（测试计量技术及仪器专业论文）基于网络技术的嵌入式电梯远程监测系统——嵌入式系统设计.pdf

浙江大学硕士学位论文 泓 。 摘要 摘要 本文提出并研究设计了一种基于网络技术的嵌入式电梯远程监测系统。 3 2 位高性能嵌入式微处理器和实时多任务操作系统的基蕊上设计实 现。利用该系统可以通过i n t e r n e t 对分布在世界各地的电梯状态进行监测， 变电梯被动维护为主动维护，为电梯安全稳定的运行提供了可靠的保证。遗 第一章综合论述了本文研究工作的意义和电梯远程监测系统以及嵌入式 i n t e r n e t 技术的发展现状。 第二章对本文提出的基于嵌入式网络技术的电梯远程监测系统的功能进 行综合论述。其中通过网络实现自动报警与远程监测是本系统功能的灵魂所 在。 第三章介绍了系统实现的硬件以及软件环境和所用的编程技术。硬件设 计的核心是嵌入式微处理器m p c 8 5 0 ，软件的开发平台是嵌入式实时操作系统 ( r t o s ) 。 第四章详细介绍了系统实现的硬件设计和软件设计。软件的实现由实时 任务模块、网络通讯模块、串口通讯模块、人机交互模块、远程加载模块五 大模块组成。 第五章给出了本文研究的主要结论，并对系统进一步的优化工作进行展 望。 关键词：电梯远程监测嵌入式系统i n t e r n e t 嵌入式微处理毒飞入式实时 操作系统 i l 浙江大学硕士学位论文摘要 a b s t r a c t i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，a ne m b e d d e dr e m o t ee 1 e v a t o rm o n i t o rs y s t e m b a s e do ni n t e r n e t ( r e m s ) i sp r o p o s e da sw e l la sd e s i g n e d t h i ss y s t e m i s d e v e l o p e db a s e d o n h i g hp e r f o r m a n c ee m b e d d e dm p ua n de m b e d d e d r e a l t i m e o s ，b y w h i c hw ec a nm o n i t o ra l ls t a t u si n f o r m a t i o no f e l e v a t o r st h r o u g h o u tt h ew o r l dt h r o u g hi n t e r n e t i n c h a p t e r1 ， a c o m p r e h e n s i v ed e s c r i p t i o na b o u tt h er e s e a r c h w o r k ss i g n i f i c a n c e ，t h ec u r r e n tr e s e a r c hs t a t u so fr e m o t ee l e v a t o r m o n i t o rs y s t e ma n de m b e d d e di n t e r n e tt e c h n o l o g yi sg i v e n i n c h a p t e r2 ，t h e f u n c t i o n so fr e m sa r ed i s c u s s e di nd e t a i l a u t o m a t i ca l a r ma n dr e m o t em o n i t o rb yi n t e r n e ta r ek e yf u n c t i o n s i n c h a p t e r3 ，ad e s c r i p t i o n a b o u tt h e h a r d w a r e ，p r o g r a m m i n g e n v i r o n m e n ta n d p r o g r a m m i n gt e c h n i q u e i s g i v e n t h e h a r d w a r ei s d e s i g n e db a s e do ne m b e d d e dm p u ，w h i l et h es o f t w a r ei sd e s i g n e db a s e d o nr t o s i nc h a p t e r4 t h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g no fr e m sa r ed i s c u s s e d i nd e t a i l f r o mt h e i m p l e 册e n t a t i o n ，t h e s o f t w a r ei s c o m p o s e d o f r e a l t i m et a s k ，n e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt a s k ，s e r i a lc o m m u