便携式电梯智能检测仪的研发与应用

韩树新 李东洋 金樟民 苏立鹏 潘辛敏 刁煜晨（浙江省联合特种设备研究院 杭州 310023 ）

便携式电梯智能检测仪的研发与应用

韩树新 李东洋 金樟民 苏立鹏 潘辛敏 刁煜晨
（浙江省联合特种设备研究院 杭州 310023 ）

随着电梯的结构、工作原理、拖动方式及控制系统的不断改进和电梯种类的多样化，其相关技术标准和检验形式也在不断更新。为了确保检验质量、提升检验精度、提高检验效率，检验人员配备先进可靠的日常检测工具成了保障电梯安全的关键因素之一。

电梯检测 智能检测仪 微处理器 多功能模块

目前电梯检验仪器大多为进口产品，其价格不菲，一套完整的常规检测设备需要一万多元。安装、维保人员配备的电梯常规检验仪器，如：照度计、测速仪、声级计、激光测距仪、钳形电流表等，它们分别对检验项目中的照度、速度、噪声、距离和电压等数据进行检测，也存在种类繁多、庞大笨重、功能单一、不易携带、操作复杂、价高易损等缺点。这不仅会影响检验人员的工作效率，也会造成一些企业检验人员以不方便使用为由，不愿使用检验仪器进行数据测量，而单凭经验做事的现象。这些都影响电梯安装和维保企业自检结果的真实可靠性，进而可能对电梯的安全运行造成很多隐患[2]。

为了保留传统各类检测仪器的优点，同时摒弃它们的缺点，本文提出了一种为检验人员量身定制的便携式电梯智能检测仪，基于智能仪器仪表技术和嵌入式系统技术，将目前分别使用的多种检测仪器的功能集成在一个电梯检测终端上。这种新型电梯智能检测仪，将让检验人员告别以往携带多台单一检测仪器的历史，具有轻便、可靠和高度集成的新型检测终端，将满足检验人员在现场检验过程中快速有效地进行检测的要求。该检测仪还可以对测量的参数进行一系列的运算，使检验人员很快得到检测结果。

1 系统总体方案设计

电梯智能检测仪需解决多功能集成化、无线通讯和智能填表等问题。根据实际使用情况，检测仪增加了其他实用功能。检测仪采用多种传感器模块，将各模块的电信号转换为单片机适用范围；系统采用锂电池供电，设计对电池电压进行检测；检测仪采用LCD液晶屏幕，设计了人机交互界面；检测仪面板设计12个按键控制，分别实现不同操作功能；并且完成了检测仪的故障检测、掉电保护、时钟等功能。

系统分为电源管理模块、MCU模块、传感器模块、辅助模块和人机交互模块等，系统组成框图如图1所示。

图1 系统总体架构

1.1 检测数据采集

电梯检测的数据主要包括：角度、距离、温度、噪声、照度、电压、电流、电阻、速度、运行距离等。检测仪采集到这些数据并显示相应的检测数据。

电梯智能检测仪表箱包含组合式检测模块和手持式检测仪，仪表的检测模块主要包括嵌入式传感器和外设传感器。嵌入式传感器包括：三轴向加速度传感器、激光测距传感器、温度传感器、电容式噪声传感器、照度传感器、万用表模块传感器，分别测量电梯的角度、距离、温度、噪声、照度、电压、电流、电阻等。外设传感器模块主要包括：霍尔传感器、钳形电流互感器、旋转编码器、数字式游标卡尺等专用检测模块。经过相关分析软件计算，完成限速器校验、平衡系数测算、电梯速度和运行检测、扶梯和电梯制动距离测量、钢丝绳磨损检测五项检测工作。

1.2 数据通讯及存储

检测仪的通讯主要包括蓝牙通讯，串口通讯（RS232），可以与打印机或上位机进行数据交互，方便操作人员在检测工作后进行数据分析和处理。存储模块使用ATMEL_24C256芯片作为存储介质，可以记录各功能模块所测量的数据和历史时间，对记录的数据进行分类管理，在检测完成后随时可以调用数据作比较分析。

1.3 功能应用开发

本检测仪基于嵌入式技术和智能化仪表技术，采用超低功耗单片机MSP430F5438作为中央处理器，以满足系统进行电梯测量数据分析时对系统的数据处理能力的需求[3]。采用最小化系统与外围功能模块结合的设计方式搭建整个系统硬件平台。它包括了手持式检测仪、数字式游标卡尺、旋转编码器、噪声传感器、钳形电流互感器和霍尔传感器等模块，实物如图2所示。

图2 检测仪实物图

系统通过IAR编程环境设计了友好智能的人机交互界面，方便用户简洁的操作。界面设计按功能层次布置，可以记录每台电梯所在位置和编号，并进行个性化检验和数据存储。软件主界面分为普通检测、智能检测、数据管理、系统设置四个模块。普通检测操作界面快速便捷，智能检测功能更加丰富高级，适用于各种经验层次的使用者。普通检测可以提供角度、距离、温度、噪声、照度、电压、电流、电阻、速度、运行距离的检测功能，同时链接数据；并将电梯检测参数按时间进行归类存储，方便用户随时调用查阅。智能测量包括限速器校验、平衡系数测算、电梯速度和运行检测、扶梯和电梯制动距离测量、钢丝绳磨损检测。其各功能界面如图3所示。

