电梯物联网全功能网关设计与实现.docx

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1、电梯物联网全功能网关设计与实现何小虎龙山导语：电梯物联网技术的开展为智能电梯的实现提供了根底，应急救援、电梯平安隐患诊断、故障预警以及按需维保的实现都离不开电梯物联网。作为电梯物联网的根底和关键组成局部的物联网网关，承当着建立电梯控制系统与远程效劳器数据交互的桥梁。电梯物联网网关接口丰富程度、边沿计算效率和才能、易用性程度、通用性程度以及维护治理方便性等决定了电梯物联网在收集和传输层的程度。本文基于此背景设计开发一款全功能网关，并从全功能网关的硬件设计和软件实现上进展阐述。1概述全功能网关基于4GLTE高速无线网络制式，采用全网统统讯模块，完美兼容国内各家挪动运营商网络，打通电梯轿厢到机房到I

2、nternet的数据链路，实现远程监视、故障报警、困人报警、一键救援、视频监控、语音对讲、安抚视频和轿厢多媒体显示屏远程治理等功能。配合电梯物联网远程平台大数据分析功能实现故障预警和电梯安康度诊断功能。全功能网关集电梯数据以及电梯周边设备数据收集、协议转换、网络传输功能于一体。相比传统的数据收集器加数据传输单元方案更加合适电梯行业的应用，控制柜内安装方便，占用空间少，且本钱低。全功能网关借助以太网网口接口打通电梯轿厢与机房数据链路，借助安装在轿厢内部的多媒体LCD屏，为乘客带来更加智能与便捷的人机交互享受;远程平台随时调取轿厢的视频监控，困人发生时电梯会在第一时间自动播放语音安抚视频，并同时呼

3、唤维保人员，通过视频通话方式理解现场情况，使乘客获得情绪安抚。随着新梯需求放缓，局部行业巨头对电梯周边衍生市场日益关注，轿厢内加装触控式LCD屏，不仅可以救援、安抚，空闲时间还可播放广告。2系统设计2.1硬件设计本全功能网关内置锂电池与充放电治理模块，无需增加额外粗笨的后备电源，支持掉电检测，知足国家标准GB/T-24476相关要求;支持远程程序更新，能最大程序降低运维本钱;自带4G全网通模组，支持挪动、联通、电信以及海外运营商效劳，进步网关的通用性，支持e-SIM，无需考虑SIM卡卡槽的松动以及IP等级不高的问题;支持终端与主板协议以及终端与平台协议定制化;全功能网关提供1路网口，支持DHC

4、P以太网接入;具备蓝牙调试功能，支持手机等挪动设备对终端进展网络参数配置;全功能网关提供1路CAN通讯接口，1路RS485接口，1路RS232接口，2路干触点输入;网关提供丰富的运行状态指示，可指示网络信号质量、效劳器连接与交互、与主板数据交互、路由接口等运行状态;支持标准导轨式安装，可方便安装在电梯控制柜的导轨上;支持电梯运行数据收集并可为音视频设备提供上网接口;网关具备完成的配套线束，现场无需额外接线，即插即用;支持DC9-28V宽电压范围供电，硬件组成如图1所示。图1全功能网关硬件组成示意图全功能网关支持TDD-LTE、FDD-LTE、WCDMA、GSM、GPRS、EDGE网络制式。对于

5、LTE网络，支持non-CACat4FDD和TDD，支持1.4/3/5/10/15/20MHz射频带宽，下行支持MIMO。对于LTE-FDD，最大下行速率150Mbps，最大上行速率50Mbps。对于LTE-TDD，最大下行速率130Mbps，最大上行速率30Mbps。对于EDGE网络，支持EDGE多时隙等级12，支持GMSK和8-PSK的调制编码方式，下行编码格式支持CS1-4和MCS1-9，上行编码格式支持CS1-4和MCS1-9，最大下行速率236.8Kbps，最大上行速率236.8Kbps。对于GPRS网络，支持GPRS多时隙等级12，编码格式支持CS-1/CS-2/CS-3/CS-4

6、，最大下行速率85.6Kbps，最大上行速率85.6Kbps。网关天线接口采用50SMA阴头。供电电压范围+930VDC。通讯中平均功耗200mA+12VDC，空闲时平均功耗为100mA+12VDC。2.2软件实现2.2.1数据收发控制机制图2电梯物联网系统构造示意图如上图2，电梯物联网系统中，电梯物联网平台需与电梯进展数据交互，如获取电梯的运行状态、获取已登记信号状态及获取对电梯的控制权等，这些操纵都需打通电梯与电梯物联网平台之间的通讯链路，常规的做法是在电梯物联网平台与电梯之间建立通讯链路，电梯物联网平台把交互数据通过无线传输单元发送给协议转换板，最终送达电梯。实际使用经过中发现，由于无线

