（测试计量技术及仪器专业论文）基于嵌入式linux的网络化电梯远程监测系统.pdf

浙江天擎硕 ? 学位论文 摘蟹 摘要 本文提出并研究设计了一种基于嵌入式l i n u x 的网络他惫梯遮稷监测系统。 该系统在3 2 馒嵩性能嵌入式处理器翻嵌入式l i n u x 操作系统蛇基础上设诗实现。 剃耀该系统可戳通过i n t e r n e t 对分东在避雾备媳的邀梯状态进稽监测，变毫梯 被动维护为主动维护，为电梯安全稳定的运行提供了可靠的谦证。 第一章综合论述了本文研究王律昀意义和魄梯远程溢测系统以及嵌入式系 统、嵌入式l i n u x 的发展现状。 第二章对本文提融的基于嵌入式l i n u x 的两络纯电梯远程监测系统进行了 详细的功能分析。摸半透过网络实现熬动报警与远程监测是本系统功能的灵魂所 在。净y 一“ 第三章介缮7 系统开发环境鞠所耀的缡稷技术。硬僚设计的核心楚嵌入式处 理器m 1 ： c 8 5 0 ，软释懿拜发警裔是嵌入式l i n u x 操作系统。f 所魇到的主要编程技 术有多线程技术、s o c k e t 编糕技术和设备驱动程序。 、，一一、 第蠲章详细介绍了系统的软件设计。软件的实现亩实时钰务模块、阏络通讯 模块、串隧逶讯模块、设备驱动模块等组成。 ，第五露给出了本文研究的主要结论，并对系统进一步的优化工佟进行展望。， j - i 关键词：皇登远堡鉴塑墨冀蹩垒燮i n t e r n e t ，蹩, 一绁l i n u _ x _ ，。- _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ * - _ 一4 “一“一。 ，4 一 鉴查堂堡主兰垡丝苎 ! ! ! 坠! ! a b s t r a c t i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，a ne l e v a t o r m o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do ne m b e d d e d l i n u xi sp r o p o s e da sw e l la sd e s i g n e d t h i ss y s t e mi sd e v e l o p e db a s e do n h i g hp e r f o r m a n c ee m b e d d e dp r o c e s s o ra n de m b e d d e dl i n u x b yt h i ss y s t e m w ec a nm o n i t o rt h es t a t u so fe l e v a t o r sa l lo v e rt h ew o r l dt h r o u g hi n t e r n e t i nc h a p t e r1 ，ac o m p r e h e n s i v ed e s c r i p t i o na b o u tt h es i g n i f i c a n c eo f t h er e s e a r c hw o r ki sg i v e n t h ec u r r e n tr e s e a r c hs t a t u so fr e m o t ee l e v a t o r m o n i t o r i n gs y s t e m ，e m b e d d e ds y s t e m ，a n de m b e d d e dl i n u xi sa l s od e s c r i b e d i nc h a p t e r2 ，t h ef u n c t i o n so ft h i ss y s t e ma r ed i s c u s s e di nd e t a i l a u t o m a t i ca l a r ma n dr e m o t em o n i t o r i n gb yi n t e r n e ta r ek e yf u n c t i o n s i n c h a p t e r3 ，ad e s c r i p t i o na b o u tt h ed e v e l o p p i n ge n v i r o n m e n ta n d p r o g r a m m i n gt e c h n i q u e s a r e g i v e n t h eh a r d w a r e i s d e s i g n e db a s e do n e m b e d d e dp r o c e s s o r ，w h i l et h es o f t w a r ei sd e s i g n e db a s e do ne m b e d d e dl i n u x m u l t i - t h r e a dt e c h n i q u e ，s o c k e t p r o g r a m m i n ga n dd e v i c ed r i v e ra r em a i n t e c h n i q u e su s e