n i c a t i o nt a s k ， k e y b o a r d l c dt a s ka n ds o f t w a r el o a d i n gt a s k i n c h a p t e r5 ，t h em a i nr e s e a r c hc o n c l u s i o n i ss u m m a r i z e d t h e p r o s p e c to ff u r t h e rr e s e a r c hw o r k i sa l s om a d e k e y w o r d ：e l e v a t o r ， r e m o t e m o n i t o r ， e m b e d d e d s y s t e m ， i n t e r n e t e m b e d d e d m p u ，e m b e d d e dr e a l t i m eo s i i i 浙江大学硕j 学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 选题意义 在现代社会和经济活动中，电梯已是城市物质文明的一种标志。在高层建筑 中，电梯是不可缺少的垂直运输设备，没有电梯的高楼就像没有汽车的公路一样 让人难以想象。随着高层建筑的不断涌现，电梯的应用也就日益广泛和频繁。我 国最高的建筑金茂大厦主楼高8 8 层，地下3 层，裙房6 层，总建筑面积2 9 万m 2 。 主楼5 0 层以下为五a 智能办公区；5 3 层到8 7 层为世界最高的五星级酒店；8 8 层为世界最高最大的观光厅。如果其中的6 1 台电梯和1 8 台自动扶梯“不能合理 地调运人员，则其大楼功能的发挥无从谈起。在高层建筑中，在电梯使用频率如 此之高的情况下，怎样保证电梯的更加安全高效地运行始终是当今电梯技术发展 的主要趋势之一。 目前，电梯制造厂商对用户使用的电梯普遍采用计划检修和事故后维修的 电梯维修制度，这种电梯维修制度，一方面厂商需投入大量的人力、物力进行电 梯维修；另一方面，仍然无法阻止电梯故障造成的重大事故。仅北京地区1 9 9 9 年就发生了多起电梯致人伤亡的重大事故。如1 9 9 9 年7 月北京朝阳区某电梯 发生开门走车，导致乘客一死、一伤的重大事故。1 9 9 9 年9 月，北京海淀区一电 梯带病运行导致一乘客坠入底坑，当场死亡。造成了严重的不良影响。电梯厂商 为电梯安全高效的运行而殚精竭虑。 为解决这一矛盾，早在8 0 年代初，就有电梯厂商在电梯轿厢内安装摄像和 通讯系统，想以此解决电梯的安全问题。一旦轿厢内有乘客被困，可以通过通讯 系统向外呼救，或者由监视器发现”。但是这种设施只能限于电梯所在大楼， 而且没有专业人员协助管理，问题的真正解决还需要由大楼管理人员通知专业人 员来解决。计划检修和事故后维修的电梯维修制度没有发生根本的改变。近年来， 电梯远程监测系统的出现，使计划检修和事故后维修的电梯维修制度发生了最根 本的改变，为电梯安全稳定的运行提供了可靠的保证。 浙江犬学硕士学位论文第一章绪论 1 2 技术发展现状综述 1 2 1 电梯远程监测系统技术现状 远程监控是指通过电话线路或专用线路，有关人员通过设在电梯维修服务中 心的计算机( 以下简称服务器) 对分布在各地的电梯进行远程的监视及操作。目 前各大电梯公司和机电公司都致力于电梯远程监测系统的研制与开发。如美国 o t i s 电梯有限公司提出的r e m ( r e m o t ee l e v a t o rm o n i t o r s y s t e m ) ，上海永大机电 工业有限公司开发的全中文远隔监控系统都是比较成功的例子。其中美国o t i s 电梯有限公司提出的r e m 目前已经推出了r e m 5 0 ”1 ，r e m 在北美数千台电梯 中安装运行并取得了相当好诊断监测效果，大大减少了电梯故障的发生率：上海 永大机电工业有限公司开发的全中文远隔监控系统“2 1 曾在台湾地区广泛使用， 在大陆电梯行业中率先推出具有中国特色的中文版远隔监控系统。国内的一些电 梯公司和机电公司在电梯远程监测系统方面也有新的发展。比如珠海市阿尔法有 限公司研制开发了“阿尔法电梯远程监控系统“，上海新时达有限公司推出 “s e m 9 6 c 远程监控系统”“是其中较为典型的例子。 这些系统集通讯、故障诊断、微处理机为一体”1 ，工作原理大体相同：用户 端系统时刻监视电梯的运行状态；当电梯发生故障时，用户端系统对该信号进行 处理，然后通过公用电话网，自动拨通中心端系统，将故障信息在中心端系统监 视界面以窗口方式显示并报警；中心端系统软件对用户端系统传送来的故障信息 及其它如电梯运行次数、运行时长等信息进行分析，整理归类提供给人员，也可 由中心端系统对目的电梯进行动态监控。 远程服务对用户的受益是显而易见的，电梯的远程监控不仅使用户得到一个 部件，而且使用户享受到一整套的服务。电梯远程服务中心就能时刻监测到电梯 的状态，对电梯发生的故障明确及时进行处理，甚至可以根据电梯运行的状态预 先得知可能出现的故障信息，并将其排除在发生之前。以这样一种变被动维护为 主动维护方式来维修保养电梯，相对于传统的维保方法一方面其维修效率大大提 高，电梯故障发生率将大大降低；另一方面可以大大降低电梯维保费用。