基于物联网的电梯安全监管系统设计探讨

聂靖

（湖南省特种设备检验检测研究院娄底分院，湖南 娄底 417000）

随着我国城镇化进程的加快，城市人口密度不断增加，为了满足人们的居住和办公需求，房屋的楼层也越来越高，在这些房屋中，电梯的作用不言而喻，给人们的工作生活带来了极大的便利。目前我国已经成为世界上电梯拥有量最多的国家，随之而来的电梯安全已经越来越受到人们的关注，虽然电梯定期进行维修和保养，但是电梯数量庞大，维护和管理可能存在疏漏，这势必会影响电梯的安全使用。为解决电梯可能存在的安全问题，笔者设计了一种基于物联网的安全监管系统，旨在对电梯自身安全和乘梯的不法分子进行监控。

该系统包括电梯终端模块、ZigBee 中继器、监控中心和维保人员手机APP，电梯终端模块作为系统的监测端，可有效监控电梯的安全状态，同时还可识别乘梯人员的身份，当出现不法分子时可立即识别并上报；监控中心作为系统的监控中枢，可与监管范围内的所有电梯节点建立通信，实现监管的全覆盖，提高了电梯监管的全面性、及时性和有效性，使电梯能够安全运行，并保证电梯所处位置的居住或工作人群的安全。

1 电梯终端模块的设计

电梯终端以51 单片机为控制器，并包括电梯状态监控模块、不法分子监控模块、ZigBee 网络模块、声光报警模块和电源模块，其中电梯状态监控模块包括红外传感器、水浸传感器、电信号侦测传感器、光强传感器、加速度传感器、温度传感器、烟雾传感器、轿厢重量传感器等，不法分子监控模块包括图像采集传感器和图像处理器，通过电梯终端模块，实现电梯状态监测和不法分子乘梯监测，保证电梯正常运行和乘梯人员的安全，电梯终端模块的结构如图1 所示。

图1 电梯终端模块整体结构图

1.1 电梯状态监控模块

红外传感器为热敏感元件，可感知人体热源，该红外传感器包括红外发射器和接收器。在电梯轿厢门的两侧分别布置两列红外发射器和接收器，每列发射器或接收器有多个（如8 个或16 个），通过两列红外发射器被人体阻断的先后顺序进行人员进出的判断。水浸传感器基于液体导电原理，用电极探测是否有水存在，防止因突发状况引起水淹电梯。电信号侦测传感器，探测电梯电路是否存在异常可能，当存在异常可能时，立即发出声光报警模块报警并将电梯停在就近楼层；温度、烟雾传感器可用于电梯火灾检测，有效防止火灾造成的人员财产损失；光强传感器采集电梯的灯光亮度，并对灯光进行自动调节，并在灯源出现故障时能及时告知监控中心；加速度指标能很好地反映电梯的运行状态，当加速度传感器采集的电梯加速度信息存在异常时，及时进行预警；轿厢重量传感器采用JTXZMMK-X3t 两路销轴式测重传感器，一方面可进行超载检测，另一方面，可配合红外传感器进行人员进出的监测。

1.2 不法分子监控模块

电梯是不法分子出行的重要设备，无论是入室盗窃、犯罪逃逸还是犯罪藏匿，不法分子通常均需借助电梯出入，由此能否在电梯内即成功对不法分子进行识别显得尤为重要。本设计的不法分子监控模块利用常用的摄像头进行图像采集，图像处理器对采集的图像进行预处理和特征提取，将提取的人脸特征与数据库中的不法分子的图像信息进行比对，从而识别出不法分子，有助于公安机关及时对不法分子进行抓捕，同时也可保证电梯其它乘员的安全。不法分子监控模块的工作流程如图2 所示。

1.3 ZigBee 网络模块

ZigBee 是一种低速短距离传输的无线网上协议，主要特点有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点等，本设计的ZigBee 网络模块主要负责电梯状态监控模块和不法分子监控模块数据的发送，形成ZigBee 网络的节点。ZigBee网络模块采用cc2530 ZigBee 芯片，具有较高的有效性和可靠性，同时外围电路也比较简单，CC2530 的常见应用电路如图3 所示。

图2 不法分子监控模块工作流程图

图3 CC2530 的常用应用电路

2 ZigBee 中继器

ZigBee 中继器是信息发送的桥梁，其一端与ZigBee节点连接，另一端连接着监控中心，本设计的ZigBee 中继器采用ST7590 芯片，它带有8051 内核，同时具有PI ／USART 接口，支持对外部设备的扩展，ST7590 的SPI 通道与CC2520 进行通信，具体连接如图4 所示。

图4 ST7590 与CC2530 连接图

3 监控中心

监控中心可位于物业中心或电梯维修保养中心，向下连接监管区域范围内的电梯终端模块，向上连接质监或安监部门。监控中心与监管区域内的多个ZigBee 中继器连接，接收各节点采集的数据，当发生报警时，通知监控人员；同时，监控中心与电梯维保人员手机APP 连接，当电梯终端模块监测到电梯状态异常时，向维保人员手机APP 下发发生异常电梯的具体位置和异常情形，使维保人员能够快速对警情进行响应；监控中心还与警务系统数据库连接，用于访问不法分子人脸数据，以实现不法分子身份识别。整个安全监管系统如图5 所示。

图5

监控中心是电梯运行的最终数据汇聚节点，也是电梯的运维管理端、警情处理的决策端，其主要功能包括：（1）电梯身份、地址信息记录，实时状态信息记录，远程监控，不法行为记录；（2）查询分析。包括电梯历史故障查询、报警查询、电梯维保查询、电梯超期未检查询；（3）不法分子人脸数据库访问。访问不法分子人脸数据库，获取人脸数据用于对比；（4）警情处理。与轿厢实时通信，远程指导轿厢受困人员，通过语音安抚受困人员，合理调配维保人员。当不法分子出现时，自动向警务系统发送不法分子出现的电梯位置信息和不法分子人脸信息，以快速实施抓捕。

4 结语

本文设计的安全监管系统能够全面地对电梯的安全状态进行监控，能及时发现电梯运行异常和电梯环境异常，并上报给监控中心，便于电梯的集中监控以及维保人员及时维护；同时，还能对电梯内是否出现不法分子进行监控，能及时发现不法分子的行踪，一方面保证小区、办公区等范围的安全，另一方面，能帮助公安机关获取到在逃不法分子的行踪。通过本文的监管系统的布置，可使电梯成为一个安全的乘坐空间。