基于CAN总线和云平台的电梯远程监控系统的制作方法

本实用新型涉及电梯设备领域，尤其涉及基于CAN(Controller Area Network,控制器局域网络)总线和云平台的电梯远程监控系统。

背景技术：

随着城市里高层建筑的日益增多，电梯作为垂直运输的工具，其应用越来越广泛。随着电梯在地域上分布的不断扩大，传统依靠人工方法已无法满足对电梯发现和处理故障的实时性要求，故障解决不及时甚至可能造成人员伤害。因此，如何对电梯的运行状态进行实时监控、及时发现和处理故障是国内外机构和电梯厂商的研究重点。

随着移动互联网的爆发式发展，通过无线方式收集电梯运行状态已成为电梯远程监控的趋势。如闫学勤等在《ZigBee+3G网络在新型井道式电梯监控系统中的应用》中提出的先通过ZigBee获取电梯数据，再通过3G模块将数据传输至监控中心以实时检测其工作状态。王胜贤等人还尝试将ZigBee的短距离通信和GRPS远程通信相结合，实现对电梯的实时监控和故障保障功能。他们提出的方案解决了电梯现场布线复杂性高和难度大的问题。但上述方案均只能够针对特定某一厂商型号的电梯，在电梯型号的适备上具有一定的局限性。尤其，利用ZigBee无线设备形成局域网，再通过局域网网关将数据进行外发，这样的传输方式需要额外的时间才能实现，其实现过程复杂。针对此，徐航提出有一种利用Android移动设备实现对电梯的无线监控的系统。虽然该系统可有效提高维修效率和减少故障停梯时间，但该方案中将移动设备作为监控系统的核心模块，因移动设备的不可靠性影响，该系统无法满足对电梯监控系统可靠性与实时性的要求。

上述以及现有的绝大部分电梯监控系统基本上均局限于2.5G的GPRS技术或者3G网络。但是，实际使用中，GPRS网络速率难以满足监控需求，而3G网络又并存多个标准，使用资费较高，并且，在电梯移动过程中信号干扰强烈通信稳定性下降，丢包率较高。

因此，目前急需一种能够实时获取电梯状态数据，并且能够保证数据传输效率的电梯远程监控系统。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于CAN 总线和云平台的电梯远程监控系统，能够通过CAN总线实时获取电梯状态数据，并通过各通信网络的配合，保证数据传输效率，并及时提示电梯运行状况。

为实现上述目的，本实用新型提供的基于CAN总线和云平台的电梯远程监控系统，包括，电梯信号采集电路、电梯控制终端、远程服务器以及移动终端设备，其中，所述电梯信号采集电路的输入端连接各电梯设备内的CAN总线，电梯信号采集电路的输出端与所述电梯控制终端电连接；所述电梯控制终端还通过通信网络与所述远程服务器通信连接；所述远程服务器至少与一个所述移动终端设备通信连接。

进一步，上述的系统中，所述电梯信号采集电路包括：单片机、控制器和物理接口芯片；所述物理接口芯片的输入端连接所述电梯设备内的CAN总线，所述物理接口芯片的输出端所述控制器的输入端，所述控制器的输出端连接所述单片机，所述单片机通过串口连接所述电梯控制终端。

具体，其中，单片机选择STC89控制芯片；所述控制器选择MCP2515协议控制器；所述物理接口芯片为PCA82C250接口芯片。

进一步，上述系统中，所述电梯控制终端包括：主控芯片、串口电路和通信芯片；其中，所述主控芯片同时连接所述串口电路和所述通信芯片；所述串口电路与所述单片机电连接；所述通信芯片接入所述通信网络，与所述远程服务器通信连接。

具体，其中的主控芯片为树莓派3代B芯片；所述串口电路为RS232串口；所述通信芯片为SIM7100C芯片。

更进一步，上述系统中，所述电梯控制终端还包括摄像头，所述摄像头安装于所述电梯设备内，与所述主控芯片电连接。

具体对于上述系统，每一个所述电梯设备均至少对应设置有一组所述电梯信号采集电路和电梯控制终端。

上述系统中，所述远程服务器包括云计算平台。例如，通过云服务器(ECS) 与开放存储服务(OSS)共同构成的阿里云平台。

所述移动终端设备包括手机、平板或专用移动设备，所述通过无线网络连接所述远程服务器。

本实用新型和现有方案相比具有如下技术效果:

1.本实用新型通过电梯信号采集电路从电梯设备的CAN总线采集电梯运行状态数据，通过串口传输到电梯轿厢内基于ARM的电梯控制终端，然后将数据直接发送至远程服务器，通过远程服务器对移动终端设备进行推送。由此，工作人员可通过移动终端设备实时查看电梯当前运行状态。当电梯出现故障时，轿厢内的电梯控制终端通过其内嵌的摄像头，配合相应的人脸检测技术，可及时发现电梯内是否有被困人员，并将电梯内图像上传至远程服务器，供工作人员及时了解目前电梯内状况。远程服务器根据接收到的电梯状态实时对电梯运行监控，若发现故障则通过短信和相应的消息机制及时通知工作人员。因而，本实用新型能够实时获取电梯状态数据，利用各通信网络之间的配合，保证数据传输效率，并及时提示电梯运行状况。

