电梯智能化控制硬件电路架构方案设计及应用.pdf

第3 6 卷第3 期 2O O7 年6 月 上海师范大学学报( 自然科学版) J o u m a lo fs h 趴g l a iN o 册a 1u n i v e r s i 哆( N a t u r a ls c i e n c e s ) V 0 1 3 6 N o 3 2O 07 J u n 电梯智能化控制硬件电路架构方案设计及应用 朱品昌，黄龙，倪继锋 ( 上海师范大学机械与电子工程学院，上海2 0 1 4 1 8 ) 摘要：以楼宇门禁对讲系统为基础，对楼宇电梯运行模式改进为智能化控制模式，使电梯设 备达到最佳运行状态，并能结合安全防范需要来控制楼宇内各类人员的不同活动范围，从而保 证用户的生命和财产的安全给出了一套比较经济实用、安全可靠的电梯智能化控制硬件电路 的架构和实施方案，介绍了改善系统通讯响应实时性的有效措施 关键词：智能化控制；门禁对讲系统；电梯控制输出器 中图分类号：四2 0 3文献标识码：A文章编号：1 0 0 0 - 5 1 3 7 ( 2 0 0 7 ) 0 3 枷5 6 _ 0 5 O引言 随着社会的发展，人们对住宅和办公大楼综合功能的要求也在不断提高，安全舒适、环境优雅、物业 管理科学化、智能化等是重要的指标现代化的住宅和办公大楼，其内部设备繁多复杂，靠人工进行控制 调整往往不能使设备达到最佳运行状态，也无法保证用户的生命和财产的安全，智能化控制各种运行设 备势在必行作者与西班牙弗曼科斯公司上海总部的技术人员合作，在楼宇门禁对讲系统基础上针对电 梯运行智能化控制问题作深入地研究，参与其技术开发工作，给出了一套比较经济实用、安全可靠的硬 件电路架构方案经过2 0 多家客户单位的多年使用，其独特的设计、运行的高可靠性、高雅的外观与款 式赢得了广泛的赞誉及认同 1 主要结果 高档住宅和办公大楼电梯的智能运行、安全防范是一项关系到用户生命和财产安全、电梯设备能否 达到最佳运行状态的重要课题电梯运行除了发挥正常的运载功能外，还必须有效地控制大楼内各类人 员的活动范围，在人防的基础上加上电梯的智能化控制将是发展的必然趋势随着现代探测技术、通讯 技术以及计算机网络技术的发展，目前电梯智能化控制的实施方案有很多，有电梯厂商通过电梯的输出 程序实现控制，也有门禁对讲系统通过其功能扩展来控制电梯，而后者在国内还是较少的基于楼宇门 禁对讲系统的电梯智能化控制系统是根据现代智能家居及安防的要求，通过专用模块( 电梯控制输出 器) ，对大楼各楼层进行电梯控制，有效控制楼内人员活动范围，同时也可限制住户与访客达到的楼层 对住户而言通过电梯轿厢内的门禁对讲系统感应卡，刷卡后给电梯一个信号，住户卡内一般通过软件程 序已经设置了该住户的活动权限，使电梯只能到达活动权限范围内的指定楼层，并且尽可能地避免与陌 生人一起乘电梯所带来的不安；对访客而言，通过大厅门口机呼叫住户，住户首先通过可视对讲电话看 收稿日期：2 0 0 7 0 4 旬3 基金项目：西班牙弗曼科斯公司上海总部技术开发部，电梯智能化控制系统研发项目经费 作者简介：朱品昌( 1 9 6 3 一) 男，上海师范大学机械与电子工程学院讲师；黄龙( 1 9 8 2 一) ，男，上海师范大学信息化 办公室；倪继锋( 1 9 7 5 一) ，男，上海师范大学机械与电子工程学院实验师 万方数据 第3 期朱品昌，黄龙，倪继锋：电梯智能化控制硬件电路架构方案设计及应用 5 7 到来访者的图像并经住户确认后，访客获得所访住户的允许，住户开启单元电控锁的同时输出一个信号 给电梯控制器，访客被准许使用电梯，且电梯只能到达被访者所在的楼层若多个访客均已获得自己所 访住户的允许，同时进人了电梯，则逐个送达不同的被访者所在的楼层但若访客到达了被访者所在的 