电梯轿厢内环境综合监测装置的制作方法

本发明涉及电梯检测领域，具体为电梯轿厢内环境综合监测装置。

背景技术：

随着电梯在城市生活中的逐渐普及和生活水平的提高，人们对电梯运行性能和服务质量的要求也随之提高。轿厢作为乘客的主要载体，也是乘客体会和感受电梯运营质量的主要场所，电梯运行过程中表现出的性能参数，如加速度、振动、噪声等，以及轿厢内的环境参数，如轿厢内温度、湿度、照明、空气质量等都是影响乘客感受的重要因素。进一步，电梯整体的质量实际上也在一定程度上影响上述参数的变化，如电梯轿厢结构的老化、曳引机等牵引系统的参数变化等因素也将导致上述参数的变化。

我国电梯行业的国家标准中包含了电梯运行质量的检测指标，如启动时垂直方向的振动、运行过程中的水平方向振动、噪声等，对轿厢内的部分指标有所提及，但基于上述参数，对轿厢内环境和电梯运营质量的综合评测尚未纳入国家标准范畴。但上述检测和评估对于乘客而言是切身感受，而且提供这些参数对于维保单位、物业单位、特种设备监督检验部分而言，可以提供直接的数据，有利于上述单位的决策。

然而，现有监测装置的监测装置指标大多比较单一，没有对测量数据进行深度分析。在电梯数量庞大，检修人员不足情况下，现有监测装置难以及时检测出电梯的综合质量情况。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电梯轿厢内环境综合监测装置。

实现本发明目的的技术方案为：一种电梯轿厢内环境综合监测装置，包括信号采集模块、信号调理电路、环境质量评估模块、运营质量评估模块、通信模块以及显示模块，所述信号采集模块用于采集电梯环境参数和运行性能参数，所述信号调理电路用于对采集的电梯环境参数进行滤波及放大，所述环境质量评估模块用于根据放大的电梯环境参数对环境质量进行评估，所述运营质量评估模块用于根据放大的电梯环境参数和运行性能参数对运行质量进行评估，所述显示模块用于显示环境质量评估结果以及运行质量评估结果，所述通信模块用于将显示环境质量评估结果以及运行质量评估结果发送至监控中心。

优选地，信号采集模块采集的环境参数包括轿厢内的温度、轿厢内的湿度、轿厢内的光照度和轿厢内的噪声，信号采集模块采集的运行性能参数包括电梯运行过程中的速度、加速度和加加速度。

优选地，所述运营质量评估模块用于根据放大的电梯环境参数和运行性能参数对运行质量进行评估的具体方法为：

根据加速度、最大速度、加加速度、噪声的平均值和峰峰值，分别计算加速度、最大速度、加加速度、噪声与系统标称值的偏离度；

根据各参数与系统标称值的偏离度，计算电梯运行质量的偏离度，具体计算公式为：

式中，δjy表示指标的偏离度评估值，ωi，i＝1，2，3，4表示各运行性能参数的权值，δxj，j＝1，2，3，4分别表示加速度、最大速度、加加速度、噪声的偏离度。

优选地，所述环境质量评估模块用于根据放大的电梯环境参数对环境质量进行评估的具体方法为：

步骤1、确定环境质量的模糊综合评估指标集合u和环境质量的评估结果集合v，其中环境质量的模糊综合评估指标集合u＝{温度，湿度，光强，空气质量，噪声}，环境质量的评估结果集合v＝{质量良好，质量较好，质量较差，质量很差}；

步骤2、进行环境质量的单指标模糊评判，将单个环境质量评估指标的偏离度向量记为ui＝{ui1，ui2，ui3，ui4}(ui∈u)，其中ui1～ui4代表ui具有v中各结果的程度，得到求取偏离度矩阵r＝[u1，u2，u3，u4，u5]^t，其中r中每个行向量代表u中各评估指标的偏离度向量；

步骤3、确定评估指标的权重向量w＝{w1，w2，w3，w4，w5}，其中w1～w5代表u中各指标的权重；

步骤4、计算电梯综合偏离度向量对电梯综合偏离度向量s进行归一化处理，得到归一化后的电梯综合偏离度向量y；

步骤5、确定“质量良好”、“质量较好”、“质量较差”和“质量很差”在百分制中的典型代表分数c1、c2、c3和c4，可得矩阵c＝[c1，c2，c3，c4]；

步骤6、计算电梯的环境质量指标je＝cy^t。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明采用多传感器信息融合技术，对电梯运营质量和轿厢环境质量进行综合评估，能够全方位了解电梯的健康状态，提高了电梯的维修效率；(2)本发明采用了基于嵌入式系统技术的一体化设计技术，通用性好；装置独立于电梯系统，不会影响电梯系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明电梯轿厢内环境综合监测装置结构示意图。