di nt h es y s t e m i nc h a p t e r4 ，t h es o f t w a r ed e s i g no ft h es y s t e ma r ed i s c u s s e di nd e t a i l t h es o f t w a r ei s c o m p o s e d o fr e a l t i m e m o d u l e ，n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n m o d u l e ，s e r i a lc o m m u n i c a t i o nm o d u l e ，d e v i c ed r i v e rm o d u l e ，a n ds oo n i nc h a p t e r5 ，t h em a i nr e s e a r c hc o n c l u s i o ni ss u m m a r i z e d t h ep r o s p e c t o ff u r t h e rr e s e a r c hi sa l s op r o p o s e d k e y w o r d ：e l e v a t o r ，r e m o t em o n i t o r i n gs y s t e m ，e m b e d d e ds y s t e m ，i n t e r n e t e m b e d d e dp r o c e s s o r ，e m b e d d e dl i n u x 浙江大学硕b 学位论文 致谢 致谢 喙9 3 7 3 7 衷心感谢我的指导老师陈耀武教授。在两年半的硕士学习阶段， 始终得到陈老师的热情关怀和精心指导。一直以来，陈老师在学习、 工作、生活等多方面给予了我诸多帮助与关怀，为我创造了一个良好 的学习环境以及许多难得的锻炼机会。陈老师渊博的学识、丰富的经 验、严谨求实的治学态度、忘我的工作精神使我受益终身。硕士学业 即将完成之际，谨向陈老师致以最衷心的谢意。 衷心感谢汪乐宇教授对我学业的关心与支持，为我完成学业提供 了一个良好的工作环境。 衷心感谢周泓老师与耿晨歌老师的无私帮助与指导。 衷心感谢同窗周凡、宋盛旭、吴晓莉。在实验室的工作与学习过 程中，他们始终给予了我极大的帮助。衷心感谢周文字、徐力、周昌、 武鹏、李志华、曲林等师弟对课题完成的大力支持。没有他们的全心 投入，课题无法顺利完成。衷心感谢众多支持我、关心我的朋友。在 我遇到困难的时候总能得到他们的帮助。 最后，我要特别感谢我的父母及家人，他们始终如一的关怀和鼓 励使我能够顺利完成学业。 许俊 二三年二月亏求是园 鲨坚壁堡主兰堡丝苎 笙二兰笪堡 第一章绪论 1 1 电梯监测系统现状 远程监控是指通过电话线路或专用线路，有关人员通过设在电梯维修服务中 心的计算机( 以下简称服务器) 对分布在各地的电梯进行远程的监视及操作“。，。 目前各大电梯公司和机电公司都致力于电梯远程监测系统的研制与开发。如美国 o t i s 电梯有限公司提出的r e m ( r e m o t ee l e v a t o rm o n i t o r i n gs y s t e m ) ，上海永 大机电工业有限公司开发的全中文远隔监控系统都是比较成功的例子。其中美国 o t i s 电梯有限公司提出的r e m 目前已经推出了r e m 5 0 “”，r e m 在北美数干台电 梯中安装运行并取得了相当好诊断监测效果，大大减少了电梯故障的发生率：上 海永大机电工业有限公司开发的全中文远隔监控系统“”曾在台湾地区广泛使用， 在大陆电梯行业中率先推出具有中国特色的中文版远隔监控系统。国内的一些电 梯公司和机电公司在电梯远程监测系统方面也有新的发展。比如珠海市阿尔法有 限公司研制开发了“阿尔法电梯远程监控系统”，上海新时达有限公司推出 “s e m - 9 6 c 远程监控系统”“”是其中较为典型的例子。 这些系统集通讯、故障诊断、微处理机为一体1 ，工作原理大体相同：用户 端系统时刻监视电梯的运行状态；当电梯发生故障时，用户端系统对该信号进行 处理，然后通过公用电话网，自动拨通中心端系统，将故障信息在中心端系统监 视界面以窗口方式显示并报警：中心端系统软件对用户端系统传送来的故障信息 及其它如电梯运行次数、运行时长等信息进行分析，整理归类提供给人员，也可 由中心端系统对目的电梯进行动态监控。 远程服务对用户的受益是显而易见的，电梯的远程监控不仅使用户得到一个 部件，而且使用户享受到一整套的服务。电梯远程服务中心就能时刻监测到电梯 的状态，对电梯发生的故障明确及时进行处理，甚至可以根据电梯运行的状态预 先得知可能出现的故障信息，并将其排除在发生之前。以这样一种变被动维护为 主动维护方式来维修保养电梯，相对于传统的维保方法一方面其维修效率大大提 高，电梯故障发尘率将大大降低；另一方面可以大大降低电梯维保费用。这种预 保养式的售后服务方式在国外是深得用广n 勺信赖的，这也将是我囡咆梯1 ：、k 技术 发展的一个重要办向“1 。 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 但是上述系统的监测中心均采用m o d e m 拨号方式，通过公用电话线同现场监 测系统进行点对点通信。