这种预 保养式的售后服务方式在国外是深得用户的信赖的，这也将是我国电梯工业技术 2 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 发展的一个重要方向”1 。 但是上面提到的一些远程监测系统在远程呼叫时大都只是通过串行口采用 m o d e m 拨号的形式通过公用电话网拨通中心端系统，话费较高，楼宇内的管理中 心一般无法获得电梯的运行状态信息，即使能够获得一些信息也是通过c a n 、 r s 一2 3 2 、r s 一4 8 5 等总线将微处理器组网，但这种网络的有效半径比较有限，有关 的通信协议也比较少，并且一般是孤立于i n t e r n e t 以外的。 很显然，i n t e r n e t 远程连接网络和i n t e r n e t 技术是今后一段时间内任一种 计算机系统的必然发展趋势。上文提到的远程监测系统，并没有很好地适应这一 发展趋势，也没很好地利用网络这一宝贵资源。因而在电梯的实时监控和动态维 护方面仍有一些欠缺，而且不能适应当今电梯行业发展的需要。 1 2 2 嵌入式ln t e r n e t 技术现状 i n t e r n e t 现已成为社会重要的基础信息设旖之一，是信息流通的重要渠 道。网络被用于工商业的各个方面，包括广告宣传，生产，发运，计划，报价和 会计等。而今各类网站、电子商务更是成了热点。绝大多数公司、企事业单位都 拥有自己的网络，并通过不同的方式接入了i n t e r n e t 。i n t e r n e t 使全球化的信 息交流变得非常容易。 i n t e r n e t 时代的到来将不可避免地逐步改变人们日常的工作、学习和生活习 惯，以手持电脑、机顶盒、网络电话、住宅网间连接器等为代表的移动办公设备 和家庭网络产品将在不久的将来形成时尚，在未来的信息社会中扮演重要的角 色。 另一方面，嵌入式工业也已经成熟起来并得到了最为广泛的工业应用。嵌入 式系统被定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应 应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统“”。 它以p c 机不可比拟的结构灵活性、稳定性和经济性成为计算机工业的高速增长 点。嵌入式的8 1 6 3 2 b i t 的微处理器可以工作在许多空间狭窄、环境恶劣的环 境或实体中，将成为人们感受自然和社会的扩展的神经末梢和许多工业领域中专 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 用的智能中央单元或一颗智能专用螺钉。目前大多数嵌入式系统还处于单独应用 的阶段，以微控制器( m c u ) 为核心，与一些监测、伺服、指示设备配合实现一 定的功能。在一些工业和汽车应用中，为了实现多个m c u 之间的信息交流，利用 c a n 、r s 一2 3 2 、r s 一4 8 5 等总线将m c u 组网，但这种网络的有效半径比较有限，有 关的通信协议也比较少，并且一般是孤立于i n t e r n e t 以外的1 。 即将到来的二十一世纪无疑是一个i n t e r n e t 时代，如果嵌入式系统能够连 接到i n t e r n e t 上面，则可以方便、低廉地将信息传送到几乎世界上的任何一个 地方1 。利用该技术，能够将i n t e r n e t 延伸到嵌入式系统，并实现基于i n t e r n e t 的远程数据采集、远程控制、自动报警、上传下载数据文件、自动发送e m a i l 等功能，为i s t ( i n t e r n e ts e n s o rt e c h n o l o g y 网络传感器技术) 、h v a c ( 家庭 环境自动控制) 、信息家电、工业自动化( 制药工业过程控制、电力系统、电网 安全、电网设备监测、石油化工系统) 、局部环境自动监测、智能小区管理、网 络自动抄表、高速公路出入口管理、p o s 网络及电子商务等技术的应用与发展提 供了技术保证。如下图： 图1 一i 嵌入式i n t e r n e t 的应用 将嵌入式系统与i n t e r n e t 结合起来的想法其实很早以前就有了，主要的困 难在于，i n t e r n e t 上面的各种通信协议对于计算机存储器、运算速度等的要求 4 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 比较高，而嵌入式系统中除部分3 2 位处理器以外，大量存在的是8 位和1 6 位m c u ， 支持t c p i p 等i n t e r n e t 协议将占用大量系统资源，或根本不可能“。因而采 用高性能的嵌入式微处理器成为设计嵌入式i n t e r n e t 系统的关键。随着技术的 不断发展，高性能的嵌入式微处理器不断涌现，p o w e r p c 4 0 3 ，6 0 x ，8 x x 系列、i n t e 8 0 9 6 0 、m o t o r o l a 6 8 k & c p u 一3 2 ( + ) 、m i p s 、a r m 等。因此采用高性能的嵌入式微处 理器设计嵌入式i n t e r n e t 成为可能。 