基于物联网技术的电梯底坑进水监测及预警系统

陆海涛 成新民 雷雪 李倩

摘要：利用NBIOT技术开发一套基于物联网技术的电梯底坑进水监测及预警系统，该系统主要用于水位监测及预警。给出系统的主要构成，阐述了数据采集传输及处理的具体方法，自定义了数据通讯的通信协议，以及论述系统上位机软件设计和后台报警设计的方法。系统测试结果满足了设计需求。

关键词：NBIOT;物联网;水位监测

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）10-0178-02

0 引言

随着近几年来我国建设行业飞速发展，电梯设备的安装数量逐年增长。随着电梯的广泛应用，电梯的故障和安全隐患愈发引起人们的重视。在电梯的使用中，经常遇见的问题之一就是电梯底坑积水导致电梯无法使用或带病运行，这存在着严重的安全隐患，较轻时使电梯外观不雅，严重时造成电梯损坏，有时甚至发生人身伤亡事故。

由于我国现有电梯规范的安全条款中，对用技术手段防水的要求不多。因此，我们拟开展基于物联网技术的电梯底坑进水监测及预警系统的研究。该系统能监测电梯底坑水位变化，并能通过无线网络在网页上显示实时数据，一旦水位超过设定的阈值，就会在客户端和手机端同时发送报警信息。

1 系统结构

系统结构框图如图1所示，主要由电源模块，水位采集模块，数据处理模块，传输模块和上位机的实时监控以及预警模块组成。电源模块将电梯井道中的220v交流电转换成5v直流电，确保单片机以及其他模块的正常运行，水位采集模块是通过CYW11通用型投入式液位传感器采集液位高度，并将模拟量传到数据处理模块，数据经过单片机的处理后再通过NBIOT上传到服务器进行数据分析并判断是否超过预先设定的阈值，若超过，则通过客户端发出警报声以及通过短信通知相关人员进行处理。

2 数据采集传输及处理

2.1 井道底坑进水及水位信息采集

对于井道底坑进水，系统采用CYW11通用型投入式液位传感器，通过对传感器压力的变化，输出0.5V-2.5V的电压模拟量，DA转换将模拟量转化成数字量，经过数据整合得到具体的水位。

2.2 数据的无线传输

系统使用NBIOT来做无线传输，先自己确定通信协议，然后按照制定好的通信协议来编写一个字符序列，然后通过4G发送到透传云，透传云再将字符序列发送给服务器，再有服务器来对字符序列进行处理。这样能有效防止数据的错误和丢失。

2.3 数据处理

系统上位机和下位机之间相互通信，在上位机端和下位机端都有对字符序列的处理，也就是数据处理。我们约定了通信协议，就按照通信协议的格式对字符序列来判断是否完整，比如，从起始位开始，对每一位进行判断，是否正确，若整个字符序列都是正确的话，则认为数据是完整的，如果是完整的话，就把放水位的那两位的数据提取出来，若不完整，则舍去。

3 通信协议

通信协议是指通信双方共同完成通信或服务所必须遵守数据单元使用的格式、信息单元应该包含的信息与含义、连接方式、信息发送和接收的时序等。协议定义了数据单元使用的格式，信息单元应该包含的信息与含义，连接方式，信息发送和接收的时序，从而确保网络中数据顺利地传送到确定的地方。

为了使后台监控软件能准确理解数据的来源及含义，保证通信的可靠性，需要自定义传输协议。具体形式见下表，当上位机未设定采样时间时，单片机自动每隔5秒发送一条Hello命令，表示此时设备已连接，当上位机向单片机发送水位采样时间间隔设置命令后，单片机自动向上位机发送水位采样命令，水位采样命令中包含当前水位信息，当水位超过阈值时，服务器通过网口向单片机发送手机短信命令，手机短信命令里面包含电话号码以及短信内容。（Hello命令和水位采样时间间隔设置命令中的采样时间如果是0x00表示无效，单位为秒）。

通信协议定义格式如表1所示，前4个字节为起始位，第5个字节为长度，第6个字节为命令字，最后一位为校验位，命令字到校验位之间为所需要发送的实际内容，长度为从第5字节开始到校验位的前一位（不包括长度及校验位），校验位是将长度位开始到校验位前一位中的每一位异或起来。

4 后台监控系统架构

4.1 用户界面

用户界面如图2所示，设备在线则地标显示红色，反之则为灰色。当传感器检测到电梯底坑水位超过设定的阈值时，红色地标闪烁。产生异常信号的电梯的水位监测图表出现在用户界面，如图3所示。发出报警声音，同时发送短信提醒维修人员对异常信号电梯进行检查和维修。电梯底坑水位在设定的阈值以下时，恢复正常。

4.2 软件系统框架

软件系统框架图如图4所示，服务器将从透传云拿取的数据进行处理，并对处理后的数据进行判断，若超过阈值，则报警。浏览器向服务器发出读取数据请求，服务器向数据库读取数据，然后将所得到的数据最终显示到网页上。

5 系统后台报警设计

监测系统报警设计流程如图5所示，系统在接收到开始命令后，进行数据初始化，主程序主要判断水位是否超过原先设定的阈值，是否达到5个采集点，若都都未达到或者只有其中一項达到，都将返回循环，一旦水位超过阈值，并且达到5个采集点，系统会发出警报，并且通过网口将报警信息发送给GSM，提醒电梯维修人员进行及时的检测和维修。

6 结语

系统经过现场测试，基本达到了设计要求。能够对电梯底坑进水和水位进行实时监测，监测数据实时保存在数据库中。当底坑水位达到阈值，报警模块会实时在客户端报警，同时给设定的手机发送报警信息，通知工作人员及时维护，实现了电梯底坑水位的监测和预警，避免电梯因进水而产生故障，减少电梯安全事故，延长电梯的使用寿命。但是系统采集电梯底坑水位数据时存在一定误差，对于阈值的判定存在一些影响，这个问题有待进一步改进。

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