这种通信方式，一方面监测中心需使用许多电话线路建 立m o d e m 池；另一方面，长途电话费带来很大的系统运行成本。 很显然，i n t e r n e t 远程连接网络和i n t e r n e t 技术是今后一段时间内任一种 计算机系统的必然发展趋势。上文提到的远程监测系统，并没有很好地适应这一 发展趋势，也没很好地利用网络这一宝贵资源。因而在电梯的实时监控和动态维 护方面仍有一些欠缺，而且不能适应当今电梯行业发展的需要。 1 2 嵌入式系统的现状 嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。简单的说 就是系统的应用软件与系统的硬件一体化，类似与b i o s 的工作方式。具有软件 代码小，高度自动化，响应速度快等特点。特别适合于要求实时的和多任务的体 系。从功能应用特征上定义，嵌入式系统则是以应用为中心、以计算机技术为基 础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要 求的专用计算机系统。 嵌入式系统已经在家庭和工业的各个领域得到了应用，因为计算机芯片是嵌 入在有关的设备中的，所以没有自己独立的外壳。目前大多数嵌入式系统还处于 单独应用的阶段，以m c u 为核心，与一些监测、伺服、指示设备配合实现一定的 功能。在一些工业和汽车应用中，为了实现多个m c u 之间的信息交流，利用c a n 、 r s 一2 3 2 、r s 一4 8 5 等总线将m c u 组网，但这种网络的有效半径比较有限，并且一 般是孤立于i n t e r n e t 以外的。 二十一世纪无疑是一个i n t e r n e t 时代，这一时代的到来正在不可避免地逐 步改变人们日常的工作、学习和生活习惯，以手持电脑、机顶盒、网络电话、住 宅网间连接器等为代表的移动办公设备和家庭网络产品将在不久的将来形成时 尚，在未来的信息社会中扮演重要的角色。嵌入式系统接入i n t e r n e t 是一种必 然的发展趋势。嵌入式系统连接到i n t e r n e t 上面，可以方便、低廉地将信息传 送到几乎世界上的任何一个地方“。利用该技术，能够将i n t e r n e t 延伸到嵌入 式系统，并实现基于r n t e r n e t 的远程数据采集、远程控制、自动报警! h y i ? f 钱数抓文件、 i 动发送u m t i i l 等功能，为 s t ( i n t e r t l e s e n s o rt e c h n o l t g y ! 堕盔兰堡主堂堡垒壅 整二童堕堡 网络传感器技术) 、h v a c ( 家庭环境自动控制) 、信息家电、工业自动化( 制药】： 业过程控制、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统) 、局部环境 自动监测、智能小区管理、网络自动抄表、高速公路出入口管理、p o s 网络及屯 子商务等技术的应用与发展提供了技术保证。如下图： 图1 1 嵌入式i n t e r n e t 的应用 将嵌入式系统与i n t e r n e t 结合起来的想法其实很早以前就有了，主要的困 难在于，i n t e r n e t 上面的各种通信协议对于计算机存储器、运算速度等的要求 比较高，而嵌入式系统中除部分3 2 位处理器以外，大量存在的是8 位和1 6 位 m c u ，若支持t c p i p 等i n t e r n e t 协议将占用大量系统资源，或根本不可能“。 因而采用高性能的嵌入式处理器成为设计嵌入式i n t e r n e t 系统的关键。随着技 术的不断发展，高性能的嵌入式处理器不断涌现，如i 蹦p o w e r p c ，m o t o r o l a p o w e r p c ，i n t e lx 8 6 ，m i p s ，a r m 等系列。因此采用高性能的嵌入式处理器设计 嵌入式i n t e r n e t 成为可能。 1 3 嵌入式l i n u x 的现状 随着嵌入式系统的发展，提出了对嵌入式实时操作系统的需求。于是出现了 很多商用的产品，如v x w o r k s 。p s o s ，q n x ，n e c u l e u s 和w i n d o w sc e 等。这些商 用的操作系统虽然功能强大，任( 足价格昂贵。而h 协议栈等等门：发资源酃是，【_ 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 应的公司提供的，使得开发者受制于提供操作系统的公司。 l i n u x 的出现打破了这一局面。l i n u x 是一种在网络上产生的操作系统，他 的产生来自于一名芬兰学生l i n u st o r v a l d s 的业余爱好。在网络上l i n u x 的开 发成为众多人热衷的项目，使得l i n u x 在短期内就成为了一个稳定、成熟的操作 系统。而且，l i n u x 的开发都是在g p l ( g n up u b l i cl i c e n s e ) 的版本控制之下， 因此l i n u x 内核的所有源代码都是采取开放源代码的方式。 