目前嵌入式应用领域的一个发展倾向是采用实时多任务操作系统( r e a lt i m e o p e r a t i o ns y s t e m ，r t o s ) 。r t o s 的应用是和前面所述的应用复杂化直接相关的。 过去一个单片机应用程序所控制的外设和履行的任务不多，采取一个主循环和几 个顺序调用的子程序模块即可满足要求。目前单片机芯片本身的性能大幅度提 高，可以适应应用复杂化这要求，问题在于软件上。随着应用的复杂化，一个 嵌入式控制器系统可能要同时控制监视很多外设，要求有实时响应，有很多处 理任务，各个任务之间有多种信息传递，如果仍采用原来的程序设计方法存在两 个问题。是中断可能得不到及时响应，处理时间过长，这对于一些控制场合是 不允许的，对于网络通信方面则会降低系统整体的信息流量。二是系统任务多， 要考虑的各种可能也多，各种资源如调度不当就会发生死锁，降低软件可靠性， 程序编写任务量成指数级增加。因此r t o s 的应用成为嵌入式i n t e r n e t 系统的另 一个基本要求，比较流行的r t o s 包括w i n d o w sc e 、r e a l t i m el i n u x 、z e n t r o p i x 、 l y n x o s 、o s k i t 、e c o s 、v x w o r k s 、e e o s 、h o p e n 、q n x 、p s o s 等。 1 3 课题提出意义和主要研究内容 目前，日本三菱公司1 9 9 9 年研制出基于嵌入式i n t e r n e t 的电梯远程状态监 控网络系统，美国今年已开始生产基于i n t e r n e t 的信息电梯。国内，虽然有些 电梯厂商生产的电梯已配置基于微电脑( 单片机) 监测控制系统，但国内尚无基 于嵌入式i n t e r n e t 的电梯远程状态监控网络系统的研究报道。本课题中提出的 基于网络技术的嵌入式电梯远程监测系统的方案可以对多种电梯厂家生产的电 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 梯进行数据采集，并且以多种方式接入计算机网络，采用标准的i n t e r n e t 数据 通讯协议t c p i p ，对各地运行的多台电梯进行实时监测，实现故障的早期预告 和排除，变电梯的被动维护为主动维护，有效提高电梯维护技术水平和维护质量， 并最终达到实现对电梯进行远程实时诊断、实时监测、实时控制、动态维护的目 的。同时达到对电梯数据进行管理、降低电梯维保费用、实现巨大经济效益的目 的。这正是本课题提出的意义所在。 在本论文中提出并研究设计了一种基于嵌入式i n t e r n e t 的电梯远程监控网 络系统。该系统在3 2 位高性能嵌入式微处理器和实时多任务操作系统的基础上 设计实现。该系统通过r s 4 2 2 采集电梯信息，解释监测中心下传的命令，通过局 域网或者拨号方式连入i n t e r n e t ，简洁、快速地向远程监测中心上送电梯信息， 实现自动报警以及电梯远程监测。论文主要讨论了基于嵌入式i n t e r n e t 的电梯 远程监控网络系统的嵌入式部分的软件设计。首先我们从用户需求的角度详细阐 述了本系统应该具备的功能：其次根据功能要求以及r t o s 环境下编程规范，将 嵌入式软件按实时任务模块、网络通讯模块、串口通讯模块、人机交互模块、远 程加载模块分为五个模块，并分别介绍了模块的具体实现，每个模块的实现贯穿 了分层体系思想，大体按照硬件抽象层、高层驱动、应用层实现，模块与模块之 间充分运用了通信与同步机制，使整个软件成为一个层次分明的有机整体。特别 值得一提的是，在与远程监测中心、楼宇监测中心通讯模块实现过程中，自定义 了一套基于t c p i p 上的应用协议；在充分了解r t o s 初始化硬件过程的前提下， 改编系统b o o t 程序，实现了监控软件的远程动态加载与更新。这些创新技术在 实践运行中都证明是非常可靠而有效率的。 6 浙江大学硕士学位论文第二章系统功能规划 第二章系统功能规划 2 1 总体设计 2 1 1 总体要求 本系统应该包括皿部分： 现场的嵌入式系统( 简称，终端) 电梯远程监测中心系统( 简称，监测中心) 楼宇监测中心电梯监测系统( 简称，楼宇监测) 分公司电梯监测系统( 简称，分公司监测) 电梯远程监测中心系统有一个全球的固定i p ，以及一个m o d e m ，现场嵌入式 系统包括一个网口和一个m o d e m 口，现场嵌入式系统与电梯远程监测中心系统 通过m o d e m 或者网口进行通讯，与楼宇监测中心电梯监测系统通过网口通讯。分 公司电梯监测系统通过i n t e r n e t 经由监测中心对本地区所管辖的所有电梯进行 远程监测。 2 1 2 功能设计总论 一嵌入式系统设计规划 如图2 - - 2 所示，为嵌入式系统示意图。该系统通过r s 4 2 2 同o t i s 电梯的r s 4 2 2 相连( 最多为4 个电梯) 进行电梯状态监控和一些参数设置。嵌入式系统完成如 下任务： t a s k l ；实时监测 平时不间断从各个电梯上抄电梯状态数据( m i l l 单台电梯】) 。