图2为本发明电梯轿厢内环境综合监测装置功能框图。

图3为本发明电梯运营质量评估算法原理图。

图4为本发明轿厢环境质量评估算法原理图。

图5为本发明软件流程图。

具体实施方式

一种电梯轿厢内环境综合监测装置，包括信号采集模块、信号调理电路、环境质量评估模块、运营质量评估模块、通信模块以及显示模块，所述信号采集模块用于采集电梯环境参数和运行性能参数，所述信号调理电路用于对采集的电梯环境参数进行滤波及放大，所述环境质量评估模块用于根据放大的电梯环境参数对环境质量进行评估，所述运营质量评估模块用于根据放大的电梯环境参数和运行性能参数对运行质量进行评估，所述显示模块用于显示环境质量评估结果以及运行质量评估结果，所述通信模块用于将显示环境质量评估结果以及运行质量评估结果发送至监控中心。

进一步的实施例中，信号采集模块采集的环境参数包括轿厢内的温度、轿厢内的湿度、轿厢内的光照度和轿厢内的噪声，信号采集模块采集的运行性能参数包括电梯运行过程中的速度、加速度和加加速度。在某些实施例中，信号采集模块设置在电梯轿厢内，具体包括三轴加速度计、温度传感器、湿度传感器、光照度计、噪声传感器以及空气质量传感器，三轴加速度计的z轴原始数据经过二阶巴特沃斯滤波得到加速度，

上述加速度经过复化辛普森数值积分后得到速度，公式如下：

式中，h＝(te-ts)/2m，2m为采样数据的总数，2m值越大，精度越高。te为测量结束时间，ts为测量开始时间。es(f，h)表示误差，当采样频率很高时，该项可以忽略。f(x)表示上述加速度，s(f，h)表示信号采集模块的速度参数；

根据上述加速度，采用中心差商法求得加加速度，计算公式如下：

式中f(x)表示加速度，j(x)表示上述加加速度，ed(f，h)表示误差，当采样频率很高时，该项可以忽略。

进一步的实施例中，所述运营质量评估模块用于根据放大的电梯环境参数和运行性能参数对运行质量进行评估的具体方法为：

根据加速度、最大速度、加加速度、噪声的平均值和峰峰值，分别计算加速度、最大速度、加加速度、噪声与系统标称值的偏离度；

根据各参数与系统标称值的偏离度，计算电梯运行质量的偏离度，具体计算公式为：

式中，δjy表示指标的偏离度评估值，ωi，i＝1，2，3，4表示各运行性能参数的权值，δxj，j＝1，2，3，4分别表示加速度、最大速度、加加速度、噪声的偏离度。偏离度指实际数据与目标数据相差的绝对值所占目标数据的比重。

gb/t10058-2009《电梯技术条件》一文规定电梯启动和制动加速度不能超过1.5m/s2，加加速度不能超过1.3m/s3，噪声不能大于55db，且电梯速度不宜x小于额定速度92％，不宜大于额定速度105％。x轴和y轴振动的峰峰值不能大于0.2，进一步的实施例中，加速度、最大速度、加加速度、噪声与系统标称值的偏离度的计算公式为：

δx1＝max{z轴加速度/1.5，x轴加速度峰峰值/0.2，y轴加速度峰峰值/0.2}；

δx2＝|最大速度-额定速度|/额定速度；

δx3＝加加速度/1.3；

δx4＝|平均噪声|/55；

δx1为加速度与系统标称值的偏离度，δx2为最大速度与系统标称值的偏离度，δx3为加加速度与系统标称值的偏离度，δx4为噪声与系统标称值的偏离度。

进一步的实施例中，所述环境质量评估模块用于根据放大的电梯环境参数对环境质量进行评估的具体方法为：

步骤1、确定环境质量的模糊综合评估指标集合u和环境质量的评估结果集合v，其中环境质量的模糊综合评估指标集合u＝{温度，湿度，光强，空气质量，噪声}，环境质量的评估结果集合v＝{质量良好，质量较好，质量较差，质量很差}；

步骤2、进行环境质量的单指标模糊评判，将单个环境质量评估指标的偏离度向量记为ui＝{ui1，ui2，ui3，ui4}(ui∈u)，其中ui1～ui4代表ui具有v中各结果的程度，得到求取偏离度矩阵r＝[u1，u2，u3，u4，u5]^t，其中r中每个行向量代表u中各评估指标的偏离度向量；

步骤3、确定评估指标的权重向量w＝{w1，w2，w3，w4，w5}，其中w1～w5代表u中各指标的权重；

步骤4、计算电梯综合偏离度向量对s进行归一化处理，得到归一化后的电梯综合偏离度向量y；

步骤5、确定“质量良好”、“质量较好”、“质量较差”和“质量很差”在百分制中的典型代表分数c1、c2、c3和c4，可得矩阵c＝[c1，c2，c3，c4]；

步骤6、计算电梯的环境质量指标je＝cy^t。环境质量指标je表示环境质量的综合得分，取值范围0～100。

实施例

如图1所示，电梯轿厢内环境综合监测装置，包括电源模块1、三轴加速度计2、温度传感器3、湿度传感器4、光照度计5、噪声传感器6、空气质量传感器7、信号调理电路8、主控制器模块9、存储器10、lcd显示屏11和无线通信12，其中：