楼层而没有走出电梯，跟随其他人到了另外的楼层，则他必须通过电梯轿厢内的门禁对讲系统再次呼叫 所访住户，重新获得所访住户允许，才能到达被访者所在的楼层否则超过时限，他只能返回大厅门口人 口处当断电或火警等紧急情况发生时，电梯控制输入器可选择特殊工作模式，即不需要出示感应卡就 可自由使用电梯这些功能从多方面、多角度进行了电梯智能化控制，真正实现住宅和办公大楼的全面 智能化管理 2 电梯智能控制的硬件架构及原理 通过门禁对讲系统的总线连接至电梯控制 器，在刷卡或住户开门的同时报警输出器输出一 组干触点信号，连接至电梯轿厢的按钮，如图1 所 示本设计只是对电梯轿厢电源及按钮进行控制， 不改变电梯的工作程序，只增加了控制电梯的使 用权限所以电梯控制系统与门禁对讲系统的兼 容是很容易实现的电梯控制器输出的是无源触 点信号，不会对电梯及其他设备系统造成干扰和 损坏，子电路即使发生故障也容易查找问题根源 并能及时排除 2 1 电梯智能控制的电路架构 实现电梯智能化控制的硬件架构主要 有3 部分，原理见图2 所示业主的门禁对 讲感应读头及室内可视话机、电梯的门口 机、楼层内电梯控制输出器3 个模块通过 总线形成一个整体可视门口机主要是方 便访客来访时使用；业主也可通过可视门 口机内的门禁读头刷卡进入单独的门禁 对讲感应读头，可以放置于电梯轿厢内，也 可放置于电梯轿厢外边，供操纵电梯使用， 实现住户和访客进出控制 2 2 门禁感应读头 门禁感应读头采用非接触式线圈感应 技术，无线射频方式刷卡，不需连线，甚至 把卡放在钱包里也能刷卡( 最远距离 8 c m ) ，当I D 卡靠近感应线圈时，读头系统 会自动识别卡内码，每张卡具有唯一的内 码射频电路完成读写设备与卡的通信，能 L 胛P U s 舳I r r I D N s P A N E L - 前昏_ I 抛 图l电梯智能控制系统原理图 图2 系统硬件组成框图 量转换模块用来接收射频信号并提供卡片在工作时所需的时钟信号和电源能量，其原理是R F I D 射频 识别技术门禁感应读头的工作电压为D C l 2 V ，静态电流为5 5 m A ，最大输出工作电流为2 5 0 m A ，工作温 度范围为一1 0 6 0 非接触式I D 卡工作在l M H z 一3 0 M H z 的频率范围，该波段信号具有穿透能力 强、携带能量高、易识别等特点 万方数据 上海师范大学学报( 自然科学版) 2 0 0 7 年 门禁感应读头电路中R s 一4 8 5 接口芯片S N 7 5 1 7 6 B P ，采用单电源+ 3 5 V 一+ 5 5 V 与普通R s 一 4 8 5 接口芯片相比，能抗雷击，可承受高达8 k V 的静电放电，片内集成4 个瞬时过压保护管，承受高达 4 0 0 V 的瞬态脉冲电压一般环境下不需要外加保护电路，可直接与传输总线相接芯片在输入端开路时 输出为高电平，能保证不影响系统的正常工作S N 7 5 1 7 6 B P 的输入阻抗为R S 一4 8 5 标准输入阻抗的2 倍( 2 4 k Q ) ，故总线上最多可连接6 4 个接口芯片带有限制斜率抖动电路，使输出信号边沿不会过陡， 避免传输线上过多的高频分量，扼制高频电磁干扰若某个感应读头的4 8 5 芯片被击穿短路，为防止对 总线中其他读头通信的影响，电路在芯片的输入端串联2 个1 0 欧姆的电阻R 1 8 ，R 1 9 考虑到区域气候 差异及建筑的防雷措施不同，增加2 个防雷管T R l ，T R 2 使本模块电路故障时不影响系统的通信 2 3 电梯控制输出器结构框图、工作原理 电梯控制输出器通过R S 一4 8 5 总线与系统相连，每个电 梯控制输出器有8 个无源输出节点信号( 控制8 个楼层，采 用3 