基于3G+Internet网络的电梯远程监控系统设计

摘 要： 通过对电梯远程监控系统数据采集和数据传输方式的分析，提出对电梯实时运行信号和轿厢音视频信号分别进行采集，并通过3G网络和Internet网络进行传输的远程数据采集和传输的技术方案，提高了数据采集的可靠性和传输时效，降低了运行费用。通过电梯数据采集器、IPC（网络摄像头）、数据综合和装置以及交换机，将分布在各处的电梯运行状况和故障信息通过3G网络和Internet网络及时传输到远程监控中心，并通过监控中心监控终端的操作，实现对各处电梯的远程监视和控制。实际应用效果表明，该设计具有较好的适用性和推广价值。

关键词： 电梯远程监控系统； 3G； 互联网； 数据采集

中图分类号：TP273 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2013）07-32-04

0 引言

目前我国在用电梯已突破160万台，电梯运行的安全性、可靠性管理已经成为一个的重要问题。电梯远程监控系统能够同时监控多处多台电梯的实时运行状态和电梯轿厢内的音视频信号，及时发现并排除故障，保障电梯的正常运行。

目前现有的商业化运作的电梯远程监控系统包括三菱电梯、日立电梯、蒂森电梯等，采用计算机建立状态数据档案，实现24小时监控，但系统只能监控本公司的电梯，对其他公司电梯不能兼容[1]。因此国内的电梯生产企业需开发配套的电梯远程监控系统，以提高产品的竞争力。

将监控端采集到的数据传送到远程监控中心，各种电梯远程监控系统所采用的传输方式有多种，早期的有电话线有线传输[2]或者是GSM短消息通讯方式。电话线有线传输方式只适用于小范围小区域的监控系统，对于大范围的全局监控管理几乎是不可能的；GSM短信通讯一定存在延时，容易发生阻塞，这对实时性要求较高的监控系统有很大影响，并且传输信息量少。随着互联网技术与通讯技术的发展，出现了各种采用Internet网络、移动通讯网络的传输方式。文献[3]利用GPRS/GSM网络实现电梯监控数据的传输，提高了数据传输的实时性，但数据传输费用较高；文献[4]采用Internet网络传输，降低了监控系统的数据传输费用；文献[5]采用3G网络实现数据传输，满足了大数据量实时传输的需求。以上各种电梯远程监控方案对电梯的实时运行状态和轿厢内的音视频信号采取统一的数据采集与传输，没有满足这两类信号在传输数据量、实时性和传输可靠性的不同要求，无法兼顾数据传输性能与传输费用。

针对以上问题，本文在电梯监控端对电梯实时运行状态和轿厢内的音视频信号分别进行采集，并根据它们的特点与传输要求，兼顾数据传输费用，分别采用3G网络和Internet网络进行传输，既有效保证了信号采集的可靠性，又能在保证数据传输性能要求的基础上降低数据传输费用，还可以根据电梯所处环境的不同，方便调整数据信号传输的方式，使电梯远程监控系统的实施具有灵活性。

1 系统总体设计

电梯远程监控系统对电梯内的检测信号繁多，主要分为电梯的实时运行状态和电梯轿厢内的音视频信号两大类。电梯的实时运行状态的检测数据具有间断、突发、数据量少的特点，对传输的实时性和可靠性要求高；梯轿厢内的音视频信号的检测数据则有持续、数据量大的特点，对传输的实时性和可靠性的要求不是太高。3G移动通信技术是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，速率一般在几百kbps以上，它允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，不需要利用电路交换模式的网络资源，可靠性高，不受地理位置的限制，特别适用于实时运行状态的检测数据的传输；Internet网络传输费用低，适合电梯轿厢内的音视频信号采集数据的传输。

为保证电梯检测信号采集的可靠性，本系统对这两类检测信号分开采集。对电梯实时运行状态信号由数据采集卡通过与电梯控制主板串行连接进行采集，通过数据总线传输至远程监控终端的数据综合和装置进行集中与缓存，由与之相连的3G模块进行传输；轿厢内的音视频信号则由安装在轿厢内的IPC采集，通过网络线由TCP/IP协议传送到远程监控终端的交换机，再连接到Internet网络传输。交换机与数据综合和装置连接，当远程监控终端没有3G网络或Internet网络时，系统可以采用其中任意一种网络方式来传输全部监控数据，提高了系统组网的灵活性。