7、传输自身轻易受干扰的特点，电梯物联网平台与电梯之间的通讯数据包轻易出现丢包、错包、数据不均匀等情况，十分是出现数据堵塞情况，假设仍一直按堵塞之前的数据发送频率发送的话，只会进一步严重加剧数据异常的发生。本全功能网关通过在收发两端建立数据队列，将收到的数据统一存储在接收队列中，防止因断包导致校验失败而丢弃，防止因堵塞造成数据蜂窝式到达时处理不当导致数据丧失等问题，实际接收处理时，通过在接收队列中提取正当数据包进展处理;在发送时，将数据统一存放至发送队列，由发送单元周期性从发送队列中提取正当数据包执行发送。另外，本全功能网关通过检测数据包拥堵情况，自动调整发送单元正当数据包发送频率，进而有效解决以

8、上问题，数据队列处理流程如图3所示。图3接收队列使用流程队列操纵步骤：(1)初始化队列：初始化队列地址ADDR1、初始化队列头指针ADDR2、初始化队列尾指针ADDR3、初始化队列大小SIZE。(2)数据进队列将当前需插入的字节放到队列中ADDR2位置，然后ADDR2加1，假设检测到ADDR2即是ADDR3，那么表示队列已满，那么将ADDR2置为0，从队列头开场重新插入;假设要插入N个字节，那么重复执行1)步骤。(3)从队列中提取数据假设队列中无数据，那么将ADDR2置为0，ADDR3也置为0，返回无数据可提取;保存ADDR3，记为ADDR3_B，将ADDR3加1，假设ADDR3即是SIZE，

9、那么将ADDR3置为0;返回队列中ADDR3_B位置的内容;假设需提取M个字节，那么重复执行。(4)有效数据处理将提取的数据进展校验，假设正当，那么进展处理;反之，丢弃该数据包。发送频率自适应机制：全功能网关超时重发时间默以为T1，即重发次数为C，重发次数阀值为S;当全功能网关每发一个数据包，超时计数器就累加，接收到返回数据那么超时计数器清零，当超时计数器累加值到达T1，那么自动重发;假设重发阶段，仍知足需重发的条件，那么C加1，假设不知足重发的条件，那么C清零;假设C=S，那么判定为堵塞发生，需调整超时重发时间为C*T1。2.2.2单网口实现局域和广域连接多媒体LCD屏上包含了楼层信息、电梯

10、运行信息、日期和时间、实时天气预告、滚动公告新闻信息、图片视频多媒体信息等内容。屏上集成呼救按钮，电梯发生困人故障后乘客可以一键和远程物联网平台获得联络，接通视频通话。LCD上播放的图片、文字和视频等素材，可以在远端效劳器远程下发，通过远端效劳器还可以完成对LCD显示屏UI界面的修改。轿顶黑匣子还支持远程晋级功能。全功能网关在通过运营商无线网络上网时，LCD屏幕可通过全功能网关的一路网口连接UDP连接，电梯实时状态的更新、显示状态的联网实时更新等。当全功能网关通过现场提供的宽带上网时，一路网口既要实现连接外网同时需与LCD建立UDP局域网通讯，本系统提供2种解决方案，系统连接示意图分别如图4和

11、图5所示。增加路由器方案：(1)全功能网关网口采用固定IP或者DHCP，固定IP优先，轿顶黑匣子采用固定IP或者DHCP，固定IP优先;(2)新加路由器的LAN网络按出厂规定的IP网段设置，即按轿顶黑匣子和全功能网关网口的默认网段设置;图4单网口路由器连接方案图5单网口交换机连接方案(3)新加路由器的WAN口开启DHCP功能。交换机方案：(1)首先在骄内LCD显示终端上查询现场宽带的IP地址网段;(2)扫描现有局域网中哪些IP地址已经被占用;(3)修改轿顶黑匣子和全功能网关的IP地址为当前网段中尚未被占用的IP地址。2.2.3智能困人逻辑检测机制全功能网关提供一种电梯困人的检测机制，解决现有技

12、术中的无法实现既不增加现有电梯的电气设备，又能自动检测发现电梯困人的问题，检测算法实时运行在全功能网关中，执行边沿计算，充分利用与电梯控制系统直接连接的上风，实时获取电梯的状态数据、故障数据等，通过简洁准确的困人检测机制并参加报警过滤机制，实现电梯困人的智能化判定，整个困人逻辑判定流程图如图6所示。图6电梯困人检测逻辑流程图变量定义讲明：内召信号保持=(主门内召或者副门内召);条件1=(内召信号保持且电梯正常运行)或者条件1)且轿门锁信号有效;条件2=(内召信号保持且电梯正常运行)或者条件2)且非门区;条件3=(电梯停顿运行)且非检修状态下;轿内复核信号=(前门开门或者副门开门或者前门关门或者

