电梯远程监控系统数据采集器的软件设计-本科毕业设计论文 - 图文

南 京 工 业 大 学

毕 业 设 计

题 目：电梯远程监控系统数据采

集器的软件设计

2012年6月

电梯远程监控系统数据采集器的软件设计

摘 要

现代电梯已经实现远程监控的目标，但监控实时性效果不甚明显。本课题以工业现场通讯和以太网通讯方法为基础，采用数据采集技术，对采集的电梯故信号进行测试，实现了对电梯运行状态的实时监控。

本文以电梯在城市生活中的广泛应用为课题背景，论述了电梯远程监控系统数据采集器的开发过程，主要完成课题中数据采集器软件部分设计。首先介绍了电梯远程监控系统的发展现状和其发展趋势。其次，介绍了数据采集器所承担的主要功能和各主要组成部分。另外，本文还介绍了电梯远程监控系统在楼群，小区等日常生活中的应用。

本文最后提出了设计中的一些不足之处和对今后的一些要求。论文结尾附有系统的电路原理图、系统的PCB图和系统的主程序。

关键词：电梯 STM32F107VCT6 数据采集 远程监控

I

Design of data collector software system of remote monitoring of elevator

Abstract

Nowadays the goal of remote monitoring of elevator has been achieved, but the effect of real-time monitoring is not very obvious. This paper based on the industrial site communication method and the Ethernet communication method, uses the data collection technology, does some tests on the collected fault signal of elevator and realizes real-time monitoring of elevator’s status.

This paper uses the wide application of elevator in the city life as the subject background ,expounds the development process of elevator’s remote monitoring system data collection and completes the software design of the data collector . Firstly it introduces the current situation of the development of the remote monitoring system and its development trend. Secondly, this paper introduces the data collector device’s main functions and main parts. In addition, this paper also introduces the application of remote monitoring system of elevator in buildings and the plot in the daily life.

At last this paper puts forward some deficiencies and requirements for the future of the design . At the end of this paper is the main program of remote monitoring system and the circuit principle and PCB chart of the whole system .

Keywords: elevator; stm32f107vct6 ; data collector; remote monitoring

II

目 录

摘 要 ........................................................................................................................ I Abstract..................................................................................................................... II 第一章 绪 论 ......................................................................................................... 1

1.1概述 ................................................................................................................................... 1 1.2电梯远程监控系统的发展现状及其发展趋势 ............................................................... 1 1.3电梯监控系统技术的介绍以及应用 ............................................................................... 2 1.4电梯远程监控系统数据采集器的发展现状与应用前景 ............................................... 3 1.5本文的主要工作 ............................................................................................................... 3

第二章 电梯远程监控系统数据采集器的硬件电路设计 ..................................... 5

2.1系统总体方案设计 ........................................................................................................... 5 2.2系统硬件接口介绍 ........................................................................................................... 5

2.2.1 USB模块 ............................................................................................................... 5 2.2.2 模数转换模块 ....................................................................................................... 6 2.2.3 RS232串口模块 .................................................................................................... 6 2.2.4 RS485通讯模块 .................................................................................................... 7 2.2.5以太网模块 ............................................................................................................ 7 2.2.6 CAN总线模块 ...................................................................................................... 8

第三章 电梯远程监控系统数据采集器的软件设计 ............................................. 9

3.1系统软件总体结构 ........................................................................................................... 9 3.2系统子程序流程 ............................................................................................................. 10

3.2.1系统初始化子程序 .............................................................................................. 10 3.2.2 RS232通讯子程序 .............................................................................................. 12 3.2.3 RS485通讯子程序 .............................................................................................. 15 3.2.4 网口通讯子程序 ................................................................................................. 16 3.2.5 I/O数据采集子程序 ............................................................................................ 19

第四章 系统调试 ................................................................................................... 21

4.1系统调试方案设计 ......................................................................................................... 21

III

4.1.1 IAR编译环境设置 .............................................................................................. 21 4.1.2 IAR工程的建立过程 .......................................................................................... 24 4.2系统调试与结果 ............................................................................................................. 27