本系统能实现远程访问电梯，读取电梯的运行参数及历史故障记录，通过解析电梯的运行参数，了解当前电梯的运行状态；通过解析电梯的故障代码，了解当前电梯发生的历史故障；通过远程诊断，协助维保人员更好地对电梯进行保养；通过音视频监控电梯内的状况并与电梯乘客通话。

远程监控系统分为数据采集端、网络传输和远程监控端三部分。数据采集端由位于控制柜附近安装的数据采集器、轿厢内安装的音视频采集模块和机房安装的数据综合和装置组成；网络传输由3G网络模块和交换机组成；远程监控端由终端服务器、手持或监控中心的终端设备组成。系统架构如图1所示。

以下介绍系统主要组成部分的功能。

⑴ 数据采集器

数据采集器通过RS422通讯方式与电梯控制板连接，实现对电梯的监控、记录并分析电梯的实时运行状态，当电梯发生故障时，可迅速报警并上传故障代码到数据综合和装置。

⑵ 音视频采集模块

采用IPC设备，采集轿箱内的视频数据及音频数据，通过TCP/IP协议发送给交换机。

⑶ 数据综合和装置

接收数据采集器发送的数据，并可接收交换机发送的音视频数据，通过本地存储器保存数据，再通过3G发射器将数据发送出去。

⑷ 3G网络模块

采用3G模块实现与3G网络的联通，实时把采集模块和音视频采集模块采集到的数据发送到3G网络中，并接收远程监控中心发送的指令和网络中的音频数据。

⑸ 交换机

接收各个电梯的音视频采集数据，与Internet网络连通发送数据，并与数据综合和装置连通，向它发送音视频数据，或接收它发送来的电梯运行数据。

⑹ 终端服务器

包括Web服务器、数据库服务器和数据库。Web服务器实时监测网络端口，接收通讯网络发送来的电梯实时运行数据和音视频数据，通过数据库服务器实时存入数据库中，在需要时提取数据库中的历史数据。

⑺ 管理终端

包括各种PC机、平板电脑、手机等各种固定或移动智能终端，接收终端服务器发送来的信息，直观地了解当前电梯的运行状态，并向电梯控制板发送控制指令，实时查询电梯的运行状态，实现电梯的远程诊断及远程维保功能。

2 数据采集端的设计

2.1 硬件设计

⑴ 数据采集器

数据采集器采用Cortex-M0作为核心芯片，通过RS422通讯方式与电梯控制板连接，利用422电平转换芯片进行电平转换后与电梯主控板进行数据通信，读取电梯的运行方向、当前层站、轿门开闭等运行参数和门区外停梯、冲顶、蹲底、运行中开门和超速等故障信息，并可对电梯主控板进行参数设置。数据采集器采用标准串行通信方式，并取电梯主控板422接口处的5V电源为采集器供电。利用485串行通讯接口通过数据总线与数据综合和装置进行数据通信，转发电梯的运行参数与故障信息。RS232 console接口利用232串口与调试显示设备进行数据通信，在进行本地调试的时候输出调试信息供调试者观察。RS232程序烧写口利用232串口与ISP烧写工具连接实现串口形式对CPU进行程序烧写，方便程序调试和修改等操作。数据采集器的硬件模块结构如图2所示。

⑵ 数据综合和装置

数据综合和装置采用基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器S3C2440A作为核心，综合了RS485模块、USB-3G功能模块、网口模块、蓄电池模块、USB接口模块和RS232 Console接口模块等。RS485模块以HOST模式运行，通过485总线连接多个电梯数据采集器。网口利用网络协议接口芯片进行数据转换后与局域网连接，收发音视频数据。USB-3G模块引用CPU的一对USB接口与其他辅助电路组成USB HOST模式接口，用于连接3G模块并和其进行通讯，达到利用3G模块发送和接收数据的效果。引用CPU的一对USB接口与其他辅助电路组成USB HOST模式接口，用于读取作为音视频暂存器的U盘或其他USB设备。数据综合和装置的模块结构如图3所示。

2.2 软件设计

数据采集器、数据综合和装置的软件是基于Linux操作系统的，使用C语言和keil C51开发工具进行开发[6]。

数据采集器程序主要有电梯控制信号采集子程序和串口通信子程序。电梯控制信号采集子程序针对的是公司电梯控制器主板，根据主板型号与通讯协议直接从主板获取电梯的实时运行参数，通过RS422接口传回数据采集器。串口通信子程序完成采集模块与数据综合和装置之间的数据传输。

