色LCD（PWM变频背光）
• JTAG连接器、Nexus、USART、USB 2.0接口，TWI接口、SPI。
• SD和MMC读卡器
AVR32 AT32UC3A单片机操控器硬件结构图
（二）AVR Studio 5 开发软件
·智能编译器
·400个演示工程
·支撑8位或32位AVR
·快捷的用户手册和用户攻略
3.3体系软件架构
（1）电梯操控软件整体结构
一、内核层：操作体系内核和库供给了各种机制，这些机制包含了内存的办理、线程调度、线程同步等，这些机制是电梯中心操控器嵌入式软件的中心，一切的使命都在这些机制的统一办理下有序地完结各自的功用。
二、接口层（驱动程序）：驱动程序归于操作体系的一部分，包含了各模块中一切设备的驱动，例如：以太网驱动、SPI驱动、CAN节点的驱动，GPIO的驱动、计数器的驱动、人机交互模块中段码管、键盘和LCD的驱动。它们担任直接与硬件打交道，完结CPU与各设备的数据交互。
三、运用层：这部分处于整个结构的顶层，由用户直接依据所要完结的详细功用编写完结，每个使命由一个线程来完结。运用程序的开发可分为三个模块：
（1）数据块模块：寄存历史数据
（2）通讯模块：分为以太网模块、CAN通讯模块、SPI通讯模块。以太网模块选用TCP / IP协议,经过Sock2et通讯与参数设定板依照自定义的数据格式进行通讯,完结电梯参数的设定(包含电梯的时刻参数、间隔参数、功用性参数等一百多个参数的设定)；CAN通讯模块,完结与内、外召板直接的通讯,首要用来传输楼层信息、楼层字符的显现、开关门到位等一系列的操控信息；SP I通讯模块首要用来作为与辅佐MCU的通讯,该通讯包含:编码器的值、电梯的状况信息、时钟数据
（3）操控模块：操控模块是整个体系的中心，该模块包含电梯的三大形式：正常形式、毛病形式、群控形式。正常形式包含电梯单梯运转时的相关程序和跑层算法；毛病形式包含电梯在呈现毛病时做出反响，保证电梯安全运转；群控形式包含多梯运转时使得耗能最少，抵达节能环保的意图。
软件架构图如下：
软件架构图
3.4 体系软件流程
该体系选用Linux操作体系作为电梯中心操控器的软件渠道。运用层是整个体系的中心操控层。咱们在该层完结电梯的首要功用，选用优先调度的算法，完结电梯各种运转状况间的转化。一旦呈现毛病体系便转化到毛病模块对各种毛病进行处理；存在呼梯信号时体系便转化到群控模块；长时刻没有接纳到呼梯信号时体系便转化到休眠状况。
该体系的主程序和毛病模块流程图如下：
（1）主程序流程图如下：
（2）毛病模块
毛病模块流程图
（3）群控模块：
电梯群控体系派梯调度算法流程如下：
（1）更新呼梯信号序列，经过交通流形式识别模块获取当时交通流形式并确认调度战略。
（2）经过交通流数据收集模块获取当时电梯运转状况数据。
（3）对呼梯信号序列中的每一个呼梯信号核算其每台电梯呼应的可信度。
（4）当电梯产生客流量或呼梯信号改变则跳转到（1）
电梯群控体系调度图
3.4 体系估量完结成果
（1）在长途操控体系的监督器上可以精确的显现每个电梯的压力、电流、速度等信号改变图画
（2）长途操控体系可以实时监控电梯状况
（3）长途操控体系能得到电梯的能耗状况
（4）轿厢显现屏能显现当时电梯运转状况
（5）轿厢显现屏能显现电梯运转时预估量抵达意图层的时刻
（6）报警成功时报警指示灯能成功被点亮
