基于GPRS电梯限速器校验关键数据远程传输系统研究_周叶平.pdf

基金项目：江西省质量技术监督局科技项目（编号：GZJKE201816）收稿日期：20220518基于GPRS电梯限速器校验关键数据远程传输系统研究*周叶平，兰清生，汪有韬，胡诚，毛锦荣（江西省检验检测认证总院 特种设备检验检测研究院，南昌330052）摘要：为降低电梯检验员人员现场检验时长，提高检验人员工作效率，设计了以GPRS为通信网络的限速器校验远程数据传输系统，用以替代检验人员现场确认观察限速器校验。系统以STM32F103RBT6微处理器为主控芯片，配合4G模块EC20、霍尔接近开关搭建系统硬件平台。通过STM32定时器及霍尔接近开关实现限速器转速脉冲信号采集，采用计时法对采集的脉冲信号进行脉冲周期计算，经转速与线速度关系换算实现电梯限速器线速度的测量，然后通过4G模块EC20、MQTT协议将限速器校验速度值传输至OneNET服务器，最后借助OneNETview可视化界面实现人机交互。通过PC端登录OneNET云端，可实现实时查看限速器校验速度值。系统经过反复测试运行，系统运行速度快，易操作，能够实现限速器校验结果速度值的远程传输、存储和显示功能。关键词：电梯；限速器；STM32；OneNET中图分类号：TN876.5文献标志码：A文章编号：10099492(2023)02021204Research on Remote Transmission System of Key Data Generated in the CalibrationProcess of Elevator Speed Limiter Based on GPRSZhou Yeping，Lan Qingsheng，Wang Youtao，Hu Cheng，Mao Jinrong（Special Equipment Inspection and Testing Research Institute,Jiangxi General Institute of Testing and Certification,Nanchang 330052,China）Abstract:In order to reduce the on-site inspection time of elevator inspectors and improve the work efficiency of inspectors,a long-distancedata transmission system for speed limiter verification with GPRS as the communication network was designed,it was used to replace theinspection personnel to confirm and observe the speed limiter calibration on site.The system used STM32F103RBT6 microprocessor as themain control chip,cooperated with 4G module EC20 and Hall proximity switch to build system hardw-are platform.The speed limiter speedpulse signal acquisition was realized through STM32 timer and Hall proximity switch,calculated the pulse period of the collected pulse signalby timing method,the linear speed measurement of the elevator speed limiter was realized by converting the relationship between the rotationalspeed and the linear speed,then,the speed limiter verification speed value was transmitted to the OneNET server through the 4G module EC20and MQTT protocol,and finally human-computer interaction was realized with the help of the OneNETview visual interface.Logging in to theOneNET through the PC terminal realized real-time viewing of the speed limiter verification speed value.After repeated testing and operation,the system runs fast and is easy to operate,it can realize the functions of remote transmission,storage and display of the speed value of thespeed limiter verification result.Key words:elevator;speed governor;STM32;OneNET2023年02月第52卷第02期Feb.2023Vol.52No.02机电工程技术MECHANICAL&ELECTRICAL ENGINEERING TECHNOLOGYDOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2023.02.047周叶平，兰清生，汪有韬，等.