一种限速器测试系统的制作方法

本发明涉及电梯限速器系统技术领域，具体来说是一种智能化的限速器测试系统。

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背景技术：
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目前对限速器进行校验时通常采用以下两种设备：

(1)电梯限速器测试仪，体积、重量均比较大，使用时将小块磁铁贴到限速器绳轮的侧面，采用霍尔传感器采集信号，通过测限速器绳轮的圈速来计算限速器节圆的线速度。由于限速器绳轮每转一圈采集一次脉冲信号，而限速器绳轮的速度是变化的，所以测量的数值与限速器动作实际速度存在一定的误差。驱动电机的尺寸较大、携带不方便；驱动电机的功率有限，不适合高速限速器的使用；驱动电机使用时间较长存在过热的现象；在进行检测时操作比较繁琐，耗时长；没有数据存储和备份。

(2)专用测速表与调速电钻相结合的设备：使用调速电钻来驱动绳轮；将专用测速表与限速器绳轮接触来检测绳轮缘的速度，由于存在打滑的现象，所以检测的速度也存在一定的误差。由限速器绳轮突然制停，测量的动作数值可能是已经降低的数值，所以往往会产生错误，需要重新检测。

已有的设备存在着驱动力不足、不适用于高速限速器、误差较大、体积大携带不便、操作繁琐、无数据存储等问题。

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技术实现要素：
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为了解决现有设备能校验的速度低的问题，本发明开发一套限速器控制系统，对限速器的速度信号进行采集、计算、存储和输出，在降低校验人员的劳动强度的同时提高工作效率，还兼顾数据存储和传输。

为了实现上述目的，设计一种限速器测试系统，包括限速器、驱动模块、光电传感器、信号处理模块、数据处理平台、无线通讯模块及打印机，所述的驱动模块由调速系统、驱动电机组成，所述的驱动电机上设有调速系统，驱动电机通过调速系统控制驱动电机的转速，从而带动与驱动电机相连的限速器旋转，所述的限速器上设有光电传感器，光电传感器采集限速器的转速信号，并通过光电传感器的信号输出端输出脉冲信号至信号处理模块的输入端，信号处理模块将光电传感器采集的信号经算法运算后进行滤波整形，通过无线通讯模块传送给数据处理平台，数据处理平台对采集的数据进行初步的处理和存储，并将测量结果通过无线通讯模块发送至打印机打印。

所述的数据处理平台采用型号为CY8C27443的芯片作为中央处理器，中央处理器分别连接无线通讯模块、电气接口电路、声音传感器及其驱动电路、光电传感器及其驱动电路，中央处理器外围设有用于供电的电源模块。

所述的驱动模块包括调速系统及驱动电机，所述的驱动电机一端接至220V交流电源，驱动电机另一端连接调速系统及开关K1后接至220V交流电源以控制驱动电机转速，所述的调速系统由电阻R1、可调电阻R2、电容C1及双向可控硅VT组成，所述的双向可控硅VT的第二阳极T2端与驱动电机一端相连，在双向可控硅VT的第二阳极T2端与驱动电机之间引出一端依次串联电阻R1、可调电阻R2、电容C1后接至双向可控硅VT的第一阳极T1端，双向可控硅VT的控制极G端连接至电容C1及可调电阻R2之间，双向可控硅VT的第一阳极T1端另引出一端连接开关K1后连接至220V交流电源。

所述的光电传感器由光电传感器驱动电路驱动，光电传感器驱动电路的信号输入端为Pulse_in端，Pulse_in端接收限速器的转速信号后接至接插件J4的3号管脚，在Pulse_in端与接插件J4的3号管脚之间依次并联压敏电阻VR4、电容C19、电阻R18，接插件J4的1号管脚接地，接插件J4的2号管脚接+12V供电电压，在接插件J4的3号管脚与接插件J4的2号管脚之间接有电阻R13。

所述的限速器测试系统还设有电源模块，电源模块使用2600mAh的电池为整个限速器测试系统供电，同时为光电传感器提供+12V电压，电源模块的充电接口采用Micro USB。

所述的限速器测试系统还设有声音传感器，所述的声音传感器由声音传感器驱动电路控制，所述的声音传感器驱动电路的输出信号端串联极性电容C2后接至场效应晶体管Q1的漏极，在极性电容C2与场效应晶体管Q1的漏极之间引出一端连接电阻R3后接+Vs，场效应晶体管Q1的门极接至声音传感器MIC的一端，声音传感器MIC的另一端连接至场效应晶体管Q1的源极，场效应晶体管Q1的源极另抽出一端连接至地线。