将l i n u x 作为一个嵌入式操作系统具有许多的优点“”： 1 ) 系统稳定 l i n u x 是源代码开放软件，不存在黑箱技术。遍布全球的众多l i n u x 爱好者 又能给予l i n u x 开发者强大的技术支持。因此l i n u x 是所有p c 操作系统中最可 靠且稳定的一种，其内核也是如此。 2 ) 功能强大 由于拥有众多的开发者，使得l i n u x 具有非常强大的功能，它支持多种总线， 接口及设备，支持几乎所有的文件系统，它还能提供多种完善的图形界面解决方 案。 3 ) 支持多种硬件平台 l i n u x 可以非常稳定地运行在许多种体系结构的处理器上。最新的l i n u x 内 核支持i n t e lx 8 6 、m o t o r o l a i b mp o w e r p c 、c o m p a q ( d e c ) a l p h a 、i a6 4 、s 3 9 0 、 s u p e r h 等微处理器体系结构。 4 ) 简单易用且开发资源丰富 l i n u x 的系统界面和编程接口和传统的u n i x 类似，大量在u n i x 下的程序员 可以很方便的从u n i x 环境转移到l i n u x 环境下来。同时网络上还有大量的针对 l i n u x 的开发资源，这些资源绝大多数都是开放源代码的。这使得基于l i n u x 的 开发非常方便。 5 ) 使用成本低 l i n u x 是免费软件，只要遵守g p l ( g n ug e n e r a lp u b l i cl i c e n s e ) 的规定， 就可以免费获得拷贝。l i n u x 下有同样遵循g p l 规定的c 、c + + 、j a v a 等等一系 列的软件工具丌发包，从功能角度上看并不亚于商用丌发包，同时可以极大的降 低j l ：发成本。 兰鬯型塑堑生堂塑 塑二翌缝笙 6 ) 文档完善 l i n u x 有非常多的文档支持，从为初学者准备的各种教程到非常详细的联机 帮助文档al i n u x 是互联网充分发展的产物，许多关于l i n u x 的文档都可以在 i n t e r n e t 上找到和下载。l in u xd o c u m e n tp r o j e c t 是为l i n u x 提供系统化的文 档支持的项目，在世界上许多程序员和用户的帮助下，它已经收集了非常详细的 系统文档和使用文档。 7 ) 强大的网络功能 l i n u x 操作系统最突出的是网络部分，基本上所有的网络协议和网络接口都 可以在l i n u x 上找到，l i n u x 内核比标准的u n i x 更加高效地处理网络协议，系 统的网络吞吐性能非常好。 8 ) 模块化的结构 l i n u x 的内核模块可以根据需要加载和卸载。而内核本身的裁剪也是很容易 的。这使得开发者可以很方便的针对特定的应用来定制一个操作系统。 目前，国外不少大学、研究机构和知名公司都加入了嵌入式l i n u x 的开发工 作，较成熟的嵌入式l i n u x 产品不断涌现，较著名的系统有： r t l i n u x ( r e a l t i m el i n u x ) 由美国新墨西哥理工学院开发的基于标准l i n u x 的嵌入式操作系统。它提供 了一个精巧的实时内核，并把标准的l i n u x 核心作为实时核心的一个进程同用户 的实时进程一起调度，这样做的好处是对l i n u x 的改动量最小，充分利用了l i n u x 平台下现有的丰富的软件资源。 u c l i n u x u c l i n u x 被设计用来应用于微控制领域。它的最大的特征是没有m m u ( 内存管 理单元模块) 。因此很适合那些没有m m u 的处理器，例如a 眺7 t d m i 等。u c l i n u x 内核的二进制代码和源代码都经过了重新编写，以紧缩和裁剪基本的代码。这就 使得u c l i n u x 的内核同标准的内核相比非常之小，但是它仍然保持了l i n u x 操作系 统常用的a p i 、小于5 1 2 k 的内核和相关的工具。操作系统所有的代码加起来小于 9 0 0 k b 。 【 | e i ( 、( ，1 1i in t l x 塑垩查堂塑主兰竺堡苎 丝= 里笪笙 b l u e c a t l i n u x 是l y n u x w o r k s 公司开发的专用于嵌入式实时领域的应用丌= 发 产品。它的开发环境是一个完整的开发、调试及服务体系，为嵌入式实时应用程 序的开发提供了品种繁多的开发工具和性能分析工具，例如：交叉编辑器 g c c g + + ，内核裁剪工具m k i m a g e ，调试工具如源代码级系统调试工具t o t a l d b ， 内核调试工具s k d b 。b l u e c a tl i n u x 提供了丰富的支持许多种嵌入式处理器的板 级支持包b s p ，大大地缩短了产品投入市场的时间 m o n t a v is t al i n u x 这是m o n t a v i s t a 公司针对嵌入式设备度身定制的实时的专业的嵌入式设备 操作系统。它针对嵌入式设备的处理器、存储器资源有限的特点，在不减少新内 核对嵌入设备有利的特性的基础上，对l i n u x p q 核进行高度裁减、配置。 