一种基于陀螺仪的电梯运行检测方法和系统

技术领域

本发明涉及电梯检测技术领域，具体涉及一种基于陀螺仪的电梯运行检测方法和系统。

背景技术

目前，市场上的电梯运行检测传感器一般由光电编码器和平层感应传感器组成，以获取电梯楼层、是否平层等信息，但其获取到的状态信息非常有限，无法获取电梯轿厢的加速度、瞬时速度、以及静止和运动状态、冲顶、失速、停梯困人等关键状态。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明公开了一种基于陀螺仪的电梯运行检测方法和系统。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种基于陀螺仪的电梯运行检测方法，所述检测方法应用于电梯轿厢，所述检测方法包括：

步骤1，采集所述电梯轿厢的三轴加速度值，并计算获得所述电梯轿厢的绝对加速度；

步骤2，通过类卡尔曼滤波算法和区域求和方式，对所述绝对加速度过滤因震动产生的小波动，获得所述电梯轿厢的绝对加速度走势曲线；

步骤3，分析所述绝对加速度走势曲线，判断所述电梯轿厢的运行状态，所述运行状态包括加减速状态、瞬时速度、冲顶状态、失速状态、停梯困人状态。

上述的基于陀螺仪的电梯运行检测方法，其中在所述步骤1中，所述绝对加速度的计算公式为：

其中，Accx为所述电梯轿厢的X轴方向的加速度值，Accy为所述电梯轿厢的Y轴方向的加速度值，Accz为所述电梯轿厢的Z轴方向的加速度值。

上述的基于陀螺仪的电梯运行检测方法，其中在所述步骤3中，判断所述电梯轿厢的加减速状态的具体步骤包括：

获取所述电梯轿厢的加速度值，计算所述电梯轿厢的加速度变化量；

判断所述加速度变化量是否为0；

若是，则统计所述加速度变化量正反变化时过预设变化量阈值的次数；

若所述次数计数为偶数，则判定所述电梯轿厢处于静止状态；

若所述次数计数为奇数，则判定所述电梯轿厢处于匀速状态；

若否，则判断所述加速度变化量是否大于或等于所述预设变化量阈值；

若是，则判定所述电梯轿厢处于加速状态；

若否，则判定所述电梯轿厢处于减速状态。

上述的基于陀螺仪的电梯运行检测方法，其中在所述步骤3中，获取所述电梯轿厢的瞬时速度的具体步骤包括：

获取楼层计数，计算所述电梯轿厢于某一时间的平均速度；

获取所述电梯轿厢于某一时刻的瞬时加速度和所述加减速状态，计算所述电梯轿厢于该时刻的瞬时速度。

上述的基于陀螺仪的电梯运行检测方法，其中在所述步骤3中，判断所述电梯轿厢的冲顶状态的具体步骤包括：

获取所述电梯轿厢的第一异常加速度、及所述第一异常加速度对应的第一持续时间；

判断所述第一异常加速度是否超过预设加速度阈值，所述第一维持时间是否超过第一预设时间阈值，且楼层计数增加；

若是，则判断所述电梯轿厢处于冲顶状态，并发出冲顶报警信号。

上述的基于陀螺仪的电梯运行检测方法，其中在所述步骤3中，判断所述电梯轿厢的失速状态的具体步骤包括：

获取所述电梯轿厢的第二异常加速度、及所述第二异常加速度对应的第二持续时间；

判断所述第二异常加速度是否接近0，所述第二维持时间是否超过第二预设时间阈值，且楼层计数减少；

若是，则判断所述电梯轿厢处于失速状态，并发出失速报警信号。

上述的基于陀螺仪的电梯运行检测方法，其中在所述步骤3中，判断所述电梯轿厢的停梯困人状态的具体步骤包括：

