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标题: 基于ARM11的电梯综合检测系统的研究 [打印本页]

作者: yuyang911220 时间: 2015-6-28 15:20 标题: 基于ARM11的电梯综合检测系统的研究

摘要：针对目前电梯检测过程中工作量大、平衡系数难以测量、速度和加速度测量不精确以及测量时需携带大量的测量仪器等问题，提出了一种以嵌入式ARM11 S3C6410为核心、以Windows CE 6．0为操作系统并利用了霍尔传感器和电流互感器等进行信号采集的电梯综合检测装置。阐述了系统总计设计，实现了速度信号和电流信号的信号采集和处理，利用最小二乘法对测得的电流数据进行了拟合，基于MFC的方式实现了人机交互模块并完成了其他主要功能模块和驱动的开发。
关键词：嵌入式系统；平衡系数；ARM11：电梯检测

0 引言
随着现代化城市的建设，电梯被广泛运用于高层建筑中，电梯的安全性十分重要，作为电梯的重要参数，电梯的运行速度以及平衡系数影响着电梯的运行安全。本文针对目前在电梯检测过程中存在平衡系数难以精确测量、电梯安装人员专业技术较低、现场测绘作用工作量过大及电梯运行速度、加速度测试复杂且不精确等问题，提出了一款专门针对电梯平衡系数及速度、加速度的智能检测系统。
本检测系统采用了智能化设计，它基于32位的ARM处理器S3C6410，并采用了最新的Windows 6．0嵌入式操作系统，同时在外围添加各种检测装置，通过最小二乘法等方法对数据进行拟合处理，最终实现在一台检测仪器上同时完成对电梯速度、加速度以及平衡系数的检测。

1 系统总体设计
此系统的总体设计如图1所示，电源模块负责整个系统的电源供应，下位机MCU通过霍尔传感器和电流互感器来分别采集速度信号和电流信号，并将采集到的信号传送给上位机S3C6410。上位机负责数据处理和存储，可以通过LCD触摸屏来进行参数设置和检测结果的读取等。

2 系统硬件设计
系统硬件主要分为以ARM为核心的上位机部分和以MCU为核心的下位机部分。上位机中采用三星的S3C6410作为处理器，主要包括人机交互、存储和无线通信模块。下位机部分主要以PIC16F616为核心处理器，包括了速度信号采集和电流信号采集等模块。
2．1 上位机部分硬件设计
2．1．1 系统显示模块
S3C6410是一款低功耗、高性价比、高性能的RISC处理器，内部已经集成了LCD控制器，支持TFT彩屏，本系统中采用的是东芝3．5寸的640×480的TFT LCD。Windows CE系统对不同型号的LCD显示屏提供了驱动支持，能够很好地支持各类嵌入式图形软件，且对触摸屏有着良好的支持。
2．1．2 存储模块
本系统中的内存由256M的NAND Flash和2MBNOR Flash组成，用来完成对内核和文件系统以及Bootloader的存储。同时，由于检测的结果以及整个检测过程都要记录下来，选用了SanDisk的4G存储卡作为外部存储介质。
2．1．3 无线通信模块
本系统选择了目前业内处于领先水平的APC200A-43无线传输模块。通过其自带的软件RFMagic可以很容易地对其进行设置，并完成所需要的功能。S3C6410和PIC16F616分别通过RS232串口与无线模块进行连接，进而完成通信和数据传输。
2．1．4 电源模块
本系统中共需要3种电压模式，信号采集模块的需要电压为5V，APC200A-43无线传输模块需要的电压为3．3V，供给CPU的电源电压则分别为3．3V和1．8V。

如图2所示，电源的输入端采用的是5V的直流电源供电，考虑到处理器中需要的电源包括3．3V和1．8V电压，分别采用LM1085-3．3和AS1117-1．8V电源芯片进行电压的转换。
2．2 下位机部分硬件设计
2．2．1 速度信号采集模块
本系统采用的霍尔元件来测量速度信号，传感器为A44E，它是一种开关型元件，工作电压范围为4．5V-18V，能适应复杂的工作环境。
电梯运行主要是靠曳引机牵引的，因此，只要测得曳引机的转速就能得到电梯的运行速度。测速的时候不能影响电梯的正常工作，否则测得的速度就会失去意义。在位于曳引轮转动的轴上面固定一个120齿的带磁性的磁钢齿轮，这样齿轮就会和曳引轮一起转动，且具有相同的角速度。在正对齿轮的方向放置霍尔传感器，如图所示，这样当齿轮转动时，霍尔传感器会感受到一个个脉冲，每转过一个齿，就会产生一个脉冲，这样根据脉冲数即可得到转过的齿数，进而求得齿轮转速。

根据霍尔传感器的工作原理，设计一个预处理电路，通过信号的拾取电路、差动放大电路、滤波电路和TTL电平变换，将齿轮转动产生的信号处理为标准的方波信号并将其输送给PIC16F616。
设t时间内记得的脉冲数是m，也就是说在t时间内转过的轮齿数是m，则齿轮转动的角速度为

设曳引轮的半径为R，即可求出电梯的运行速度
V=ωR
由上位机设定脉冲数n的值，当转过第一个n时，记下时间t1，继续转到第二个n时，记下时间t2，t2是从第一个n结束时开始计时的，这样求得这两段的平均角速度ω1和ω2，进而求得电梯曳引轮的角加速度

最后得到电梯的加速度为α·R。
2．2．2 电流信号采集模块
平衡系数是曳引式驱动电梯的重要性能指标，其实质是设计对重的质量大小，理想运行状态是对重的质量正好等于轿厢自重加上轿内负载的质量。本系统中，电梯平衡系数是通过电流法进行测量，因此要测量不同负载时的电流。
电梯是一个很复杂的整体系统，在其正常运行时不能将其主线路切断来测量运行时的电流，这样也不切实际，因此，此处利用的是电流互感的原理来测量电流。

图为电流采集模块的电流互感器部分，使用时只需要将夹子打开，将待测量的线路夹在其中，即可引出电流信号，将引出的电流信号进行滤波放大后，进行AD转换后传送给下位机PIC16F616。

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