m o n t a v i s t al i n u x 广泛地支持各类嵌入式处理器体系结构、c p u 板卡以及软 件组件，支持各类嵌入式应用，为通信基础设施、网络、消费电子、仪表以及工 控设备提供标准的嵌入式l i n u x 平台。m o n t a v i s t al i n u x 包括k d e v e l o pi d e 、目 标配置工具( t a r g e tc o n f i g u r a t i o nt 0 0 1 ) 、库优化工具( l i b r a r yo p t i m i z e r t 0 0 1 ) 。另外，它还提供超过2 1 5 个应用软件包。 m o n t a v i s t al i n u x 另外一个重要的改进在于跨平台开发，它支持1 4 个主机开 发环境，包括r e dh a t 、y e l l o wd o gl i n u x 、s u s e 、m a n d r a k e 、s o l a r i s 以及v m l v a r e o nw i n d o w sn t 2 0 0 0 。 1 4 课题的提出及意义 在现代社会和经济活动中，电梯已是城市物质文明的一种标志。在高层建筑 中，电梯是不可缺少的垂直运输设备，没有电梯的高楼就像没有汽车的公路样 让人难以想象。随着高层建筑的不断涌现，电梯的应用也就日益广泛和频繁。我 国最高的建筑金茂大厦主楼高8 8 层，如果其中的6 1 台电梯和1 8 台自动扶梯“”1 不能合理地调运人员，则其大楼功能的发挥无从谈起。在电梯使用频率如此之高 的情况下，怎样保证电梯的更加安全高效地运行始终是当今电梯技术发展的主要 趋势之一。 目前，电梯制造厂商对用户使用的电梯普遍采用计划检修和事故后维修的电 梯维修制度，这种电梯维修制度，一乃叫一商j 府投入大量的人力、物力进行l 乜梯 塑堡查兰堡主兰竺堡苎 笙二皇堕丝 维修；另一方面，仍然无法阻止电梯故障造成的重大事故。仅北京地区1 9 9 9 年 就发生了多起电梯致人伤亡的重大事故。如1 9 9 9 年7 月北京朝阳区某一电梯发 生开门走车，导致乘客一死、一伤的重大事故。1 9 9 9 年9 月，北京海淀区一电 梯带病运行导致一乘客坠入底坑，当场死亡，造成了严重的不良影响。电梯厂商 为电梯安全高效的运行而殚精竭虑。 为解决这一矛盾，早在8 0 年代初，就有电梯厂商在电梯轿厢内安装摄像和 通讯系统，想以此解决电梯的安全问题。一旦轿厢内有乘客被困，可以通过通讯 系统向外呼救，或者由监视器发现呻1 。但是这种设施只能限于电梯所在大楼， 而且没有专业人员协助管理，问题的真正解决还需要由大楼管理人员通知专业人 员来解决。计划检修和事故后维修的电梯维修制度没有发生根本的改变。近年来， 电梯远程监测系统的出现，使计划检修和事故后维修的电梯维修制度发生了最根 本的改变，为电梯安全稳定的运行提供了可靠的保证。目前，日本三菱公司1 9 9 9 年研制出基于嵌入式i n t e r n e t 的电梯远程状态监控网络系统，美国已开始生产 基于i n t e r n e t 的信息电梯。 本课题中提出的基于嵌入式l i n u x 的网络化电梯远程监测系统的方案可以对 多种电梯进行数据采集，该系统以高性能微处理器m p c 8 5 0 为核心构筑硬件平台， 以嵌入式l i n u x 为操作系统，并且以多种方式接入计算机网络，采用标准的 i n t e r n e t 数据通讯协议t c p i p ，对各地运行的多台电梯进行实时监测，实现故 障的早期预告和排除，变电梯的被动维护为主动维护，有效提高电梯维护技术水 平和维护质量，并最终达到实现对电梯进行远程实时诊断、实时监测、实时控制、 动态维护的目的。同时达到对电梯数据进行管理、降低电梯维保费用、实现巨大 经济效益的目的。这正是本课蹶提出的意义所在。 论文主要讨论了基于网络技术和l i n u x 操作系统的嵌入式电梯远程监测系统 的嵌入式部分的软件设计。首先我们从用户需求的角度详细阐述了本系统应该具 备的功能；其次根据功能要求以及l i n u x 下的编程特点，将嵌入式软件按实时任 务模块、网络通讯模块、串口通讯模块、设备驱动模块分为四个模块，并分别介 绍了各模块的具体实现。 浙江人学硕：b 学位论文 第二章系统功能规划 第二章系统功能规划 2 1 总体功能规划 2 1 1 总体设计要求 本系统应该包括四部分： 现场嵌入式系统( 简称，终端) 远程监测中心系统( 简称，监测中心) 楼宇监测系统( 简称，楼宇监测) 分公司监测系统( 简称，分公司监测) 电梯远程监测中心系统有一个全球的固定i p ，以及一个m o d e m ，现场嵌入式 系统包括一个网口和个m o d e m 口，现场嵌入式系统与电梯远程监测中心系统 通过m o d e m 或者网口进行通讯，与楼宇监测系统通过网口通讯。在电梯远程监测 中心设计一个w e bs e r v e r ，分公司电梯监测系统通过i e ( t n t e r n e te x p l o r e r ) 访问该w e bs e r v e r 来实现电梯远程监测。由现场嵌入式系统对电梯进行实时的 监测，当电梯出现异常情况时要及时向远程监测中心报警。