外部交流电连接到电源模块，电源模块连接至三轴加速度计2、温度传感器3、湿度传感器4、光照度计5、噪声传感器6、空气质量传感器7、信号调理电路8、主控制器模块9、存储器10、lcd显示屏11和无线通信12；

所述信号调理电路8分别连接三轴加速度计2、温度传感器3、湿度传感器4、光照度计5、噪声传感器6、空气质量传感器7，从这些传感器获取信号，并进行滤波和放大处理后，传输给主控制器模块9；

所述主控制器模块9根据接收到的传感器数据，调用轿厢内环境质量和电梯运营质量的评估算法，实现对上述指标的评测；

存储器模块10连接至主控制器模块9，接受并存储主控制器模块9发送的数据，并根据主控制器模块9的指令回传数据；

lcd显示模块11连接至主控制器模块9，接受主控制器模块9的命令和数据，并以指定的形式将数据显示在lcd屏上；

无线通信模块12连接至主控制器模块9，接收主控制器模块9的指令和数据，并按照事先确定的协议将数据发送给监测中心。

如图2所示，所述主控制器单元9采用stm32f407作为主处理器，是本发明装置的核心处理部件。在系统运行过程中，stm32f407通过6pio端口、spi等外设采集和读取各传感器的数据，并将数据用于电梯运营质量和轿厢内环境质量的评估计算。

综上，本发明的装置可以安装在电梯轿厢内部长期运行，收集的数据比单次运行的电梯测试系统更为全面。本发明采用32位嵌入式微处理器stm32f407为主控，功耗低、性能高，支持浮点计算指令，可以对所获取的数据进行深度加工和综合，得到所需的评估结论。本发明具有标准无线通信接口，可以扩展连接上位机，实现更为复杂和精密的评估计算，并可利用数据库形成电梯运营的数据库，对于电梯运维具有积极作用。

如图3所示，为了实现电梯运营质量的监测，将加速度计和噪声传感器的信息进行融合。首先从加速度计的采集数据中提取电梯三轴方向上的加速度值；然后对加速度的值进行滤波，以提高信噪比；随后，分别计算加速度、最大速度和加加速度的平均值和峰峰值，并以此计算这些值与电梯运行参数标称值之间的偏离度。以此同时，从噪声传感器读取数据，利用滤波后的数据提取噪声的最大值和均值，并计算与标称值之间的偏离度；此后，利用评估矩阵，计算出电梯运营质量指标δjy。

如图4所示，为获得电梯轿厢内环境质量指标je，分别从温度传感器、湿度传感器、光强计、空气质量传感器、噪声传感器读取数据并进行滤波处理，将滤波后的数值进行模糊化，并计算出各自的偏离度，随后利用模糊逻辑计算出环境质量指标je。具体步骤如下：

步骤1、对温度传感器、湿度传感器、光强计、空气质量传感器和噪声传感器的原始数据进行滤波处理，提高其信噪比。

确定环境质量的模糊综合评估指标集u，取u＝{温度，湿度，光强，空气质量，噪声}；确定环境质量的评估结果集合v，取v＝{v1，v2，v3，v4}，其中v1表示“质量良好”，v2表示“质量较好”，v3表示“质量较差”，v4表示“质量很差”。

步骤2、进行单指标模糊评判，将单个环境质量评估指标的偏离度向量记为ui＝{ui1，ui2，ui3，ui4}(ui∈u)，其中ui1～ui4代表ui具有v中各结果的程度，进而求取偏离度矩阵r＝[u1，u2，u3，u4，u5]^t，其中r中每个行向量代表u中各评估指标的偏离度向量。

步骤3、根据电梯市场调研或专家经验，确定权重向量w＝{w1，w2，w3，w4，w5}，其中w1～w5代表u中各指标的权重。

步骤4、计算电梯综合偏离度向量对电梯综合偏离度向量s进行归一化处理，得新的向量y。

步骤5、规定“质量良好”、“质量较好”、“质量较差”和“质量很差”的百分制代表分数分别为c1、c2、c3和c4，可得矩阵c＝[c1，c2，c3，c4]；

步骤6、计算电梯环境质量指标je＝cy^t。

如图5所示，系统软件在上电后首先完成系统的初始化和lcd的初始化；然后读取三轴加速度计、温度传感器、湿度传感器、光强计、空气质量传感器的数据；然后调用运营质量评估算法和环境质量评估算法对电梯运营质量和轿厢内环境质量进行评估计算，并将计算结果显示在lcd上。这种采样和计算工作定时进行，因此在进行完上述工作以后，等下一次采样时间到来后，再次重复。