数据综合和装置实现IP模块相关指令及3G模块相关指令[7]，完成上网、建立连接、发送数据等功能。程序分为主程序、终端串口通信子程序。主程序完成3G模块初始化与网络连接等操作。串口通信子程序完成与数据采集器之间的数据传输，采用串口通信的方式控制3G模块，通过向串口写命令，对模块发出控制指令，根据串口返回的信息来判断执行情况。这个过程和Windows里面的“超级终端”工具十分相似。消息是以“AT指令”的形式发出。AT指令集有一整套完备的功能，对标准的通信模块都予以支持，支持标准的“AT指令集”，并且提供相应的扩展指令。3G模块支持断线重播机制，可以实现自动连接的功能。数据综合和装置程序的运行流程如图4所示。

3 远程监控端的设计

远程监控端设于维保单位，用于实时监测电梯的运行状态，接收数据综合、装置和交换机发送的监控数据与音视频数据，并储存在数据库中。同时可以主动向数据综合和装置发送指令，进行实时电梯状态及故障的查询。当电梯发生故障时，可以第一时间查看电梯运行状态及乘客状态，实施远程救援，同时可以直接进行对话，了解现场情况。可通过各种移动通讯运营商的通讯网络与各种移动通讯工具通讯，接收电梯运行状态信息，或维护操作命令。远程监控端的网络拓扑结构如图5所示。

远程监控端软件采用B/S架构模式[8]，开发动态Web页面，Web服务器采用微软公司的IIS6.0，数据库采用SQL Server。采用Net Interface实时监测网络端口，接收通讯网络发送来的电梯实时运行数据和音视频数据；中间件CTRY实现各部分数据的处理、数据缓存和数据转换等功能，并将数据送至Web服务器进行实时监控；采用DB服务器将网络中接收到的电梯运行的实时数据存入数据库中，在Web服务器需要查询时提取数据库中的历史数据；Web Server以监测网页的形式将电梯的实时运行情况，以及故障报警、音视频的信息给用户；用户通过Web Browser浏览监测中心的监测情况并可实时跟踪。用户还可以通过Web Page查询电梯的历史运行情况和历史故障列表等信息，在故障的同时通过视频和音频实时监测电梯内部情况并及时和电梯内部被困人员沟通。远程监控端的软件架构如图6所示。远程监控端的监控界面如图7所示。

4 结束语

本文设计了电梯远程监控系统，针对两类电梯远程监控信号——电梯实时运行信号和轿厢音视频信号的特点，分别进行数据采集，并由3G网络和Internet网络分别进行数据传输，不但提高了系统的可靠性和稳定性，节约了监控系统的运行费用，而且还可以根据监控终端的网络环境调整数据传输方式，提高了系统的适用性。该系统作为公司开发的新一代高速电梯的一个重要组成部分，已在多个项目中得到应用，实际应用效果表明，该监控系统具有较好的适用性和推广价值。下一步的研究是对该系统与电梯群控系统的功能做进一步整合，例如利用该系统采集的轿厢视频信号对轿厢内的乘客人数进行视频识别，将结果提供给电梯群控系统，提高群控调度的效果。

参考文献：

[1] 王强.远程监控系统的应用与研究[D].河海大学硕士学位论文，2003.

[2] 李涛，王仲林，杜晓东.有线公用电话网和无线移动通信网相结合的电梯远程监控系统[J].电工技术杂志，2004.9：81-83

[3] 郑丹丹，刘明兰，何超等.基于GPRS/GSM的电梯远程监控系统设计[J].自动化仪表，2007.28（12）：49-51，54

[4] 仲兆峰.基于互联网环境的城市电梯远程监控平台[J].自动化技术与应用，2009.28（8）：57-60

[5] 段登，邱意敏，周力等.基于B/S架构+3G网络的电梯远程监控系统研究[J].安徽工程大学学报，2011.26（2）：68-70

[6] 李明辉.电梯远程监控系统设计[J].电子技术应用，2009.35（8）：97-99，103

[7] 王斌杰.电梯远程监控系统研究与设计[D].沈阳建筑大学硕士学位论文，2011.

[8] 谢超，周国富，钟远东等.电梯远程监控后台控制系统的设计[J].机电工程技术，2004.33（8）：71-72