所述的电气接口电路信号输入端为SW_IN3端，SW_IN3端接至接插件J17的1号管脚，在SW_IN3端与接插件J17的1号管脚之间依次并联压敏电阻VR3、电容C26，接插件J4的2号管脚、3号管脚、4号管脚、5号管脚并联后接地，接插件J4的1号管脚抽出一端接电阻R34后接VCC供电电压。

所述的无线通讯模块采用HC-05蓝牙通讯模块。

所述的打印机采用带有蓝牙接口的热敏打印机。

所述的算法采用光电传感器采集的时间信号及相邻两次采集时间差，假设光电传感器第n次采集到信号的时间为t_n，此时光电传感器的线速度为v_n；光电传感器第n+1次采集到信号的时间为t_n+1，则这相邻两次信号采集的时间差为：

Δt_n＝t_n+1-t_n

a.计算中间速度：从t_n到时间t_n+1，运转的周长为s＝πgd，其中d为现场测量的限速器轮盘的直径；则在t_n到时间t_n+1之间的平均速度为：

$v_n^{\′}=\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_n}$

假设限速器轮做匀加速运动，t_n到时间t_n+1中间时刻为：

$t_n^{\′}=\frac{t_n+t_{n+1}}{2}$

从t_n到时间t_n+1的中间时刻的速度为：

$v_n^{\′}=\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_n}$

b.计算加速度：从t'_n到时间t'_n+1的加速度a_n为：

$a_n=\frac{v_{n+1}^{\′}-v_n^{\′}}{t_{n+1}^{\′}-t_n^{\′}}$

c.计算动作速度：假设限速器在第n次信号采集后，即时间t_n后又运行了Δt_r，则限速器动作的时刻t_r为：

t_r＝t_n+Δt_r

则动作速度v_r为：

$v_r=v_{n-1}^{\′}+a_{n-2}(\frac{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}{2}+{\mathrm{\Δt}}_r)$

上式中：

$v_{n-1}^{\′}=\frac{S}{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}$

$a_{n-2}=\frac{v_{n-1}^{\′}-v_{n-2}^{\′}}{t_{n-1}^{\′}-t_{n-2}^{\′}}=\frac{\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}-\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_{n-2}}}{\frac{{\mathrm{\Δt}}_{n-2}}{2}+\frac{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}{2}}=\frac{2s({\mathrm{\Δt}}_{n-2}-{\mathrm{\Δt}}_{n-1})}{{\mathrm{\Δt}}_{n-2}\·{\mathrm{\Δt}}_{n-1}\·({\mathrm{\Δt}}_{n-2}+{\mathrm{\Δt}}_{n-1})}$

所以动作速度v_r表达式为：

$v_r=\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}+\frac{2s({\mathrm{\Δt}}_{n-2}-{\mathrm{\Δt}}_{n-1})}{{\mathrm{\Δt}}_{n-2}\·{\mathrm{\Δt}}_{n-1}\·({\mathrm{\Δt}}_{n-2}+{\mathrm{\Δt}}_{n-1})}\·(\frac{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}{2}+{\mathrm{\Δt}}_r)$

上式等号右边所有的参数均为已知或是采集到的数据，从而根据采集到的数据计算限速器动作速度的数值。

与现有的设备相比较，本系统具有以下的优点：

1.通过调速系统对驱动装置加速进行控制，从而控制限速器的加速，调速系统能控制驱动电机的转速较平稳增长，调速范围较大、调速平滑性好、调节稳定性好、成本低；

2.采用稳定性高、操作、携带方便的光电开关作为测速装置，根据限速器加速特征设计了算法，根据动作前的采集的个点速度，拟合限速器的联系运动速度，对采集的速度信号进行处理，计算限速器动作速度的数值，大大提高测定数据的校验精度；

3.信号采集、信号处理、打印、驱动等模块之间均采用蓝牙形式的无线数据传输，能点对点及点对多点通信，省去现场接线带来的不便，有助于提高了工作效率；

4.带有数据处理平台，速度快，安全可靠，便于数据的移动和共享，能对海量的检验数据进行存储以及统计分析，方便地与其他系统进行数据交换，带有打印机，可在现场输出简版的检测数据报告；

5.通过声音传感器捕获限速器动作的声音来确定限速器的机械动作速度，把声音传感器应用到测试中，可以在限速器动作的瞬间，检测到信号，提高了测试系统精度和自动化程度。

[附图说明]