2.本实用新型的电梯控制终端具体通过4G通信网络与所述远程服务器通信连接。由于以正交多任务分频技术为核心的4G网络稳定可靠，传输速率高，因此能够适应电梯内信道衰减剧烈、信号屏蔽作用强烈的通信环境，进一步提高本实用新型中数据传输的效率。

3.此外，本实用新型还利用近年来快速发展的云计算技术，利用该技术分布式存储采集的电梯状态数据，并进行相应计算以及消息管理。由于云计算技术的引用，本实用新型可利用手机等移动终端随时随地查看电梯运行状态。与同类监控系统相比，本系统功能更加丰富，监控更加灵活、时效性更高。

4.本实用新型提出的电梯远程监控系统实现了端到云、云到人的互联互通。该系统利用CAN总线和电梯信号采集电路解决了电梯型号兼容性的问题，又运用4G远程通信技术，在解决电梯现场监控现场布线难度大的同时，使得监控距离、数据传输速度和稳定性都大大提高。同时，移动终端设备的引入，极大地方便监控人员随时随地操作。云平台在帮助系统加强数据处理能力的同时，其存储的电梯运行状态大数据也对预测电梯故障提供了可能。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本实用新型的实施例一起，用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为根据本实用新型的基于CAN总线和云平台的电梯远程监控系统结构示意图；

图2为其中电梯信号采集电路的电路图；

图3为其中电梯控制终端的电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1为根据本实用新型的基于CAN总线和云平台的电梯远程监控系统结构示意图，如图1所示，本实用新型的基于CAN总线和云平台的电梯远程监控系统，包括，电梯信号采集电路1、电梯控制终端2、远程服务器3以及移动终端设备4，其中，所述电梯信号采集电路1的输入端连接各电梯设备内的CAN总线，电梯信号采集电路1的输出端与所述电梯控制终端2电连接；所述电梯控制终端2还通过通信网络与所述远程服务器3通信连接；所述远程服务器3至少与一个所述移动终端设备4通信连接。

进一步，参考图2，上述的系统中，所述电梯信号采集电路1包括：单片机 11、控制器12和物理接口芯片13；所述物理接口芯片13的输入端连接所述电梯设备内的CAN总线，所述物理接口芯片13的输出端所述控制器12的输入端，所述控制器12的输出端连接所述单片机11，所述单片机11通过串口连接所述电梯控制终端2。

具体，其中，单片机11选择STC89控制芯片；所述控制器12选择MCP2515 协议控制器；所述物理接口芯片13为PCA82C250接口芯片。

上述电梯信号采集电路1从CAN总线采集电梯状态信息，转换成Linux终端(即STC89控制芯片)能够接收的数据，再通过串口传输给电梯控制终端2。针对市场上各类电梯控制系统，本实用新型在系统中增加此电梯信号采集电路，可根据通讯协议将来自于电梯主控装置的电梯状态信息转换成固定格式的报文再发送给统一硬件型号的电梯控制终端2。通过电梯信号采集电路1的转化，电梯控制终端2可实现与绝大多数电梯设备的兼容，从而提高整个监控系统的兼容性。

电梯控制终端2硬件原理如图2所示，主要由单片机STC89、控制器12、物理接口芯片PCA82C250、串口电平转换器MAX232及其基本外围电路组成。控制器12采用Microchip公司的MCP2515，该芯片符合CAN V2.0B标准，是一种成熟、稳定可靠的CAN总线控制芯片。

单片机通过模拟的SPI(Serial Peripheral Interface--串行外设接口) 接口访问控制器MCP2515，在SPI传输中，单片机和控制器MCP2515分别作为主从设备。MCP2515通过CAN物理接口芯片PCA82C250连接到CAN总线上。MCP2515 采用中断方式，每一帧CAN总线上的数据报文接收完成后，单片机首先对数据进行必要的检验和预处理，然后根据约定报文格式通过串口电平转换器MAX232 传输到电梯控制终端2。

进一步，参考图3上述系统中，所述电梯控制终端2包括：主控芯片21、串口电路22和通信芯片23；其中，所述主控芯片21同时连接所述串口电路22 和所述通信芯片23；所述串口电路22与所述单片机11电连接；所述通信芯片23接入所述通信网络，与所述远程服务器3通信连接。

具体，其中的主控芯片21为树莓派3代B芯片；所述串口电路22为RS232 串口；所述通信芯片23为SIM7100C芯片。

上述电梯控制终端2也即电梯轿厢多媒体系统。一般连接有液晶显示屏播放视频及广告图片，并同时接收来自电梯信号采集电路1的串口数据，在液晶显示屏中实时显示楼层、方向等信息，并通过其内通信芯片将数据经由4G模板实时发送至远程服务器，如阿里云平台。