获取所述电梯轿厢当前的楼层信息；

判断所述电梯轿厢是否处于平层，且是否处于所述静止状态；

若是，则判定所述电梯轿厢处于故障停梯状态；

发送电梯故障报告，并发出非平层停梯困人报警信号。

一种基于陀螺仪的电梯运行检测系统，所述检测系统应用如上述任一所述的基于陀螺仪的电梯运行检测方法；

所述检测系统包括电梯轿厢、及设置于所述电梯轿厢一侧端部的检测装置；

其中，所述检测装置包括：

微控制器，用于处理和分析传感器数据，并判断获得所述电梯轿厢的运行状态，所述传感器数据包括但不限于绝对加速度、瞬时加速度、绝对加速度走势曲线、平均速度、瞬时速度，所述运行状态包括但不限于加减速状态、瞬时速度、冲顶状态、失速状态、停梯困人状态；

陀螺仪，其与所述微控制器电性连接，用于获取所述电梯轿厢的绝对加速度和瞬时加速度；

光电编码器，其与所述微控制器电性连接，用于楼层计数、并获取所述电梯轿厢的楼层数据；

平层传感器，其与所述微控制器电性连接，用于判断所述电梯轿厢是否平层；

标记层传感器，其与所述微控制器电性连接，用于当所述电梯轿厢到达特殊标记层时产生电信号，并复位校准所述光电编码器的楼层计数。

上述的基于陀螺仪的电梯运行检测系统，其中所述检测装置还包括：

陀螺仪姿态校准器，其与所述微控制器和陀螺仪电性连接，用于修正所述陀螺仪的姿态，以实时校准绝对加速度和G值；

状态机，其与所述微控制器和陀螺仪电性连接，用于统计加速度变化量正反变化时过预设变化量阈值的次数。

一种计算机可读存储介质，其存储有程序，所述程序被配置执行如上述任一所述的基于陀螺仪的电梯运行检测方法。

本发明的有益效果包括以下几点：

(1)本发明基于常规的微控制器、光电编码器、平层传感器的基础上，开创性地加入陀螺仪和标记层传感器集成为检测装置，极大程度地扩展电梯运行检测能力，除了实现常规的楼层计数、判断平层等功能之外，还通过实时、准确测量电梯轿厢的加减速状态、瞬时速度，并判断所述电梯轿厢处于冲顶状态、失速状态或停梯困人状态的故障状态，可实现在突发故障情况下可于极短时间内对所述故障状态发出相应警报信号，为营救、维修争取宝贵时间；

(2)通过所述光电编码器进行精准的楼层计数，优化调整所述陀螺仪判断所述预设变化量阈值、预设加速度阈值，以使所述检测系统具备闭环学习能力，自适应多种类电梯平台，进而消除不同地区、不同海拔高度、老化而带来的差异性；

(3)利用所述陀螺仪姿态校准器，实时修正所述陀螺仪的姿态，无需人工校准所述陀螺仪的位置、角度和初始加速度，节省安装校准步骤；

(4)所述检测系统安装简单，简化安装和维护难度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明中基于陀螺仪的电梯运行检测系统的结构示意图；

图2为本发明中基于陀螺仪的电梯运行检测方法的流程示意图；

图3为本发明中判断所述电梯轿厢的加减速状态的流程示意图；

图4为本发明中获取所述电梯轿厢的瞬时速度的流程示意图；

图5为本发明中判断所述电梯轿厢的冲顶状态的流程示意图；

图6为本发明中判断所述电梯轿厢的失速状态的流程示意图；

图7为本发明中判断所述电梯轿厢的停梯困人状态的流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，而非对本发明进行限制。