位数的编码方式) ，也可通过专用软件设置，在开门时使 电梯控制输出器对应的输出点有信号输出，主动呼叫电梯的 系 主控制器电梯控制输出器结构框图如图3 所示，电梯控制 输出器的部件外形如图4 所示通过R S 一4 8 5 总线连接，总 线收发器将信号送人单片机进行处理，然后根据指令使对应 端口的继电器输出信号对电梯进行智能化控制 电梯控制输出器适用楼宇门禁对讲系统 的电梯联动控制它有8 个传感器输出端，可 根据实际需要对输出端进行设置，N O ( 常 开) 传感器断开或N c ( 常闭) 传感器连接 输出器可以设置成同步电梯控制( 一旦侦测 到传感器启动，立刻把信号送至中心控制器) 或延时电梯控制 经过一段设定的时间5 ( 儿 一1 ) s 后，n 取2 2 5 5 ，传感器启动触发计时 器，把启动信号送至中心控制器 它的工作 电压为D C l 2 V ，工作电流为1 6 0 m A ，继电器 接点电压为A C 2 2 0 V 或A C l l 0 V ，继电器接点 电流为2 A ，温度范围为一1 0 + 6 0 状 态指示灯指示电梯控制输入器状态“熄 灭”：电梯控制输人器尚未编号，无法使用，也 是在非受控的状态下；“常亮”：电梯控制输 入器处于编程状态；“闪烁”：电梯控制输入 器已经编过号，正在工作 世雾一 掣崦 倒 图3电梯控制输出器原理框图 至下一个控制器的总线接线端 从前一个控制器或中央控制器的总线接线端均使用6 芯总线， 内部是相通的，目的使现场接线方便 P G M 编程按钮用红色指示灯表示 输出接线端，至电梯的按钮 各路状态指示灯，当有电梯控制信号输出时，指示相应的楼层输出 电梯控制输入器标签 P c 编程测试连接口( 在盖子下) 应急跳线允许释放所有继电器，即在特殊情况下可通过此跳线 使电梯输出器强制输出，电梯运行 图4 电梯控制输出器外观图 楼宇门禁对讲系统是一个复杂的电子系统，需要通过R S 一4 8 5 总线进行数据传输，然后进行解码， 通过专门语音线传输双方通话本文只介绍电梯智能控制的电路架构，其控制系统中的对讲地址编码、 解码器和软件编程就不再详细描述 2 4 系统电源选择及D E 控制端的设计 单片机结合R s 一4 8 5 组建的测控网络，一般采用各节点独立供电方案，电源线不能与R s 一4 8 5 信 号线共用同一多芯电缆，信号线宜选用截面积0 5 m m 2 以上的双绞线选用线性电源T L 7 5 0 L 0 5 时必须 有输出电容抑制和改善不稳定现象，否则其输出端的电压为锯齿波形状，影响直流稳压电源的输出 特性 万方数据 第3 期朱品昌，黄龙，倪继锋：电梯智能化控制硬件电路架构方案设计及应用 5 9 系统均采用R S 一4 8 5 标准进行半双工异步通信总线的数据通信，系统任一时刻只能有一个节点处 于发送状态并向总线发送数据，其余节点都必须处于接受状态若有2 个或2 个以上节点同时向总线发 送数据，将导致所有发送方的数据发送失败各节点硬件电路设计时，都力求避免多点发送数据而导致 总线数据冲突的情况电路将控制R s 4 8 5 总线接口芯片S N 7 5 1 7 6 B P 的发送引脚设计成D E 端的反逻 辑，即控制引脚为逻辑“1 ”时，D E 端为“O ”，控制引脚为逻辑“0 ”时，D E 端为“1 ”同时，当一个节点有数 据需要发送时先侦听总线，方法是在硬件接口上将R s 一4 8 5 芯片的数据接收引脚反相后接至c P u 的中 断引脚I N 当总线有数据传输时，S N 7 5 1 7 6 B P 的数据接收端( R 端) 表现为变化的高低电平，利用其提 供c P u 下降沿中断( 也可采用查询方式) ，能得知此时总线上有节点正在通信一“忙”如果“空闲”，则 