图1是本发明的组成连接示意图；

图2是本发明中信号流程处理示意图；

图3是本发明电路连接示意图；

图4是本发明中调速系统连接示意图；

图5是本发明中光电传感器驱动电路图；

图6是本发明中声音传感器驱动电路图；

图7是本发明中电气接口电路图。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种系统的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参见图1及图2，本限速器测试系统包括限速器、驱动模块、光电传感器、信号处理模块、数据处理平台、无线通讯模块及打印机，驱动模块由调速系统、驱动电机组成，驱动电机上设有调速系统，驱动电机通过调速系统控制驱动电机的转速，从而带动与驱动电机相连的限速器旋转，限速器上设有光电传感器，光电传感器采集限速器的转速信号，并通过光电传感器的信号输出端输出脉冲信号至信号处理模块的输入端，信号处理模块将光电传感器采集的信号经算法运算后进行滤波整形，通过无线通讯模块传送给数据处理平台，数据处理平台对采集的数据进行初步的处理和存储，并将测量结果通过无线通讯模块发送至打印机打印。

数据处理平台采用型号为CY8C27443的芯片作为中央处理器，中央处理器分别连接无线通讯模块、电气接口电路、声音传感器及其驱动电路、光电传感器及其驱动电路，中央处理器外围设有用于供电的电源模块，见图3。可以现在流行的PAD作为数据处理的硬件平台，基于Android操作系统开放专用的数据处理软件，该数据处理平台的功能有：

(1)管理功能，包括日期管理，检测项目管理，文件管理，检测报告的生成与编辑等。

(2)数据的存储，输出，移动等，数据存储器可使用SD卡，这种存储介质速度快，安全可靠，便于数据的移动和共享；

(3)新型设备具有海量的数据存贮空间，数据处理方便，可为监察机构提供更丰富的数据资料。

电源电路为整个测试模块系统供电，同时为光电开关提供+12V压，需要考虑以下方面因素：

(1)考虑到系统的便携特点，使用电池供电；

(2)考虑到系统的充电的便利性，本模块使用电池的充电接口采用Micro USB；

(3)考虑到系统电池的使用寿命，本模块使用2600mAh的电池，并在电路上设计了电源管理。

数据处理平台、信号采集模块、打印机之间都采用蓝牙进行无线通讯，省去现场接线带来的不便，有助于提高了工作效率，无线通讯模块采用广为使用的HC-05蓝牙通讯模块，其内置2.4GHz天线，用户无需调试天线。

为了方便电梯限速器校验人员可以在校验现场直接打印校验结果(或简易校验报告)，选配了便携式打印机，本着给用户最多自由的原则，只要用户使用打印机支持蓝牙接口即可使用。可配置斯普瑞特的T9打印机，该打印机属于热敏打印机，具有重量轻、体积小的特点，便于携带，完全满足研制的需要。

本项目采用串级调速的方式对驱动电机进行控制，其调速原理是利用可控硅调压来改变电机的转速，串级调速具有调速范围较大、调速平滑性好、调节稳定性好、成本低的特点。驱动模块包括调速系统及驱动电机，见图4，驱动电机一端接至220V交流电源，驱动电机另一端连接调速系统及开关K1后接至220V交流电源以控制驱动电机转速，调速系统由电阻R1、可调电阻R2、电容C1及双向可控硅VT组成，双向可控硅VT的第二阳极T2端与驱动电机一端相连，在双向可控硅VT的第二阳极T2端与驱动电机之间引出一端依次串联电阻R1、可调电阻R2、电容C1后接至双向可控硅VT的第一阳极T1端，双向可控硅VT的控制极G端连接至电容C1及可调电阻R2之间，双向可控硅VT的第一阳极T1端另引出一端连接开关K1后连接至220V交流电源。

传统的限速器动作信号检测方式是通过人的观感后者通过一段时间内没有得到转速信号来判断，这样会给检测带来一定的误差。由于大部分的限速器在机械动作时，有较大的动作声音，对于此类限速器，可以通过捕获限速器动作的声音来确定限速器的机械动作速度，所以本设备内置了一个声音传感器。为了适应电梯限速器使用现场的环境复杂的特点，经过多方的比较和试验，声音传感器由声音传感器驱动电路控制，见图6，声音传感器驱动电路的输出信号端串联极性电容C2后接至场效应晶体管Q1的漏极，在极性电容C2与场效应晶体管Q1的漏极之间引出一端连接电阻R3后接+Vs，场效应晶体管Q1的门极接至声音传感器MIC的一端，声音传感器MIC的另一端连接至场效应晶体管Q1的源极，场效应晶体管Q1的源极另抽出一端连接至地线。