一方面，将该上 抄的电梯状态数据送到楼字监测中心电梯监测系统，进行电梯状态实时监测：另 一方面，判断o p e r a t i o n a l m o d e 变量的内容，是否某台电梯出现故障。如 果出现故障，则向监测中心报警，主动同电梯远程监测中心系统通信，上抄该电 7 浙江大学硕：卜学位论文第二章系统功能规划 梯的故障监测参数和电梯的系统时间。当o p e r a t i o n a lm o d e 变量的内容改 变时，重新上抄该电梯的故障监测参数，主动同电梯远程监测中心系统通信，上 送故障信息。 楼字监涓中心电梯监测系统 图2 1 基于嵌入式网络技术的电梯远程监测系统 图2 2 嵌入式系统示意图 浙江大学硕士学位论文第二章系统功能规划 t a s k 2 ：人机接口 通过k e y 和l c d 的命令单，实现监测和设置功能，以p a s s w o r d 的方式实现二 级操作。其中一级实现用户监测功能，另一级实现厂家维修工监测功能。 t a s k 3 ：同楼宇监测中心电梯监测系统通信 系统通过e t h e r n e t 以s o c k e t 通信方式同楼宇监测中，t l , 电梯监测系统通信，实 现一些基本的实时监测和设置功能。 t a s k 4 ：同电梯远程监测中心系统通信 系统通过e t h e r n e t 或s o c k e tm o d e m 以s o c k e t 通信方式同电梯远程监测中心 系统通信，实现详细的监测和设置功能。 二电梯远程监测中心系统设计规划 图2 3 远程监测中心功能图 体系建立 建立电梯组电梯参数库 远程设置 实现电梯组电梯参数的上传和下传，上传是指电梯远程监测中心从现场嵌入式 系统中读取参数，下传是指设置参数，由中心向现场下传 远程监控 9 浙江大学硕 学位论文 第二章系统功能规划 1 周期监测 以周期巡检的方式监测电梯状态，监测数据自动入数据库，可以选择监测子 项 2 即时监测 即时监测电梯状态，可以选择监测子项 3 实时监测 以图形的方式选择显示一个终端的卜4 电梯的基本信息( m 1 1 1 ) 4 报警监测 电梯出现报警情况的时候，它将打断所有其它模式的呼叫过程，将现场的 数据实时地传给电梯远程监测中心系统，此时电梯远程监测中心系统优先处理该 报警事件；电梯远程监测中心系统自动判断该报警事件是事故报警或异常报警。 如果为事故报警，自动拨通电梯远程监测中心和分公司主管的b p 机或手机。报 警事件发生时，自动跳出报警窗口，显示报警电梯的相关信息 5 远程控制 远程实现楼层召唤( c a ra n dh a l lc a l l ) ，远程清空事件记录( c l e a rl o g ) 数据分析 包括周期监测分析和即时监测分析 事件分析 包括事故报警分析、异常报警分析、通信失败分析 系统管理 包括管理参数设置、数据库管理、网络管理、用户管理 三楼宇监测中心电梯监测系统设计规划 体系建立 建立电梯组电梯参数库 远程设置 实现电梯组电梯参数的上传和下传，上传是指楼宇从现场嵌入式系统中读取参 数，下传是指设置参数，由楼宇向现场下传 1 0 浙江大学硕士学位论文 第二章系统功能规划 图2 4 楼宇监测中心功能图 远程监控 1 即时监测 即时监测电梯状态( m l l l ) 2 实时监测 以图形的方式选择显示一个终端的卜4 电梯的基本信息( m 1 1 ) 3 报警监测 报警事件发生时，自动跳出报警窗口，显示报警电梯的相关信息，报警记录 自动入异常报警事件库 4 远程控制 远程实现楼层召唤( c a r a n dh a l lc a l l ) ，楼层屏蔽，锁梯、伺机、独立、 消防 数据分析 即时监测分析，选定电梯，选择入库时间范围、显示即时监测电梯的基本 信息 事件分析 包括异常报警分析、通信失败分折 系统管理 包括管理参数设置、数据库管理、网络管理、用户管理、版本信息 浙江大学硕l 学位论义 第二章系统功能规划 三分公司电梯监测系统设计规划 分公司电梯监测系统通过i n t e r n e t 经由监测中心对本地区所管辖的所有电 梯进行远程监测。 电梯参数提交 当分公司增加电梯时，以网页提交的形式通知电梯远程监测中心更新数据库 远程监测 包括即时监测、实时监测、报警监测，相应项目的操作与中心一致 远程控制 控制楼层召唤( c a ra n dh a l lc a l l ) 数据分析 与监测中心操作相同 事件分析 与监测中心操作相同 用户管理 对使用本系统的操作员用户进行管理，包括添加、删除用户和修改用户参 数。用户参数包括：帐号、姓名、描述、权限、密码等。 2 2 现场嵌入式系统功能设计 现场嵌入式系统具备以下功能： _ 建立电梯组、电梯的体系结构； 一远程设置电梯组、电梯参数； 实时上抄电梯状态信息，检测是否有报警信息，若有主动与监测中心通讯， 向监测中心报警； _ 以拨号或者局域网连入i n t e r n e t ，与监测中心进行通讯，接收监测中心命令， 对各类参数进行设置、以即时、周期、或者是实时的形式向中心上送电梯信 息： 浙江大学硕：i + 学位论文 第二章系统功能规划 一通过局域网与楼宇进行通讯，接收楼宇中心命令，对各类参数进行设置、以 即时、实时的形式向楼宇上送电梯信息； 一可以进行通讯检测，用来检验电梯与嵌入式系统间通讯状态，产生失败记录； 一可支持多种控制协议。