图3 仪表功能界面

2.2 普通检测

该检测仪为了方便用户测量电梯的基本参数，设有一项普通检测的功能包括：角度、距离、电压、电流、电阻、速度、运行距离等。用户可以在不设置电梯具体位置和编号的情况下直接对需要检测的项目进行测量，并通过按下存储按键保存结果。如图5所示，在测量电梯轿厢面积时可以通过检测仪内置的激光测距传感器测量出轿厢的长度和宽度。

图5 激光测距模块

2 功能研制及应用

2.1 环境检测

环境检测内容主要有：噪声、温度和照度。本检测仪嵌入了GY-30数字式感光模块和18B20数字式温度传感器，并通过串口通讯接入噪声传感器模块。该检测仪可以在任何工作环境下快捷检测到环境的噪声强度、温度和室内外光照度。如图4所示，该检测仪具有高精度、多功能的基本环境检测能力，为检测人员提供可靠的现场环境参数。

图4 环境检测模块

2.3 限速器校验

检测仪限速器检验功能用于检测电梯限速器轮盘线速度及限速器动作速度，适用于电梯限速器的现场检测和在线检测。电梯限速器校验模块由两大部分组成：驱动部分和控制检测部分。控制检测部分包括控制电路及电气开关接口线、动作检测电路、霍尔测速传感器等。电气开关接口线用于将限速器电气开关的动作信号发送给MCU；霍尔测速传感器用于速度检测的同时将速度信号发送给MCU；驱动部分包括驱动电机、驱动轮和驱动开关等。如图6所示，该检测设备与现有检测设备相比，具有体积轻巧、安装拆卸方便的优点。

2.4 速度及运行检测

检测仪通过WFG-D双脉冲旋转编码器对电梯的运行速度和运行距离进行检测。可以实现对电梯运行状态的分析和扶梯制动距离的测量。通过所检测到的数据可对电梯运行的实际速度与额定速度的偏差进行分析；还可以对电梯的运行距离进行测量，如图7所示。通过旋转编码器也可以对自动扶梯制动的距离是否符合标准要求进行分析，为检测人员进行速度方面的检测提供有效的数据。

图7 旋转编码器模块

2.5 钢丝绳磨损检测

检测仪可以将数字游标卡尺所测得的光栅信号进行采集和处理，并通过显示屏幕动态更新。操作人员可随时将所需数据进行一键存储，可以在数据管理界面中进行查看和调用。检测仪可根据用户要求将所测得的钢丝绳直径进行后台运算处理并得到钢丝绳磨损后的数据。如图8所示，该功能可极大地方便使用人员在电梯检验现场进行钢丝绳数据的测量、记录和计算。

图8 游标卡尺模块

2.6 平衡系数检测

该检测仪提供钳形电流检测模块，通过对电梯主机动力线缆的互感式电流测量，可测得电梯在运行过程中主机电流的动态变化值。该检测仪内置数字式万用表模块基于一块高性能的FS9922-DMM4专用芯片，具有低功耗，低噪声，高稳定性的特征。该模块可将钳形电流互感器所输出的电压信号进行处理，得到所需要的感应电流值，并进行存储。该方法可精确地测算出电梯在不同负载情况下的电流变化。为现场检测人员测算电梯的平衡系数提供便利。

3 结语

本文提出的智能检测仪，针对电梯日常检验项目的需求，在分析国内外目前主流的电梯检测仪器的基础上，将嵌入式技术和智能化仪表技术进行集成创新引入电梯检测仪器。新型的电梯智能检测仪具备多功能、模块化、便携式，是一种符合电梯检验标准和先进可靠的检测仪器。该检测仪投入试用以来，状态良好，稳定可靠。基于检测仪的管理系统，避免了检验人员频繁记录和测量时的错误，友好的人机交互界面和强大的功能模块极大地简化检验人员的操作，提高了检验工作效率。

这种基于MSP430微处理器和多功能模块化设计检测仪，实现了电梯现场检测中便携、智能和准确可靠的应用，为电梯现场检验技术创新奠定了良好的基础，具有良好的推广应用价值。

（国家质检总局科技计划项目：2013QK062）

1 顾明,关胜晓,黄贵林.基于ARM11的电梯综合检测系统的研究[J].电子技术,2013,3:77～81.

2 牟永卫.浅谈电梯检验过程中的事故伤害及其预防措施[J].浙江建筑,2009,26(8):70～72.

3 王倩,万莅新.基于ARM的电梯能效检测系统设计[J].自动化与仪器仪表,2010 (5):25～26.

4 吴金戌.8051单片机实践与应用[M].北京:清华大学出版社,2002:145～174.

5 李江全,张丽.Visual Basic串口通信与测控应用技术实战详解[M].北京:人民邮电出版社,2007:198～212.

Development and Application of Portable Tester of Elevator

Han Shuxin Li Dongyang Jin Zhangmin Su Lipeng Pan Xinmin Diao Yuchen
(Institu de of Unite Special Equipment of Zhejiang Province Hangzhou 310023)

With the continuous improvement of elevator structure, working principle, drag and control system of the elevator, diverse species, the relevant technical standards and inspection form are constantly updated. In order to ensure the inspection quality, improve test accuracy, improve the effi ciency of inspection, daily inspection tool inspection personnel equipped with advanced and reliable has become one of the key factors to ensure the elevator safety.

Elevator tester Intelligent detection instrument The microprocessor Multi function module

X941

B

1673－257X(2014)10－26－04

10.3969/j.issn.1673-257X.2014.10.007

韩树新（1953～),男，教授级高工，从事特种设备安全技术研究。

2014-08-15)