各监测系统也通过现 场嵌入式系统对电梯进行各种监测。整体结构见图2 一l 。 测系统 楼+ j 峨溯t p 心电睇监洲系统 幽2 一l 基j i 嵌入式网络技术的电梯远样监测系统 浙江大学硕士学位论文 第二章系统功能规划 2 1 2 现场嵌入式系统功能概述 图2 2 嵌入式系统示意图 图2 2 为嵌入式系统示意图。该系统使用r s 4 2 2 通讯协议通过串口同0 t i s 电梯控制板的串口相连( 最多为4 台电梯) 进行电梯状态监控和一些参数设置。 系统的面板上有4 个通讯状态灯和4 个电梯状态灯，分别指示串口通讯状态和电 梯当前状态。系统上设置了维保按钮，按下该按钮即点亮面板上的维保指示灯， 表示电梯在进行维保，此时系统不判断电梯是否发生故障。轿箱内设置有关人按 钮，当轿箱关人时，乘客按下该按钮则系统向中心报告该事件。中心会通过电话 同轿箱内的乘客进行交流。嵌入式系统完成如下任务： 1 ) 实时监测 平时不问断从各个电梯上抄电梯状态数据。判断相应状态变量的内容，是否 艇台电梯出现故障。如果现故障，则上抄陔电梯眠设障监测参数和咆梯的系统 i 【寸问，皇动同电梯远程监测q - 心系统通信，上送放障信息和电梯的系统时州。、 浙江大学硕士学位论文 第二章系统功能姚划 状态变量的内容改变时，重新上抄该电梯的故障监测参数，主动同电梯远程监测 中心系统通信，上送故障信息。当维保按钮被按下时不判断电梯是否出现故障， 再次按维保按钮则重新开始判断电梯是否发生故障。当轿箱内的关人按钮被按下 时，要向中心发送轿箱关人事件。 2 ) 现场设置和显示 利用便携p c 通过以太网口通信，实现系统基本参数的设置，用于对本系统 的现场安装和简单维护。 3 ) 同楼宇监测中心电梯监测系统通信 系统通过e t h e r n e t 以s o c k e t 通信方式同楼宇监测中心电梯监测系统通信， 实现一些基本的实时监测和设置功能。 4 ) 同电梯远程监测中心系统通信 系统通过e t h e r n e t 或s o c k e tm o d e m 以s o c k e t 通信方式同电梯远程监测中 心系统通信，实现详细的监测和设置功能。 2 1 3 远程监测中心功能概述 图2 - 3 远程监测中心功能图 1 ) 体系建立 建立电梯组电梯参数库 2 ) 远程设置 。典肌1 b 梯- 1 1 1 f 巳梯参数的卜传和下传， 卜f 是指电梯远程监测，1 ，心从现场嗽 塑坚查堂堡主兰垡笙苎 蔓三童墨竺些丝型型 入式系统中读取参数，下传是指设置参数，由中心向现场下传 3 ) 远程监控 周期监测 以周期巡检的方式监测电梯状态，监测数据自动入数据库，可以选择监测子 项 即时监测 即时监测电梯状态，可以选择监测子项 实时监测 以图形的方式选择显示一个终端的卜4 台电梯的基本信息。 报警监测 电梯出现报警情况的时候，它将打断所有其它模式的呼叫过程，将现场的数 据实时地传给电梯远程监测中心系统，此时电梯远程监测中心系统优先处理该报 警事件；电梯远程监测中心系统自动判断该报警事件是事故报警或异常报警。如 果为事故报警，自动拨通电梯远程监测中心和分公司主管的b p 机或手机。当收 到轿箱关人报警时，自动拨打轿箱内的电话，与被关乘客通话或向其播放录音。 在报警事件发生时，还要跳出报警窗口，显示报警电梯的相关信息 远程控制 远程实现楼层召唤( c a ra n dh a l lc a l l ) ，远程清空事件记录( c l e a rl o g ) 4 ) 数据分析 包括周期监测分析和即时监测分析 5 ) 事件分析 包括事故报警分析、异常报警分析、通信失败分析 6 ) 系统管理 包括管理参数设置、数据库管理、网络管理、用户管理 兰i 绁堡主兰竺丝兰 笙三童墨堕垫墼丛型 2 1 4 楼宇监测系统功能概述 图2 4 楼宇监测系统功能图 1 ) 体系建立 建立电梯组电梯参数库 2 ) 远程设置 实现电梯组电梯参数的上传和下传，上传是指楼宇从现场嵌入式系统中读 取参数，下传是指设置参数，由楼宇向现场下传 3 ) 远程监控 即时监测 即时监测电梯状态 实时监测 以图形的方式选择显示一个终端的1 - 4 电梯的基本信息。 远程控制 远程实现楼层召唤( c a ra n dh a l lc a l l ) ，楼层屏蔽，锁梯、伺机、独立、 消防 4 ) 数据分析 即时监测分析，选定电梯，选择入库时间范围、显示即时监测电梯的基本信 息 5 ) 系统管理 包括管理参数设簧、数掘库管理、网络管理、用户管理、版本信息 浙江大学硕士学位论文 第一二章系统功能脱划 2 1 5 分公司监测系统功能概述 在电梯远程监测中心设计一个w e bs e r v e r ，分公司电梯监测系统通过i e ( i n t e r n e te x p l o r e r ) 等软件访问该w e bs e r v e r 来实现电梯远程监测。 该软件系统主要分五部分： 图2 - - 5 分公司监测系统功能图 1 ) 体系建立 向中心提交电梯组电梯参数 2 ) 远程监控 即时监测 即时监测电梯状态 实时监测 以图形化控件的方式选择显示一个终端的卜4 台电梯的基本信息。 