结语 ......................................................................................................................... 29 参考文献 ................................................................................................................. 30 致谢 ......................................................................................................................... 31 附录1：系统的电路原理图 .................................................................................. 32 附录2：系统的PCB图 ........................................................................................ 33 附录3：系统的主程序 .......................................................................................... 34

IV

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第一章 绪 论

1.1概述

城市电梯安全运行远程监管系统主要用于检测城市中电梯的运行状况，检测电梯是否发生故障，实时观察电梯运行状态，以及故障发生后的实时报警；同时对电梯维护保养人员进行身份认证，并对电梯的维护保养进行有力的监督，确保电梯的正常运行。

本系统中，根据数据采集器硬件设计方案，使用ST公司STM32F107VCT6芯片，采用STM32系统芯片的库函数，采集现场信息，同时通过CAN总线或者485总线，与电梯控制器通讯，获得电梯运行信息，对信息进行处理，分类。当电梯发生故障时，安装在电梯控制柜里的数据采集器产生联动，发出报警信号，同时上报给服务器，现场工作人员及远程控制室就可以及时知道哪部电梯发生了故障，什么时候发生了故障，以便及时采取措施。

1.2电梯远程监控系统的发展现状及其发展趋势

随着国民经济的快速发展和城市化进程步伐的不断加快，我国电梯的拥有量与日俱增，已成为全球最大的电梯市场。

电梯是一种非常繁忙垂直交通工具，在现代生产生活中发挥着不可替代的作用。但在高效服务的同时，难免遇到电梯运行中关人、夹人、蹲底、冲顶等一系列突如其来的问题，对乘客的人身安全造成极大的威胁[2]。电梯运行的安全性越来越成为广大群众关注的热点问题[2]。如何保证每台电梯都能够安全、可靠、舒适的运行？一方面要通过改进设计、提高制造、安装质量来解决，而另一方面已越来越需要依靠完善的维修保养体系和先进的监控手段来解决，电梯远程监控系统就是在这种需求下应运而生[3]。

目前国内有一些企业已开发出了多款具有中国特色的远程监控系统，但由于这些系统均是基于GPRS/GSM或3G等无线网络基础，因此普遍存在着以下缺点：

1)由于中国电话网络的信号传输质量和带宽制约了电梯信息量传输，无法实时传输所需的电梯轿厢、机房等所需音视频信号。

2)系统采集的电梯实施运行信息是通过移动、联通或电信等无线通讯网络实现传输，故数据流量相当大，加之无线网络运营商的收费是按流量收费，使这种电梯远程监控系统的运营成本高居高不下（运营费是按照手机通话时间和网络流量计费），无法实现24小时不间断监控。

1

[1]

第一章绪论

3)功能简单，无数据库管理功能，只能进行简单的电梯运行状态监控，无维保质量管理监控功能，不能进行电梯故障的早期预警。

4)系统兼容性差，只能针对少数梯种进行布控，且不能精确地对电梯故障进行分析、判断，无法准确给出电梯具体故障部位[4]。

而其发展可能会有以下两个趋势：

1)最高运行速度可变：根据载重量，自决定运行速度和加速度，以提高效率。 2)预选式群控：在乘客上电梯前，就根据乘客需要去的目的楼层分配电梯并告知乘客应乘坐哪台电台，这样可以大幅提高电梯群运行效率，大幅节能[5]。

1.3电梯监控系统技术的介绍以及应用

电梯监控系统是利用计算机及其通信技术，监视及适当控制电梯的运行状态。其目的是为了方便调试、及时发现电梯的不良运行状况与故障，方便电梯的用户及维护人员的工作。具体分为两大类监控方式，每类又可分为两种形式[6]：

1）单梯监控

在单梯监控形式中，直接利用电梯主控板RS232接口[7]，与微机串行口或调制解调器相连，分别根据应用场合的不同存在以下两种形式：

（1）单梯、本地监控

该方式为了方便现场调试，直接用便携式PC与电梯主控电脑连接，进行监视、参数修正，及适当的控制运行等。

（2）单梯、远程监控

该方式适于有监控中心的电梯生产厂家及维保单位使用，其中控制柜在装配时，已安装相应的调制解调器，并设定了相应的监控功能，包括故障报警电话号码、远程监控中心电话号码等[8]。