如：m c s3 2 1 ，m c s 3 2 1 m ，m c s 3 0 0 v f ，m c s 2 2 0 ： 响应键盘操作，实现参数设置、实时监测、修改密码、设置时间； 嵌入式系统监控软件远程更新； 系统管理 依据上面对现场嵌入式系统功能的描述，可以将本系统分为嵌入式系统体系 建立、嵌入式系统参数远程设置、嵌入式系统监测与报警、嵌入式系统远程控制、 嵌入式系统远程调试、嵌入式系统异常处理、嵌入式系统软件远程更新、嵌入式 系统管理共八大功能模块，结构如图2 - - 5 所示： 图2 5 嵌入式系统功能图 2 2 1 嵌入式系统体系建立 本模块的主要功能是通过监测中心下传的命令与参数或者在现场利用键盘完 成对电梯组、电梯体系的建立，包括对电梯的添加、删除和修改，同时可以对各 自的参数进行设置。电梯组、电梯这两个体系构成了本系统完整、清晰的体系结 浙江人学硕j 学位论文 第一章系统功能规划 构。这种清晰的体系结构使接个系统更加合理，不论从管理的角度或是实现的角 度，都不失为一种很好的选择。本模块可以分为电梯组体系建立和参数设置、电 梯体系建立和参数设置。 图2 - - 6 嵌入式系统体系建立模块的体系结构 一电梯组体系建立和参数设置 本子项根据监测中心要求建立电梯组体系，设置电梯组参数，用于标识嵌入 式系统本身。电梯组与嵌入式系统一一对应，每一个嵌入式系统对一个电梯组中 的所有电梯进行监控，每个电梯组中最多包含4 台电梯。电梯组参数包括： 终竭! q 曼是监测中心数据库中唯一标识电梯组的编号； 簦堂名用以标识电梯组的名称； 终堂! ! 王圈蓬璺! 圆羞嵌入式系统在局域网中的网络参数，据此嵌入式 系统可以和同在局域网中的楼宇监测中心进行通讯，并可以通过局域网连入 i n t e r n e t ； 终端鱼适曼璺：拔墨堑盟q 电梯组所在区域没有局域网时，嵌入式系统通过 拨号方式连入i n t e r n e t ，当监测中心需要主动与嵌入式系统进行通讯时，需 要先拨此电话号码； 些测生! 鲞连接左式( 拨曼! 圆缝2 根据电梯组所在地区具体情况的不同确 定现场嵌入式系统连入i n t e r n e t 的方式； 鏊塑选曼土匦电话! 噬墨蜜舀 当嵌入式系统以拨号方式连入i n t e r n e t 时，拨号上网的电话、帐号、密码，比如1 6 3 堕趔生! 坠! 监测中心必须有一个全球唯一且固定的i p ，这是嵌入式系统 4 浙江大学硕。i + 学位论文第二二章系统功能规划 通过i n t e r n e t 与监测中心进行通讯的唯一标识 搂主堕趔! 当嵌入式系统通过局域网向楼宇上送电梯信息时，楼宇所用 的i p 二电梯体系建立和电梯参数设置 本子项根据监测中心要求建立电梯体系，设置电梯参数，用于标识电梯。可 以增加、删除、修改电梯体系以及电梯参数。电梯参数包括： 垒搓l q 曼是监测中心数据库中标识电梯的唯一标号 电搓多用于标识电梯的名称 塞匪接直安装该电梯楼字的实际高度，实时监测电梯运行时需要这个参数 电搓袭型标识该电梯类型( 如客梯、医梯、货梯) 皇搓金圃曼每台电梯都有自身唯一的合同号，电梯合同号与电梯i d 号一一 对应 鱼搓塞装焦星f 越壶! 缝道! 思旦望焦2表明电梯安装的位置，使之便于 管理 虫搓缝丝厶虽塑扭盛至扭曼班 当电梯出现故障时，自动拨打电梯维修 人员b p 机或手机号码，即时通知维修人员检修，减少停机时间 皇短旦( ! = 4 2 表明本电梯是经过哪个通道与嵌入式系统进行通讯 控剑墨型曼不同的电梯控制器用不同控制协议，现有的控制器类型有m c s 3 2 1 ，m c s 3 2 1 m ，m c s 3 0 0 v f ，m c s 2 2 0 鱼搓公公司用于标识分公司的名称 2 2 2 嵌入式系统参数远程设置 本模块的主要功能是根据监测中心或者楼宇下传的命令对电梯组以及电梯的 参数进行设置，或者向监测中心或者楼宇上传当前电梯组、电梯参数。由于楼宇 对电梯的控制权限较监测中心远为低，楼宇能够对电梯组或者电梯更改的参数远 较监测中心较少。 浙江大学硕i 学位论文 第二章系统功能规划 图2 7嵌入式系统远程设置模块体系结构图 一参数下传 本子项可以分为监测中心参数下传和楼宇监测中心参数下传。 监测中心参数下传 通过i n t e r n e t 接收监测中心的命令，根据不同的命令码，接收新的电梯组参 数或者电梯参数，更新全局量，存入f l a s h ，使系统运用新的电梯组参数或 者电梯参数正常运行； 楼宇监测中心参数下传 通过局域网接收楼宇监测中心命令，根据不同的命令码，接收新的电梯组参 数或者电梯参数，更新全局量，存入f l a s h ，使系统使用新的电梯组参数和 电梯参数正常运行； 二参数上传 本子项可以分为监测中心参数上传和楼宇监测中心参数上传。 监测中心参数上传 通过i n t e r n e t 接收监测中心的命令，根据不同的命令码，上送当前的电梯组 参数或者电梯参数，使监测中心的数据库得到更新： 楼字监测中心电梯组参数下传 通过局域网接收楼宇监测中心命令，根据不同的命令码，上送当前的电梯组 6 fflollj 一 嵌入式系统参数远程设置 一 l_，。，。，。l 浙江大学硕士学位论文第二章系统功能规划 参数或者电梯参数，使楼字监测中心的数据库得到更新 2 2 3 嵌入式系统监测与报警 本模块所完成的功能将是本系统的灵魂所在。