报警监测 报警事件发生时，自动跳出报警窗口，显示报警电梯的相关信息 3 ) 数据分析 分周期监测分析和即时监测分析 4 ) 事件分析 事故报警分析 按时问顺序列出所有事故报警事件，或某台电梯的所有事故报警事件 异常报警分h i 按i 时间顺序列出所有异常报警事件，或某台电梯的所有异常报警事件 5 ) 其它 有用户管理等功能。 2 2 现场嵌入式系统功能规划 现场嵌入式系统具备以下功能： 接受远程下传的电梯组、电梯参数，建立电梯组、电梯的体系结构： 上送电梯组、电梯参数： 实时上抄电梯状态信息，检测是否有报警信息，若有主动与监测中心通讯， 向监测中心报警； 以拨号或者局域网连入i n t e r n e t ，与监测中心进行通讯，接收监测中心命令， 对各类参数进行设置、以即时、周期、或者是实时的形式向中心上送电梯信息： 通过局域网与楼字进行通讯，接收楼宇中心命令，对各类参数进行设置、以 即时、实时的形式向楼宇上送电梯信息； 可以进行通讯检测，用来检验电梯与嵌入式系统间通讯状态，产生失败记录； 可支持多种控制协议。如：m c s 3 2 1 ，m c s 3 2 1 m ，m c s 3 0 0 v f ，m c s 2 2 0 ； 嵌入式系统监控软件远程更新； 依据上面对现场嵌入式系统功能的描述，可以将本系统分为体系建立及参 数设置、电梯状态监测、电梯故障报警、远程控制、软件远程更新、异常处理共 六大功能模块，结构如图2 6 所示： 图2 6嵌入式系统功能幽 浙江大学硕士学位论文 第二章系统功能舰划 在具体叙述各模块的功能之前，先做一些简要的说明。本系统目前的监测 与报警、控制功能是针对o t i s 公司生产的电梯，电梯控制器类型可以是m c s3 2 i m c s 3 2 l m ，m c s 3 0 0 v f ，m c s 2 2 0 ，所有监测与报警的参数均通过串口从电梯控制器 获取，获取的方法是向控制器发送命令，读取控制器的反应码，从中提取我们需 要的有效信息。下面要提到的以m 为首的字符串均为向电梯发送的命令码。 另外，在接下来的功能介绍中，一般都没有分公司部分的内容，这是由于分公司 是通过远程监测中心与嵌入式系统交互，因此分公司监测系统并不直接与嵌入式 系统交互。 2 2 1 体系建立及参数设置 本模块的主要功能是通过监测中心下传的命令与参数完成对电梯组、电梯体 系的建立，包括对电梯的添加、删除和修改，同时可以对各自的参数进行设置。 也可以向监测中心或者楼宇上传当前电梯组、电梯参数。由于楼宇对电梯的控制 权限较监测中心远为低，楼宇能够对电梯组或者电梯更改的参数远较监测中心较 少。电梯组、电梯这两个体系构成了本系统完整、清晰的体系结构。这种清晰的 体系结构使整个系统更加合理，不论从管理的角度或是实现的角度，都不失为一 种很好的选择。本模块可以分为远程监测中心参数下传、楼宇监测系统参数下传、 点对点方式参数下传、远程监测中心参数上传、楼宇监测系统参数上传这几个部 分。 幽2 7 体系建、上及参数设置模块的体系结构 浙江大学硕士学位论文 第一二章系统功能规划 先介绍一下体系的构成： 1 ) 电梯组体系 电梯组参数用于标识嵌入式系统本身。电梯组与嵌入式系统一一对应，每一 个嵌入式系统对一个电梯组中的所有电梯进行监控，每个电梯组中最多包含4 台 电梯。电梯组参数包括： 签塑! q 曼是监测中心数据库中唯标识电梯组的编号： 终! 趋鱼 用以标识电梯组的名称； 终强! ：王匦掩码：圆羞嵌入式系统在局域网中的网络参数，据此嵌入式 系统可以和同在局域网中的楼宇监测中心进行通讯，并可以通过局域网连入 i n t e r n e t ： 终堂皇适呈亟：拔曼延吐q 电梯组所在区域没有局域网时，嵌入式系统通过 拨号方式连入i n t e r n e t ，当监测中心需要主动与嵌入式系统进行通讯时，需要 先拨此电话号码； 堕型主! 坠蓬接友式( 拨曼：圆垡2 根据电梯组所在地区具体情况的不同确 定现场嵌入式系统连入i n t e r n e t 的方式； 终端拨曼塑电适：帐墨：蜜亟当嵌入式系统以拨号方式连入i n t e r n e t 时， 拨号上网的电话、帐号、密码，比如1 6 3 些型生! 坠i 监测中心必须有一个全球唯一且固定的i p ，这是嵌入式系统通 过i n t e r n e t 与监测中心进行通讯的唯一标识 搓主些测l 当嵌入式系统通过局域网向楼宇上送电梯信息时，楼宇所用的 i p 2 ) 电梯体系 电梯参数用于标识电梯。电梯参数包括： 电搓i q 呈是监测中心数据库中标识电梯的唯一标号 虫搓垒 用于标识电梯的名称 塞匾搓直 安装该电梯楼宇的实际高度，实时监测电梯运行时需要这个参数 电梯类型标 ： 该电梯类型( 如客梯、医梯、货梯) l n 梯合同号每台电梯都有自身唯的合同i j ，电梯合川号与 乜梯ld 号 塑堡奎兰堡：堂垡笙兰 蒸三兰墨竺些壁型型 对应 曳搓窒筮焦量! 撼直二鱼遵：旦庄望僮2表明电梯安装的位置，使之便于 管理 皇搓维修厶虽坠扭亟王扭曼亟当电梯出现故障时，自动拨打电梯维修 人员b p 机或手机号码，即时通知维修人员检修，减少停机时间 圭征旦( ! = 12表明本电梯是经过哪个通道与嵌入式系统进行通讯 撞剑墨型量不同的电梯控制器用不同控制协议，现有的控制器类型有m c s 3 2 l ，m c s 3 2 1 m ，m c s 3 0 0 v f ，m c s 2 2 0 直搓盆公司用于标识分公司的名称 以下介绍各部分所要实现的功能： 1 ) 参数下传 本子项可以分为监测中心参数下传、楼宇监测中心参数下传和点对点方式 参数下传。 