可以得到对总线的使用权限，较好地解决了总线冲突问题在此基础上定义各种信息的优先级，使高优 级信息优先发送，进一步提高系统的实时性这种工作方式的系统中已经没有主、从节点之分，各节点对 总线的使用权限是平等的，有效避免个别节点通信负担较重引起总线系统通信阻塞的情况，总线利用率 和系统通信效率都得以提高即使系统的个别节点发生故障，也不影响其他节点的正常通信和工作，增 强了系统通信的实时性、可靠性和稳定性 3 应用实例 电梯智能化控制在许多高档小区和办公大楼已实际使用，如上海浦东的仁恒滨江花园、城市经典一 期、江临天下，浦西的虹桥东苑、瑞嘉苑、永新城三期等项目系统运行的控制效果很好，得到了广大房地 产商、业主及物业的赞许以上海浦东仁恒滨江项目为例，具体说明电梯智能化控制在实施过程中的情 况如图5 为项目设备安装标识图 人口o ：大堂人口，访客可通过门口机呼叫住户；如果大堂门是打开的，访客可直达电梯1 ； 入口l ：住户可刷卡从大堂入口l 进入并直接控制电梯1 ； 入口2 ：住户可刷卡从大堂人口2 进入并直接控制电梯2 ； 人口3 ：住户可刷卡从地下车库直接进入并控制电梯2 ； 电梯电梯 L i f t lL i f t 2 顶层天台 第十二层 第十一层 第十层 第九层 第八层 第七层 第六层 C L U B 第五层 第四层 第三层 第二层 入口O 入口l主层 入口3 入口2 地下车库 图5 设备安装标识图 住户刷卡后有2 0 s 时间进入电梯，访客获得住户确认允许后将有2 m i n 时间进人电梯考虑到从大 万方数据 6 0 上海师范大学学报( 自然科学版) 2 0 0 7 年 堂入口走到电梯的时间，以及恰巧电梯刚启动开走的情况，此时的时间要从电梯从底层运行到顶层往返 的最长时间来计算，可以根据实际时间参数通过软件菜单来输入调节由于每个电梯控制输出器输出8 路信号，即控制8 个楼层面的门禁读头，现场包括地下车库在内共1 4 个楼层，一部电梯至少要用2 个电 梯控制输出器，现场2 部电梯至少要用4 个电梯控制输出器，考虑备用等需要，系统用5 个电梯控制输 出器( 图中5 号为备用) 对于用户登记中楼层号是用1 2 位英文字母表示的楼层号，电梯控制选项中 的楼层号转化表可以把电梯控制输出器与楼层号自动对应起来例如有位住户在主层，它的楼层字符显 示值“M F ”，在转化表中必须定义“MF ，楼层相对应于电梯控制输出器1 的1 0 1 和电梯控制输出器3 的 3 0 l 号因此用字母定义的楼层号，如T E ，M F ，G R ，c B 等都能将它们转换为软件可以识别的数字1 3 ，0 1 ， o o ，0 6 等 5 结论 基于楼宇门禁对讲系统的电梯智能化控制系统，不仅可对大楼各楼层进行电梯控制，有效控制楼内 人员活动范围，而且也可限制访客达到的楼层和限制住户可达到的楼层其硬件架构方案设计上达到了 布线简单、价格低廉、控制方便，可靠实用等要求，并提高了系统通信响应的实时性，增强其可靠性和稳 定性经2 0 多个客户单位现场使用，性能稳定，运行可靠，满足现场的控制要求，实现了电梯的智能化控 制运行 致谢：西班牙弗曼科斯公司上海总部技术开发部经理牛孝峰同志及全体开发部成员，在本项目科研 合作期间给予的许多支持与帮助 参考文献： 1 靳秀凤中国安防产品 z 2 0 0 6 2 亚视通咨询国际智能建筑 z 2 0 0 5 3 朱德文，张崇庆升降机运行与控制 M 北京：中国电力出版社，2 0 0 6 4 r Y P ES N 7 5 1 7 6 D a t at r 锄s l I l i s s i o nc i r c l l i t sd a t ab o o k ( v 0 1 1 ) z T e x 船I I l s t 咖e n tI n c ，1 9 9 5 ：5 5 7 