实施例：参见图2，本实施例提供的一种基于陀螺仪的电梯运行检测方法，所述检测方法应用于电梯轿厢，所述检测方法包括：

S1，采集所述电梯轿厢的三轴加速度值，并计算获得所述电梯轿厢的绝对加速度；

所述绝对加速度的计算公式为：

其中，Accx为所述电梯轿厢的X轴方向的加速度值，Accy为所述电梯轿厢的Y轴方向的加速度值，Accz为所述电梯轿厢的Z轴方向的加速度值；

S2，通过类卡尔曼滤波算法和区域求和方式，对所述绝对加速度过滤因震动产生的小波动，获得所述电梯轿厢的绝对加速度走势曲线，如图2所示；

S3，分析所述绝对加速度走势曲线，判断所述电梯轿厢的运行状态，所述运行状态包括加减速状态、瞬时速度、冲顶状态、失速状态、停梯困人状态。

较佳地，由于所述电梯轿厢在升降过程中因加减速而引起加速度的变化，故可通过预设变化量阈值以判断所述电梯轿厢处于加速状态、减速状态或静止状态。其中，参见图3，判断所述电梯轿厢的加减速状态的具体步骤包括：

S3-1-1，获取所述电梯轿厢的加速度值，计算所述电梯轿厢的加速度变化量；

S3-1-2，判断所述加速度变化量是否为0；

S3-1-3，若是，则统计所述加速度变化量正反变化时过预设变化量阈值的次数；由于所述电梯轿厢在正常运行过程中，无论所述电梯轿厢是上行或下行，加速度变化量峰总是成对地出现，故可利用MCU程序的状态机通过统计所述加速度变化量正反变化时过预设变化量阈值的次数，即可判定所述电梯轿厢处于静止或匀速状态；

S3-1-4，若所述次数计数为偶数，则判定所述电梯轿厢处于静止状态；

S3-1-5，若所述次数计数为奇数，则判定所述电梯轿厢处于匀速状态；

S3-1-6，若否，则判断所述加速度变化量是否大于或等于所述设变化量阈值；所述预设变化量阈值为通过测量以及实际实验综合电梯轿厢不同升降时速、升降环境测量所得，为满足各种状况下的加速、减速的判定条件临界值；

S3-1-7，若是，则判定所述电梯轿厢处于加速状态；

S3-1-8，若否，则判定所述电梯轿厢处于减速状态。

较佳地，参见图4，获取所述电梯轿厢的瞬时速度的具体步骤包括：

S3-2-1，获取楼层计数；

S3-2-2，计算所述电梯轿厢于某一时间的平均速度；

S3-2-3，获取所述电梯轿厢于某一时刻的瞬时加速度和所述加减速状态；

S3-2-4，计算所述电梯轿厢于该时刻的瞬时速度。

较佳地，参见图5，判断所述电梯轿厢的冲顶状态的具体步骤包括：

S3-3-1，获取所述电梯轿厢的第一异常加速度、及所述第一异常加速度对应的第一持续时间；在失控冲顶的过程中，所述电梯轿厢的加速度达到较大值且持续较长时间；

S3-3-2，判断所述第一异常加速度是否超过预设加速度阈值，所述第一维持时间是否超过第一预设时间阈值，且楼层计数增加；所述预设加速度阈值、第一预设时间阈值为通过测量以及实际实验综合电梯轿厢不同冲顶时速、冲顶环境测量所得，为满足各种状况下的冲顶判定条件临界值；

S3-3-3，若是，则判断所述电梯轿厢处于冲顶状态，并发出冲顶报警信号；

S3-3-4，若否，则判断所述电梯轿厢处于非冲顶状态。

较佳地，参见图6，判断所述电梯轿厢的失速状态的具体步骤包括：

S3-4-1，获取所述电梯轿厢的第二异常加速度、及所述第二异常加速度对应的第二持续时间；在失速的过程中，所述电梯轿厢的加速度接近0且持续较长时间；

S3-4-2，判断所述第二异常加速度是否接近0，所述第二维持时间是否超过第二预设时间阈值，且楼层计数减少；所述第二预设时间阈值为通过测量以及实际实验综合电梯轿厢不同失速时速、失速环境测量所得，为满足各种状况下的失速判定条件临界值；