更进一步，上述系统中，所述电梯控制终端2还包括摄像头，所述摄像头安装于所述电梯设备内，与所述主控芯片21电连接。

由此，除了上述数据透传功能外，电梯控制终端2还对电梯状态进行实时判断。例如，当发现故障时，首先通过诸如CMOS摄像头捕获轿厢内部图像，然后经主控芯片21处理图像信号，检测并发现电梯内部的被困人员数，与电梯数据一并通过通信芯片23上传至云平台，存储由图像中识别出的人员数量，以便电梯故障时及时确定轿厢内人员数量。通过云平台的推送，工作人员可通过手机等移动终端设备4了解到电梯轿厢内部情况，方便工作人员第一时间掌握现场情况。云平台在遇有被困人员的情形是还可相应提高应急等级。

电梯控制终端2硬件部分如图3所示，主要由树莓派3代B单板作为主控芯片21(因其采用ARM系统，因而在图3中标记为ARM主板，其内部采用Linux 系统架构。ARM，Advanced RISC Machine。RISC，即精简指令集计算机，reduced instruction set computer)、10.1寸LCD屏模块、4G无线通信模块(主要由通信芯片23，即SIM7100C芯片构成)、通过USB连接的摄像头及其周边外设配置组成。

树莓派3代B与上一代树莓派相比，其有两项主要的升级，首先是主频从900MHz升级到1.2GHz，第二项升级是板载BCM43143WiFi芯片。4G无线通信模块采用上海SIMCOM公司的SIM7100C，与电梯控制终端2之间通过USB接口进行通信，它是一种可靠、紧凑的无线数据传输模块，具有丰富的AT指令集，内嵌 TCP/IP和PPP协议，支持常用的SIM卡，以及APN专用卡和物联网卡。图像采集直接采用免驱的CMOS摄像头实现。

具体针对其中用于4G通信的SIM7100C芯片。该芯片带有UART和USB接口，出于速度考虑，本实施例中使用USB接口与主控芯片21进行通信，因此需要向内核添加4G模块和USB转串口驱动，同时支持PPP协议。编译加载相关模块后可自动识别出4G模块，该模块的USB接口在主控芯片中具体映射为6个设备节点：ttyUSB0、ttyUSB1、ttyUSB2、ttyUSB3、ttyUSB4、ttyUSB5。

对于上述系统，可为每一个所述电梯设备对应设置至少一组所述电梯信号采集电路1和电梯控制终端2。

上述系统中，所述远程服务器3包括云计算平台。例如，通过云服务器(ECS) 与开放存储服务(OSS)共同构成的阿里云平台。云平台是电梯远程监控系统的核心模块，是系统稳定、安全运行的软硬件基础。云平台既要与上述电梯控制终端2保持紧密的联系，还要能够通过手机等移动设备4与用户进行交互，即云平台要能够接收电梯控制终端2所采集的数据，将数据保存在云平台的数据库里，同时云平台又能够提供通信接口，移动终端设备4能够通过这些接口查询云平台上数据库存储的相应数据。总结，云平台需要实现如下功能：

1)接收、保存电梯控制终端2上传的数据；

2)提供接口实现对数据库内数据的查询；

3)对保存的数据进行一定的处理，如发现故障时通过特定的消息机制和短信的方式通知工作人员。

通过对相关云计算平台的调研，本系统选择国内数据安全性较好、成本较低的阿里云，采用其提供的云服务器(ECS)与开放存储服务(OSS)共同构成监控系统所使用的云平台。ECS服务器负责处理和保存数据，操作系统为Ubuntu 16.04Server，数据库为MySQL，主要保存电梯的状态数据。本系统中由摄像头采集到的图像文件并不是直接存储在数据库中，而是保存在OSS中，仅在数据库里保存图像文件的URL地址，移动终端设备4可通过URL地址直接访问图像文件。

电梯控制终端2采集数据后通过相应指令将数据推送至云平台，移动终端设备4通过异步方式请求获取电梯状态数据。其中，所述移动终端设备4包括手机、平板或专用移动设备，所述通过无线网络连接所述远程服务器3。

本实用新型的基于CAN总线和云平台的电梯远程监控系统，可解决传统人工发现和处理电梯故障的时效性差及成本较高问题，综合利用CAN总线、4G网络、云平台和手机移动终端，实现电梯远程监控。采用STC89硬件平台通过CAN 总线采集现场电梯状态数据，经由ARM终端通过4G模块上传数据至云平台，利用手机移动终端与云平台通信获取数据以达到远程实时监控的目的。此外，还能在电梯故障时采集轿厢内图像并通过处理检测被困人员数量，利用移动终端对应的消息机制和短信网关技术发送报警信息通知工作人员及时处理。实际工况长期运行结果表明，本实用新型所提供的系统运行稳定、可靠，能够及时发现电梯故障，有效提高电梯运行安全性，具有较好的适用性和推广价值。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。