电梯限速器校验设备的使用环境较为复杂，有较大的机械和电子噪声。为了确保在现场使用的可靠性，在电气端口增加电磁保护器件，见图7，电气接口电路信号输入端为SW_IN3端，SW_IN3端接至接插件J17的1号管脚，在SW_IN3端与接插件J17的1号管脚之间依次并联压敏电阻VR3、电容C26，接插件J4的2号管脚、3号管脚、4号管脚、5号管脚并联后接地，接插件J4的1号管脚抽出一端接电阻R34后接VCC供电电压。该电路利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。

光电传感器由光电传感器驱动电路驱动，电源电路输出+12V电压给光电传感器，光电传感器输出脉冲信号给信号调理电路；信号调理电路对脉冲信号进行滤波整形传送给中央处理器，参见图5，光电传感器驱动电路的信号输入端为Pulse_in端，Pulse_in端接收限速器的转速信号后接至接插件J4的3号管脚，在Pulse_in端与接插件J4的3号管脚之间依次并联压敏电阻VR4、电容C19、电阻R18，接插件J4的1号管脚接地，接插件J4的2号管脚接+12V供电电压，在接插件J4的3号管脚与接插件J4的2号管脚之间接有电阻R13。

其中，算法采用光电传感器采集的时间信号及相邻两次采集时间差，采集方式为：在限速器轮盘上设有感应元件A(可采用反光片或磁片)，限速器支架上装设有感应装置B(可采用光电传感器或霍尔传感器)，限速器轮盘在外力驱动下做匀加速运动，每当感应元件A经过感应装置B时，(假设感应元件A的位置和限速器钢丝绳的中心重合，这样感应元件A的线速度就等于钢丝绳规定点的线速度)，B为感应装置，每当感应元件A经过感应装置B时，感应装置采集一次信号，记录每次采集信号的时间，假设光电传感器第n次采集到信号的时间为t_n，此时光电传感器的线速度为v_n；光电传感器第n+1次采集到信号的时间为t_n+1，则这相邻两次信号采集的时间差为：

Δt_n＝t_n+1-t_n

a.计算中间速度：从t_n到时间t_n+1，运转的周长为s＝πgd，其中d为现场测量的限速器轮盘的直径；则在t_n到时间t_n+1之间的平均速度为：

$v_n^{\′}=\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_n}$

假设限速器轮做匀加速运动，t_n到时间t_n+1中间时刻为：

$t_n^{\′}=\frac{t_n+t_{n+1}}{2}$

从t_n到时间t_n+1的中间时刻的速度为：

$v_n^{\′}=\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_n}$

b.计算加速度：从t'_n到时间t'_n+1的加速度a_n为：

$a_n=\frac{v_{n+1}^{\′}-v_n^{\′}}{t_{n+1}^{\′}-t_n^{\′}}$

c.计算动作速度：假设限速器在第n次信号采集后，即时间t_n后又运行了Δt_r，则限速器动作的时刻t_r为：

t_r＝t_n+Δt_r

则动作速度v_r为：

$v_r=v_{n-1}^{\′}+a_{n-2}(\frac{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}{2}+{\mathrm{\Δt}}_r)$

上式中：

$v_{n-1}^{\′}=\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}$

$a_{n-2}=\frac{v_{n-1}^{\′}-v_{n-2}^{\′}}{t_{n-1}^{\′}-t_{n-2}^{\′}}=\frac{\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}-\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_{n-2}}}{\frac{{\mathrm{\Δt}}_{n-2}}{2}+\frac{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}{2}}=\frac{2s({\mathrm{\Δt}}_{n-2}-{\mathrm{\Δt}}_{n-1})}{{\mathrm{\Δt}}_{n-2}\·{\mathrm{\Δt}}_{n-1}\·({\mathrm{\Δt}}_{n-2}+{\mathrm{\Δt}}_{n-1})}$

所以动作速度v_r表达式为：

$v_r=\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}+\frac{2s({\mathrm{\Δt}}_{n-2}-{\mathrm{\Δt}}_{n-1})}{{\mathrm{\Δt}}_{n-2}\·{\mathrm{\Δt}}_{n-1}\·({\mathrm{\Δt}}_{n-2}+{\mathrm{\Δt}}_{n-1})}\·(\frac{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}{2}+{\mathrm{\Δt}}_r)$

上式等号右边所有的参数均为已知或是采集到的数据，从而根据采集到的数据计算限速器动作速度的数值。根据动作前的采集的个点速度，拟合限速器的联系运动速度，从而根据动作时间插值算出动作的速度，有效提高了校验的精度。