监测中心参数下传 通过i n t e r n e t 接收监测中心的命令，根据不同的命令码，接收新的电梯组 参数或者电梯参数，更新全局量，存入f l a s h ，然后自动重起系统。使系统运用 新的电梯组参数或者电梯参数正常运行； 楼宇监测中心参数下传 通过局域网接收楼宇监测中心命令，根据不同的命令码，接收新的电梯组 参数或者电梯参数，更新全局量，存入f l a s h ，然后自动重起系统。使系统使用 新的电梯组参数和电梯参数正常运行； 点对点方式参数下传 如果系统是通过拨号方式上网的，而拨号上网的参数设置不正确的话，系统 就无法与监测中心通讯了。因此需要有点对点下传参数这一功能。监测中心拨打 系统所连的电话，某种特殊的铃声组合表示要用点对点的方式来通讯，这时本系 统就摘机。这样本系统与监测中心之间就通过电话线路建立了一个通讯通道。监 测中心通过该通道下传包含f 确的拨号上网参数的电梯组参数。系统接收到新的 i 乜梯纠l 参数后，存入f i a s h ，然后l a 动重起系统。使系统使用新的i 匕梯川参数i r 浙江大学硕士学位论文 第二章系统功能规划 常运行。这样系统就又可以通过拨号上网的方式来跟监测中心通讯了。 2 ) 参数上传 本子项可以分为监测中心参数上传和楼字监测中心参数上传。 监测中心参数上传 通过i n t e r n e t 接收监测中心的命令，根据不同的命令码，上送当前的电梯 组参数或者电梯参数，使监测中心的数据库得到更新： 楼字监测中心电梯组参数下传 通过局域网接收楼宇监测中心命令，根据不同的命令码，上送当前的电梯 组参数或者电梯参数，使楼宇监测中心的数据库得到更新： 2 2 2 电梯状态监测 本模块所完成的功能将是本系统的灵魂所在。这个模块主要完成两个功能： 根据来自监测中心、楼宇监测中心、键盘操作不同的命令以即时、周期、或者是 实时的形式向中心上送电梯信息：实时地、不间断地从电梯控制器中读取电梯的 状态信息，判断电梯是否出现异常，如果出现异常，立即通过i n t e r n e t 向监测 中心、通过局域网向楼宇监测中心报警。在监测异常的同时，可以向监测中心、 楼宇监测中心提供电梯实时运行的信息，包括电梯当前所在楼层、电梯运行方向、 电梯召唤类型和方向等。当监测中心或楼宇监测中心以即时监测、周期监测形式 请求上送电梯信息时，将打断监测异常的过程。 幽2 8电梯状态i 监测模块的体系结构 浙江大学硕士学位论文 第二章系统功能规划 监测功能是本系统的根本功能之一，由此功能监测中心和楼宇监澳, c 1 5 u 心可 以通过多种途径获取电梯的各种信息( 包括电梯运行状态信息、电梯故障信息 等) 。本子项可以分为中心监测、楼宇监测两种监测类型，这两种监测类型下面 还可细分。如图2 8 所示。 1 ) 中心监测 中心监测分为即时监测、周期监测、报警监测、实时监测四类。这是和监 测中心一致的分类方法。对于嵌入式系统而言，可以按照触发类型分为由监测中 心触发的监测，比如即时监测、周期监测、实时监测都属于这一类型；由嵌入式 系统自身触发的监测，比如报警监测。为保持一致性，我们采用前一种方法对中 心监测功能进行叙述。 即时监测 当监测中心需要即时查看电梯当前状态信息或者是电梯的故障记录时，向 嵌入式系统发送上抄电梯信息命令，嵌入式系统根据不同的命令码通过串口读取 相关信息，通过i n t e r n e t 上送相关电梯信息到监测中心，即时监测时，嵌入式 系统停止异常监测： 周期监测 监测中心设定周期监测起始时间和周期、设置启动和停止周期巡检，当周 期起始时间到达时，向嵌入式系统发送上抄电梯信息命令，嵌入式系统根据不同 的命令码通过串口读取相关信息，通过i n t e r n e t 上送相关电梯信息到监测中心， 周期监测时，嵌入式系统停止异常监测； 报警监测 这是一个由嵌入式系统自身触发的一种监测类型，在一般情况下，嵌入式 系统一直通过串口获取电梯的一些状态信息，处于监测异常的状态( 功能详数参 看下面的报警功能) ，当检测到电梯出现异常时，主动与监测中心进行通讯，启 动监测中心的一个报警监测。监测中心收到报警后，向嵌入式系统发送上抄电梯 信息命令，查看电梯当前状态信息或者是电梯的故障记录，嵌入式系统根据不同 的命令码通过串口读嫩相关信息，通过i n t e r n e t 卜送相关电梯信息到监测中心， 掀警雌测时，嵌入式系统停i l 异常监测： 浙江大学硕_ ：学位论文 第二章系统功能规划 实时监测 当监测中心需要以图形方式显示电梯实时运行的状态时，向嵌入式系统发 送实时监测命令，嵌入式系统根据此命令码通过串口读取相关信息，通过 i n t e r n e t 上送相关电梯信息到监测中心，远程监测中心的实时监测可以和楼宇 监测中心的实时监测、现场监测的实时监测同时进行，实时监测时，嵌入式系统 仍然进行异常监测； 2 ) 楼宇监测 楼宇监测分为即时监测、实时监测两类。 即时监测 当楼宇监测中心需要即时查看电梯当前状态信息，向嵌入式系统发送上抄 电梯信息命令，嵌入式系统根据不同的命令码通过串口读取相关信息，通过局域 网上送相关电梯信息到楼宇监测中心，即时监测时，嵌入式系统停止异常监测： 实时监测 当楼宇监测中心需要以图形方式显示电