基于GPRS电梯限速器校验关键数据远程传输系统研究 J.机电工程技术，2023，52（02）：212-215.0引言电梯限速器是电梯一个非常重要安全部件，是避免电梯轿厢（或者对重）超速运行的重要安全保障装置，也称之为断绳保护和超速保护1。2017 年 10 月 1 日已实施的 TSG T7001-2009 电梯监督检验和定期检验规则曳引与强制驱动电梯 第 2 号修改单附件 A 的2.9（4）中对限速器作出了明确规定：“对于额定速度小于3 m/s的电梯，检验人员还需每2年对维护保养单位的校验过程进行一次现场观察、确认”2。从电梯检验规则的修改上可见国家相关职能部门对电梯限速器校验工作的重视程度3。然而基于现实严峻的检验人机比矛盾、每台限速器校验时间基本与整台电梯其他检验项目耗时差不多的情况，实现逐台校验并现场观察，进一步加剧了这一矛盾4，如果能够实现将限速器现场校验数据远程传输至服务器，能够有效减少现场检验时间，同时能够实现数据永久保存、实现测试数值可追溯，能够有效提高检验人员工作效率，降低检验检测机构人力成本5-7。本文在4G技术基础上，开发了一套基于STM32F103和EC20的4G通信系统，该通信系统能够实现移动互联网与限速器校验系统的无线连接，能够远程获取电梯检验过程限速器的校验数据并上传至ONENET平台。本系统所用的主芯片STM32F103RBT6是ST公司基于ARM最新 Cortex-M3 架构内核的 32 位处理器，其芯片内置128KB的Flash、20KRAM、12位AD、4个16位定时器和2123 路 USART 串口通信等资源。4G 通信模组采用移远EC20模组，采用MQTT网络协议与ONENET云平台进行通信，传输的数据有限速器编号、限速器电气速度、限速器机械速度。1系统总体设计方案本系统设计使用的主控芯片是STM32F103RBT6芯片和EC20控制器，将STM32F103RBT6通用定时器TIM2设置为输入捕获模式，通过设定上升沿捕获限速器校验仪中霍尔接近开关产生脉冲时刻计数器计数值的锁存实现被测信号的周期计算，通过采集限速器电气开关的动作作为最高级中断，在中断中计算发生中断时被测信号的周期，通过换算即可得到当前限速器的转速及线速度；将计算得到最大速度值作为机械速度。将计算得到的线速度通过串口传输给EC20通信模块，EC20通信模块再将数据上传至ONENET云平台8-9，通过PC端或者移动客户端均能实现数据的检测，系统总体框架如图1所示。2硬件设计本监测系统硬件包括速度采集电路（霍尔接近开关）、STM32控制芯片最小系统、GPRS DTU通信模块、供电模块、串口电平转换模块等。2.1速度采集电路速度采集采用霍尔接近开关（型号：HG-HL12），输入电压为1030 V，输出级为一个集电极开路NPN管。采用12 V电压给传感器供电，在没有磁钢靠近时，传感器输出+12 V，有磁钢靠近时，传感器输出0 V，为匹配单片机 STM32TTL 电平及定时器上升沿捕获的设计，设计2个电阻及非门实现信号的分压与反转，实现信号电平的匹配10的电路如图2所示。2.2STM32控制芯片最小系统主控芯片采用ST意法半导体生产的STM32F103RBT6，STM32F103RBT6是ST公司基于ARM Cortex-M3架构内核的32位处理器，内置128KB的Flash、20 K的RAM、4个16位定时器和3路USART通信口、时钟频率最高可达72 MHz，采用LQFP64封装形式，其最小系统包括单片机、电源、晶振电路、复位电路以及其他电路等几个部分，采用输出直流 12 V 的电源适配器给系统供电，能够直接提供霍尔接近开关所需+12 V 电源，通过LM2596 及 AMS1117 稳压芯片可以分别为控制系统提供+5 V、+3.3 V、+3.8 V供电。其最小系统如图3所示。2.3EC20通信模块根据移远公司EC20硬件设计手册设计了EC20通信模块的电源电路、SIM接口电路、USB电路，EC20通信模块电路如图4所示。图1系统总体框架图2霍尔接近开关速度采集电路图3STM32控制芯片最小系统图4EC20通信模块电路周叶平，兰清生，汪有韬，等：基于GPRS电梯限速器校验关键数据远程传输系统研究2132.4串口电平转换电路系统中设计使用了2路串口，USART1用于连接电脑调试，USART2用于与EC20通信，电平转换硬件电路设计如图5所示。3软件设计为缩短项目开发周期，本系统软件采用Keil5开发环境，充分利用ST公司推出的官方固件库函数提高系统软件开发效率。设计的系统软件包括 I/O 口初始化函数，系统时钟初始化函数，串口初始化函数、4G模块EC20的 IO 层初始化函数、创建 Onenet平台连接函数、断开Onenet平台连接函数、数据上传Onenet平台函数、心跳检测函数等模块。由于系统只负责限速器编号、限速器速度（电气和机械）数据的传输，不存在复杂的任务调度，采用裸机环境。系统在硬件初始化（I/O口初始化函数，系统时钟初始化函数，串口初始化函数、4G 模块IO层初始化函数）后等待限速器电气开关中断响应，如果没有中断发生，ATM32通过定时器 3 每 25 s 发送一次心跳包给4G通信模块EC20，避免通信系统的中断11，如果有限速器电气开关中断响应的发生，则响应中断函数，将中断函数中计算得到的速度值向 OneNET 平台发送。其系统总程序如图6所示。3.1限速器速度采集软件以三菱电梯限速器为例，ZDGZ-200或者DG-640两种型号限速器能够覆盖匹配额定速度0.54.0 m/s的电梯，节圆直径D为240 mm或者320 mm，通过式（1）计算可得频率为0.663.99 Hz。f=V 10-3D（1）由于被测信号频率低，为提高脉冲周期计算的精度，宜采用计时法测量信号脉冲周期，通过计算可得线速度值，计时法误差分析与方案如下。计时法测量原理如图7所示，图中TC1是标准信号周期，TX1是被测信号周期，N1是被测信号周期内标准信号的计数值；在被测信号周期TX1内