13、副门关门或者主门内指令或者副门内召)且条件3且(条件1或者条件2)或者(轿内复核信号且(条件1或者条件2)困人故障=一分钟计时标志位且(轿内复核信号)且(非消防员状态)。检测逻辑：情况一：轿门锁检测(1)困人第一前提是电梯可以正常运行，并且有内召登记;符合进入下一条件，不符合直接跳出困人检测;(2)第二个条件判定电梯是否在非检修状态下出现停顿运行。符合进入一下条件，不符合直接跳出困人检测;(3)第三个条件判定：停梯后轿门锁一分钟内轿内锁一直闭合。符合进入一下条件，不符合直接跳出困人检测;(4)第四个条件判定：一分钟后再次检测到内指令或者开关门信号，轿门仍然闭合状态，那么输出困人，否那么退出困人

14、检测;(5)任一步骤，出现门锁断开，那么退出困人检测，回到步骤1重新判定。情况二：非门区检测(1)困人第一前提是电梯可以正常运行，并且有内召登记;符合进入下一条件，不符合直接跳出困人检测;(2)第二个条件判定电梯是否在非检修状态下出现停顿运行。符合进入下一条件，不符合直接跳出困人检测;(3)第三个条件判定：电梯停在非门区超过一分钟。符合进入下一条件，不符合直接跳出困人检测;(4)第四个条件判定：一分钟后再次检测到内指令或者开关门信号，电梯仍处于非门区不运行，那么输出困人，否那么退出困人检测。2.2.4蓝牙调试电梯物联网终端现场调试时，需要确认终端与电梯的连接情况，同时也需要确认终端与远程效劳器

15、是否连接成功。目前的做法大多数是联络治理人员在效劳器后台通过录入ID，建立档案，确认电梯的状态是否正确等步骤完成调试经过，整个环节调试效率比拟低，十分是当终端连接效劳器异常时，调试人员无法获取具体的诊断数据，只能通过更换、比照等低效率方法进展排查。本全功能网关设计一种通过蓝牙进展调试的方法，连接示意图如图7所示。调试人员在现场通过调试App即可查看物联网终端与电梯主控板的具体连接信息，同时诊断出与效劳器交互的实时状况，调试人员可明确知晓当前终端的工作状况。本全功能网关提供可视化的诊断报告，可用于现场物联网终端安装调试的验收根据，同时也能以结论性的报告展示给调试员最终的结论。图7全功能网关与交互

16、对象连接示意图2.2.5远程晋级每台全功能网关出厂时都配置了唯一ID，OTA程序就是通过ID来区分每一台机器的代码，可以做到针对每一台机器进展代码优化。通过在网页上发送晋级命令，设备程序收到正确指令后，退出程序运行，进入OTA晋级程序。OTA完成后会对整个程序进展CRC32校验，在晋级的经过中，比方网络异常，比方中途断电。不管由于何种原因的异常导致CRC32校验失败，OTA会重新连接晋级效劳器进展重新晋级。直到晋级成功，程序会退出晋级形式进入新的设备应用程序。2.2.6五方通话警铃报警信号检测市面上对讲机绝大多数为珠海德凌总线制对讲机，4线制占绝大多数，珠海德凌的NBT系列两线制对讲机(不是走

17、电源线的两线)，可以检测的振铃信号。实际测试珠海德凌NBT两线制NBT12(1-1)A在不同工况下警铃信号的输出电平为：(1)R和L接线，挂机状态4.07V(2)振铃0.148V(3)通话9.641V模拟声音波形德菱NKT四线制NKT12(1-1)A不同工况下警铃信号的输出电平为：(1)挂机11.4V(2)振铃0V(3)通话10.8V模拟声音波形全功能网关与四线制五方对讲系统对接时，IO1+接R，IO1-接GND。全功能网关与两线制五方对讲系统对接时，IO1+接R，IO1-接L。考虑到警铃按钮存在误动作或捣乱动作的可能，全功能网关增加报警过滤功能，当全功能网关检测到电梯在门区且开门到位动作、厅

18、门锁及总门锁断开的情况下或电梯在走梯的经过中时，全功能终端自动过滤当前报警信号。3完毕语电梯物联网网关是实现智慧电梯、电梯按需维保等的硬件根底，国家已经方案针对电梯物联网终端制定专门的标准，取消之前的将电梯物联网终端的设计标准掺和在电梯物联网总标准中的做法，可见电梯物联网终端的重要性。本文设计一款全功能网关，硬件接口丰富，支持电梯行业常用的现场总线，支持4G全网通，支持以太网接入，支持掉电检测。软件功能上，不仅实现了传统的电梯数据收集、网络传输，而且参加了智能化困人边沿计算算法、数据收发自适应算法、五方通话警铃自动检测机制、蓝牙智能化调试以及远程晋级等功能，既能知足标准的要求，同时也能符合电梯行业大多数整梯厂和配件厂的需求。0