电梯承运质量测试仪器的研究与设计

吴迪 张志佳

【关键词】数字模拟电路;加速度传感器;安卓电容触摸屏

近年来我国电梯产业迅速发展，已经成为电梯大国，无论从电梯制造的数量上还是电梯保有量上都在世界上处于领先地位，中国的经济正在高速发展，为了提高国民的生活质量，国家大力开展基础设施建设，加速推进农村城镇化建设，中国渐渐成为电梯保有量最大的国家。2000年以来，我国电梯的保有量保持高速增长，到2015年年增长速度已经超过20%，我国电梯总产量超过76万，同比增长7.3%，电梯产量占全球电梯产量的一半以上。但是，我国电梯人均保有量仍然只占世界平均水平的三分之一，相比于发达国家仍然有较大差距，中国市场电梯需求量远远没有被满足，我国的电梯市场存在巨大潜力[2]。由此可见，随着未来城镇化建设、无障碍设施、地铁和商场的发展，人们对电梯的需求会越来越多。电梯给人们带来了极大的便利，人们越来越依赖电梯，可电梯事故却时有发生，既给人们在使用电梯时带来不安，更有甚者会危害人们的生命财产安全。通过对大量电梯事故进行分析，电梯的事故原因主要有部分电梯公司的零部件不合格、电梯安装技术人员不专业、电梯维护保养不到位、电梯乘客对电梯进行恶意损坏，这些原因都会使电梯运行不正常，如果使用电梯运行质量监测系统检查出电梯的安全问题将大大降低电梯事故的发生率[3][4]。基于此，本文设计了一套独立于电梯本体的第三方电梯测试设备仪器。

一、系统整体设计

本系统主要由四部分组成。分别为传感器部分，采用的3轴加速度传感器，其响应频率为0～20Hz，可以很好地测量低频信号;硬件接口电路设计，其中核心控制器采用SMT32F103作为信号采集及数据处理、传输单元;安卓开发板主要用来做界面显示及对于采集的数据进行算法分析，得出电梯运行的测试结果;电池采用12V锂电池，其容量达到16000mAh，可满足现场多日无充电情况下的使用需求。

二、硬件电路设计

（一）数据传输模块设计

数据传输模块包含程序的读取接口、用于无线连接的Wi-Fi电路或蓝牙电路、供电模块、系统状态指示灯电路、供电模块以及协调各功能的中央处理器。基于以上功能，若选择先用处理系统则会出现系统功能欠缺或冗余，无法适配情况。因此，根据以上功能自主设计电路以满足功能需求。

（二） 微控制器模块设计

本模块采用STM32F103作为核心控制器[5]，主要负责采集传感器数据，根据传感器的数字输出形式，自定义类SPI时序，同步采集3轴的数据。然后将数据格式转换经由无线传感器Wi-Fi或蓝牙传输给其他移动设备。其中MCU[6]的UART3负责把采集的传感器数据回传给安卓开发板。另外还有一些外围控制功能，例如打印机的电源控制、蜂鸣器控制[7]。

（三）打印机电源控制电路设计

由于打印机的电源功耗比较大，对于移动设备而言，一直供电就会很快消耗掉电池的电量，因此需要对打印机进行精细化管理，在需要打印的情况下再开启打印机的电源。由于打印机的电流相对较大，故本设计选用场效应管IRLB3036作为开关电源，最大承受电流可达10A以上。

（四）电源电路设计

電源电路的稳压采用的是LD1117A稳压器和德州仪器的LM5007芯片，电源电路的拓扑结构采用Buck形式。LM5007采用滞后的固定频率的控制方法，可以提供相当好的稳压效果，并且具有输出端电容量小和没有环路补偿的特点。LM5007是一个宽范围的电源转换芯片，可以接受9V～75V（最大80V）的电源输入。LM5007内部集成有自举二极管和能够承受高压的N沟道的MOSFET开关，可以大大地减少电路板的布线压力。

三、软件分析与流程

（一）软件设计原理及流程图

软件主要由移动端与仪器操作端两部分界面组成。仪器操作端为人机触控界面;当使用移动终端操作时，测试仪的界面应随操作自动更新人机界面，达到与移动终端同步显示的效果。

测试仪操作界面和移动终端操作界面的设计风格应当保持一致，界面设计简洁、美观、规范，移动终端软件能自适应不同屏幕分辨率的手机和平板。

（二） 显示测试界面

本设计的界面由安卓系统的GUI库设计而来，主要显示3轴加速值及经过ISO算法滤波后的值。电梯相关人员可以直接根据这个界面判断电梯运行的效果以及判断是否有安全故障等隐患。

四、结论

电梯震动检测仪器一直以来为欧美进口产品垄断，价格高昂。本设计主要研究电梯震动测试仪器的设计与实现。

硬件方面，为了解决电梯震动检测的问题，采用MSV3100A传感器来解决信号传输与蓝牙连接管理等问题，采用根据功能需求自主设计电路板实现相关功能方案。数据处理分析模块采用DMT80480T070_32WTR安卓开发板为基础开发相关软件功能。

软件方面，界面具备标题定义、数据分析、数据传输等功能;系统可利用频域算法、时域分析算法对信号进行分析处理。同时系统可定义相关数据表格，外接打印机直接输出数据。

本文所研制的电梯、扶梯震动测试仪经过试验以及产品测试，在精度和准确性上能够达到检测要求，在处理速度上满足检测速度要求[8]。