S3-4-3，若是，则判断所述电梯轿厢处于失速状态，并发出失速报警信号；

S3-4-4，若否，则判断所述电梯轿厢处于非失速状态。

较佳地，参见图7，判断所述电梯轿厢的停梯困人状态的具体步骤包括：

S3-5-1，获取所述电梯轿厢当前的楼层信息；

S3-5-2，判断所述电梯轿厢是否处于平层，且是否处于所述静止状态；

S3-5-3，若是，则判定所述电梯轿厢处于故障停梯状态；

S3-5-4，发送电梯故障报告，并发出非平层停梯困人报警信号；

S3-5-5，若否，则判断所述电梯轿厢处于非故障停梯状态。

参见图1，本实施例还公开一种基于陀螺仪的电梯运行检测系统，所述检测系统应用如上述的基于陀螺仪的电梯运行检测方法；

所述检测系统包括电梯轿厢、及设置于所述电梯轿厢一侧端部的检测装置；

其中，所述检测装置包括：

微控制器61，用于处理和分析传感器数据，并判断获得所述电梯轿厢的运行状态，所述传感器数据包括但不限于绝对加速度、瞬时加速度、绝对加速度走势曲线、平均速度、瞬时速度，所述运行状态包括但不限于加减速状态、瞬时速度、冲顶状态、失速状态、停梯困人状态；

陀螺仪62，其与所述微控制器61电性连接，用于获取所述电梯轿厢的绝对加速度和瞬时加速度；

光电编码器63，其与所述微控制器61电性连接，用于楼层计数、并获取所述电梯轿厢的楼层数据；

平层传感器64，其与所述微控制器61电性连接，用于判断所述电梯轿厢是否平层；

标记层传感器65，其与所述微控制器61电性连接，用于当所述电梯轿厢到达特殊标记层时产生电信号，并复位校准所述光电编码器的楼层计数；

陀螺仪姿态校准器66，其与所述微控制器61和陀螺仪62电性连接，用于修正所述陀螺仪的姿态，以实时校准绝对加速度和G值；由于所述陀螺仪因安装角度、经纬度和电梯马力的不同，获得的绝对加速度也不同，在所述电梯轿厢处于静止状态时，所述陀螺仪姿态校准器对绝对加速度和G值进行实时校准；

状态机67，其与所述微控制器61和陀螺仪62电性连接，用于统计加速度变化量正反变化时过预设变化量阈值的次数。

具体地，所述光电编码器63优选为U型传感器、烟杆传感器。

一种计算机可读存储介质，其存储有程序，所述程序被配置执行如上述的基于陀螺仪的电梯运行检测方法。

本发明的基于陀螺仪的电梯运行检测系统具有以下优点：

(1)本发明基于常规的微控制器、光电编码器、平层传感器的基础上，开创性地加入陀螺仪和标记层传感器集成为检测装置，极大程度地扩展电梯运行检测能力，除了实现常规的楼层计数、判断平层等功能之外，还通过实时、准确测量电梯轿厢的加减速状态、瞬时速度，并判断所述电梯轿厢处于冲顶状态、失速状态或停梯困人状态的故障状态，可实现在突发故障情况下可于极短时间内对所述故障状态发出相应警报信号，为营救、维修争取宝贵时间；

(2)通过所述光电编码器进行精准的楼层计数，优化调整所述陀螺仪判断所述预设变化量阈值、预设加速度阈值，以使所述检测系统具备闭环学习能力，自适应多种类电梯平台，进而消除不同地区、不同海拔高度、老化而带来的差异性；

(3)利用所述陀螺仪姿态校准器，实时修正所述陀螺仪的姿态，无需人工校准所述陀螺仪的位置、角度和初始加速度，节省安装校准步骤；

(4)所述检测系统安装简单，简化安装和维护难度。

应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

还应理解，在本发明实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术手段和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围。