这个模块主要完成两个功能： 根据来自监测中心、楼宇监测中心、键盘操作不同的命令以即时、周期、或者是 实时的形式向中心上送电梯信息：实时地、不间断地从电梯控制器中读取电梯的 状态信息，判断电梯是否出现异常，如果出现异常，立即通过i n t e r n e t 向监测 中心、通过局域网向楼字监测中心报警。在监测异常的同时，可以向监测中心、 楼宇监测中心、以及键盘实时显示界面提供电梯实时运行的信息，包括电梯当前 所在楼层、电梯运行方向、电梯召唤类型和方向等。当监测中心或楼宇监测中心 以即时监测、周期监测形式请求上送电梯信息时，将打断监测异常的过程。 图2 8 监测与报警模块的体系结构 一监测功能 本子项实现本系统根本功能之一监测功能，由此功能监测中心和楼宇监测中 心可以通过多种途径获取电梯的各种信息( 包括电梯运行状态信息、电梯故障信 浙江大学硕士学位论文第二章系统功能规划 息等) 。本子项可以分为中心监测、楼宇监测、现场监测三种监测类型，这三种 监测类型下面还可细分。如图2 8 中心监测 中心监测分为即时监测、周期监测、报警监测、实时监测四类。这是和监测 中心一致的分类方法。对于嵌入式系统而言，可以按照触发类型分为由监测 中心触发的监测，比如即时监测、周期监测、实时监测都属于这一类型；由 嵌入式系统自身触发的监测，比如报警监测。为保持一致性，我们采用前一 种方法对中心监测功能进行叙述。 1 即时监测 当监测中心需要即时查看电梯当前状态信息或者是电梯的故障记录 时，向嵌入式系统发送上抄电梯信息命令，嵌入式系统根据不同的命令 码通过串口读取相关信息，通过i n t e r n e t 上送相关电梯信息到监测中心， 即时监测时，嵌入式系统停止异常监测； 2 周期监测 监测中心设定周期监测起始时间和周期、设置启动和停止周期巡检， 当周期起始时间到达时，向嵌入式系统发送上抄电梯信息命令，嵌入式 系统根据不同的命令码通过串口读取相关信息，通过i n t e r n e t 上送相关 电梯信息到监测中心，周期监测时，嵌入式系统停止异常监测； 3 报警监测 这是一个由嵌入式系统自身触发的一种监测类型，在一般情况下，嵌 入式系统一直通过串口获取电梯的一些状态信息，处于监测异常的状态 ( 功能详数参看下面的报警功能) ，当检测到电梯出现异常时，主动与监 测中心进行通讯，启动监测中心的一个报警监测。监测中心收到报警后， 向嵌入式系统发送上抄电梯信息命令，查看电梯当前状态信息或者是电 梯的故障记录，嵌入式系统根据不同的命令码通过串口读取相关信息， 通过i n t e r n e t 上送相关电梯信息到监测中心，报警监测时，嵌入式系统 停止异常监测： 4 实时监测 当监测中心需要以图形方式显示电梯实时运行的状态时，向嵌入式系 浙江人学硕士学位论文第二章系统功能规划 统发送实时监测命令，嵌入式系统根据此命令码通过串口读取相关信息， 通过i n t e r n e t 上送相关电梯信息到监测中心，远程监测中心的实时监测 可以和楼宇监测中心的实时监测、现场监测的实时监测同时进行，实时 监测时，嵌入式系统仍然进行异常监测； 楼宇监测 楼宇监测分为即时监测、报警监测、实时监测三类。这是和楼宇监测中心一 致的分类方法。对于嵌入式系统而言，可以按照触发类型分为由楼宇监测中 心触发的监测，比如即时监测、实时监测都属于这一类型；由嵌入式系统自 身触发的监测，比如报警监测。为保持一致性，我们采用前一种方法对楼宇 监测中心监测功能进行叙述。 5 即时监测 当楼宇监测中心需要即时查看电梯当前状态信息，向嵌入式系统发送 上抄电梯信息命令，嵌入式系统根据不同的命令码通过串口读取相关信 息，通过局域网上送相关电梯信息到监测中心，即时监测时，嵌入式系 统停止异常监测； 6 报警监测 这是一个由嵌入式系统自身触发的一种监测类型，在一般情况下，嵌 入式系统一直通过串口获取电梯的一些状态信息，处于监测异常的状态 ( 功能详数参看下面的报警功能) ，当检测到电梯出现异常时，主动与监 测中心进行通讯，启动监测中心的一个报警监测。同时向楼字监测中心 报警，使之出现报警提示，嵌入式系统此时响应远程监测中心的命令， 而不响应楼宇监测中心的任何命令。报警监测时，嵌入式系统停止异常 监测； 7 实时监测 当楼宇监测中心需要以图形方式显示电梯实时运行的状态时，向嵌入 式系统发送实时监测命令，嵌入式系统根据此命令码通过串口读取相关 信息，通过局域网上送相关电梯信息到楼字监测中心，楼宇实时监测可 以和远程监测中心实时监测、现场监测的实时监测同时进行，实时监测 时，嵌入式系统仍然进行异常监测： 浙江大学硕：l 学位论文第二章系统功能规划 现场监测 现场监测只有实时监测一种类型，当在电梯现场用键盘选中实时监测这一选 项时，液晶上将显示电梯实时运行的状态，在液晶显示同时在楼宇监测中心 与远程监测中心仍然可以以图形的方式显示电梯实时运行的状态。现场监测 的同时，嵌入式系统仍然进行异常监测。 二报警功能 报警功能是本系统的另一根本功能，通过此项功能不论是远程监测中还 是楼宇监测中心或是电梯现场都能在第一时间掌握电梯的非正常状态，以便 快速作出相应的处理，将电梯的停机时间减为最低。当嵌入式系统处于正常 运行的状态时，始终处于监测异常的状态，连续地通过串口获取电梯状态信 息，检测电梯目前的运行状态是否正常，一旦电梯出现异常，嵌入式系统报 警。