5 6 7 5 李惠异电梯控制技术 M 北京：机械工业出版社，2 0 0 5 6 王东平低功率转换数率限定的R s 一4 8 5 R s 一4 2 2 收发器 J 电子技术，1 9 9 5 ( 7 ) 7 行业标准社会公共安全技术防范标准汇编 s G A T 2 6 9 ，2 0 0 l ：1 3 0 1 4 1 C i r c l l i ts c h 哪ea n da p p l i c a t i o no fi n t e U i g e n te l e V a t o rc o n t r o l l e r Z H UP i n c h a n g ，H U A N G1 0 n g ，N IJ i f e n g ( C o u e g eo fM e c h 肌i c a l 蚰dE l e c t r o n i cE n 舀n e e r i n g ，S h 锄g h a iN O H I l a lu n i v e 瑙i t y ，S h 舳g h a i2 0 1 4 1 8 ，C h i n a ) A 1 嘲：聃c t ：B 嬲e do nt h eb u i l d i r I gta ：u cs y s t e m ，蚰i n t e u i g e n te l e v a t o rc o n t r o l m o d ei sa d o p t e di nt h ec o 姗o ne l e v a t o rm n - m o d e ，s o t I l a tt l l ed e v a t o rw o l l l db ei nt h eb 鹤tm n I l i n g s t a t e I tc 肌咖r I i t o rv a r i o u sk i n d so fp e o p l e 蚰da r e 鲴o ft h e i ra c t i v i t i e s 1 1 1 a ti n s u r e s t h es a f e t yo fu s e r s T 1 1 i sd e s i g nc 蚰i I 印r o v et h er e a lt i I n ec o m m 删c a t i o ne f f e c t i v d y ，e r I l l 肌c et I l eb u i l d i n g s s a f e t ya J l di t i sa l s o8 J 1 e c o n o I l l i c a ls c h e m e K e yw o r d s ：i n t e l l i g e n te l e v a t o rc o n t m U e r ；b u i l d i n g8 p e a k ss y s t e m ；e l e v H t o rc o n t r o U e ro u t p u t ( 责任编辑：任芳萍) 万方数据 电梯智能化控制硬件电路架构方案设计及应用电梯智能化控制硬件电路架构方案设计及应用 作者：朱品昌， 黄龙， 倪继锋， ZHU Pin-chang， HUANG long， NI Ji-feng 作者单位：上海师范大学,机械与电子工程学院,上海,201418 刊名： 上海师范大学学报（自然科学版） 英文刊名：JOURNAL OF SHANGHAI NORMAL UNIVERSITY(NATURAL SCIENCES) 年，卷(期)：2007,36(3) 被引用次数：1次 参考文献(7条)参考文献(7条) 1.靳秀凤 中国安防产品 2006 2.亚视通咨询.国际智能建筑 2005 3.朱德文;张崇庆 升降机运行与控制 2006 4.TYPE SN751