在监测异常时，远程监测中心、楼宇监测中心以及现场监测的实时监测 功能可以同时实现。按照报警面向对象的不同，嵌入式系统报警分为远程监 测报警、楼宇监测中心报警、现场监测报警。 图2 9 报警功能模块体系结构 远程监测中心报警 嵌入式系统一旦检测到电梯的异常状态，主动通过i n t e r n e t 与监测中心进行 通讯，上送报警信息，然后等待远程监测中心启动一个报警监测； 楼宇监测中心报警 浙江大学硕1 学位论文 第一章系统功能规划 嵌入式系统一旦检测到电梯的异常状态，主动通过局域网与楼宇监测中心进 行通讯，上送报警信息，之后响应远程监测中心的报警监测，不再响应楼宇 监测中心任何监测命令。 现场监测报警 如果此时现场嵌入式系统的液晶显示处于实时监测的界面，界面上所显示的 电梯运行状态将以特殊形式显示，用以表示此时电梯处于报警状态。 另外，报警时应该具备异常处理的功能，当因为监测到电梯出现某一异 常，而向远程监测中心、楼宇监测中心、现场监测报警之后，然后完成远程 监测中心启动的报警监测，嵌入式系统将继续监测异常，如果上次报警出现 的异常发生改变( 包括异常一 正常、异常一一 另种异常) ，嵌入式系统 将再一次产生报警，对于远程监测中心，将因此再进行一次报警监测，并且 由远程监测中心自身判断是异常一一 正常、还是异常一一 另一种异常；楼 宇监测中心与现场监测处理方式与第一次出现报警时致。 2 2 4 嵌入式系统远程控制 本模块主要功能是根据远程监测中心或者楼宇监测中心下传的命令对电梯实 现远程召唤、楼层屏蔽、伺机、独立、锁梯、消防这些功能。这些控制功能是对 电梯进行控制的一些基本的、非常实用的功能，如果能够在远程通过网络实现这 些功能，将大大方便对电梯的管理，而且对于智能小区的楼宇监测中心而言，管 理的自由度也将大大提高。考虑到网络上的不安全因素，而电梯又是一种安全性 能要求极高的产品，所以远程监测中心的远程控制部分仅仅包括楼层远程召唤， 而楼宇监测中心的远程控制则包括楼层远程召唤、楼层屏蔽、伺机、独立、锁梯、 消防。据此嵌入式系统远程控制功能分为两部分：远程监测中心远程控制和楼字 监测中心远程控制。 详细功能规划见图2 一1 0 ： 浙江人学硕士学位论文 第二章系统功能规划 图2 - - 1 0 远程控制模块体系结构 一监测中心远程控制 本子项仅包括远程楼层召唤，嵌入式系统接收远程监测中心下传的命令，通 过串口向电梯控制器发送控制命令，使电梯按照召唤命令运行到相应楼层； 二楼宇监测中心远程控制 本子项包括楼层召唤、楼层屏蔽、伺机、独立、锁梯、消防六项控制内容。 嵌入式系统接收楼宇监测中心下传的命令，通过串口向电梯控制器发送相应的控 制命令，实现楼层召、楼层屏蔽、伺机、独立、锁梯、消防的功能。 楼层召唤 嵌入式系统接收来自楼宇监测中心的命令，通过r s 4 2 2 串口发控制命令至电 梯控制器，将电梯以内招或外招的形式召唤至相应楼层。召唤形式( 内招还 是外招) 以及召唤楼层均由楼字监测中心决定； 楼层屏蔽 嵌入式系统接收来自楼宇监测中心的命令，通过r s 4 2 2 串口发控制命令至电 梯控制器，将电梯运行区间的一个或者若干个楼层屏蔽起来，使得电梯在被 屏蔽的楼层只响应某一召唤类型( 例如内招) 或者不响应任何召唤； 伺机 嵌入式系统接收来自楼宇监测中心的命令，通过r s 4 2 2 串口发控制命令至电 浙江夫学硕士学位论文第二章系统功能规划 梯控制器，使电梯处于伺机状态，需要有专门的人员在轿厢内进行操作； 独立 嵌入式系统接收来自楼宇监测中心的命令，通过r s 4 2 2 串口发控制命令至电 梯控制器，使电梯处于独立状态。独立是针对群控组中的电梯而言的，如果 电梯处于独立的状态时，则不接受群控； 锁梯 嵌入式系统接收来自楼宇监测中心的命令，通过r s 4 2 2 串口发控制命令至电 梯控制器，使电梯处于锁梯状态。此时电梯被锁住，不再运行； 消防 嵌入式系统接收来自楼宇监测中心的命令，通过r s 4 2 2 串口发控制命令至电 梯控制器，使电梯处于消防状态。此时电梯不响应外招，处于紧急消防状态； 2 2 5 嵌入式系统远程调试 本模块的主要功能是根据远程监测中心下传的命令和参数，通过r s 4 2 2 串口 发控制命令至电梯控制器，将存放在电梯控制器存储器中的事件记录( e v e n tl o g ) 删除掉。这些事件记录应该包括0 c 、m c 、d c 、d b 这四个子系统中所有的事件记 录。 2 2 6 嵌入式系统异常处理 本模块的主要功能为了对系统运行过程中出现的通讯异常作出相应的处理。 通讯异常可以分为两类：网络通讯异常和串口通讯异常。由此前的功能描述我们 可以看出一旦网络或者串口通讯出现异常，绝大部分的功能都无法成功完成，而 且可能影响到电梯的正常运行，对于异常的处理需要由上而下同时进行，这里仅 仅介绍由嵌入式系统所作的异常处理。 浙江大学硕士学位论文 第二章系统功能规划 图2 1 1 异常处理模块体系结构 一网络异常处理 本子项所实现的功能是针对楼宇监测中心与嵌入式系统之间的网络通讯异 常，包括网路本身异常和楼宇监测中心服务器运行异常。当异常发生时，为保证 电梯能够正常运行，嵌入式系统自动启用恢复模块，对楼宇监测中心对电梯可能 进行的伺机、独立、锁梯、消防以及楼层屏蔽这些操作进行