监控中心（远程）可随时根据数据库中的电梯用户信息，通过公共电话网（PSTN）拨号连接某一台电梯，进行监控；或在电梯主电脑检测到故障后，通过PSTN[9]拨通报警BP（或电话），及与远程监控中心拨号连接，维护管理人员接到报警后，可通过远程中心计算机或其它安装监控软件的计算机，拨号连接故障电梯查询具体情况。

2）梯群监控

在梯群监控形式中，又具体为下列两种方式[10]： （1）小区监控

2

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该方式实现的功能如上述“单梯、远程监控方式”，只不过现在一次监控的对象不是单台的电梯，而是一组相关的电梯（如在一区内或某建筑物的群控电梯等）。

（2）单梯、远程监控、小区监控

作为某小区或某建筑物的电梯群，建立集中管理的监控中心，以便于随时了解电梯的运行情况，以及相应的控制（如锁梯和投入使用）是非常必要的；在这种方式中，通过智能的7188转换板可实现小区监控与远程监控、故障报警的独立操作，同时运行而不会产生相互的干拢[11]。当然，也可不需要远程中心连接（取消远程中心电话号码），也可不产生故障报警（取消故障报警电话号码）。

1.4电梯远程监控系统数据采集器的发展现状与应用前景

电梯的安全使用及管理，直接关系到人民的生命财产安全，因此，对电梯的安装和使用实现规范化、科学化管理迫在眉睫[12]。针对电梯这一现代化交通工具的性能和特点，还要实行科学化管理。一些发达国家在十几年前就开发应用了智能化电梯安全远程监控系统[13]。所谓智能化电梯安全远程监控系统，集地理信息、计算机控制和远程通讯技术于一体，通过设定的电梯数据采集器和信息网络系统，将分布在各处的电梯运行状况和故障信息及时传递到监控中心的监视终端，从而实现对各处电梯进行远程监视和控制

[14]

。国内一些企业已开发出了多款具有远程监控系统，未来电梯肯定会普及该系统的应

用。这些系统大部分基于GPRS/GSM或3G等无线网络基础，未来实际应用中传输方式会趋于多样化，多元化，价格更低，数据更快更可靠[15]。现在的数据采集功能简单，无数据库管理功能，只能进行简单的电梯运行状态监控、无维保质量管理监控功能，不能进行电梯故障的早期预警并且系统兼容性差只能针对少数梯种进行布控，且不能精确地对电梯故障进行分析、判断，无法准确给出电梯具体故障部位[16]。因此电梯远程监控数据采集系统还有很大的发展空间。

1.5本文的主要工作

本文通过STM32F107VCT6自带的电位器仿真模拟电梯的故障信号，电位器的可调电压为0-3.3V，不同的电压值对应以下不同的故障，且每次只对其中一种故障信号进行仿真测试， A/D采样器采集得到某个电压值，此电压值用来模拟电梯故障信号，当所得的电压值等于相应的电压值时，则表明出现了相应的故障，并通过串口1打印发生故障

3

第一章绪论

的类型，同时通过串口2进行相应的处理。本设计基于Cortex-M3内核，编写嵌入式软件系统，实现如下功能。

本检测系统硬件上可以检测到的故障有： 1）电梯超载故障（1.41V） 2) 电梯冲顶故障（1.51V） 3) 电梯蹲底故障（1.61V） 4) 电梯运行中开门故障（1.71V） 5) 电梯困人故障（1.81V）

当产生括号里标注的电压时，则表明产生了括号前的故障。

软件上实现功能有：

1）输入信号的采集，包括：模拟电压AI和经由RS-485传输过来的故障代码数字信号量

2）判断系统的故障类型并进行信息识别 3）编码发送

4）读取运程控制命令并进行参数设定

4

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3.2.3 RS485通讯子程序

RS485通讯子程序流程图如图3-5，系统进入RS485通讯子程序后，先检测是否接收到字符到MAX，没有则继续检测，接收到的话则填充IP地址并发送字符，然后清空接收器，延时一段时间后接收数据，接着继续发送电梯查询命令，延时后检查发送的字符串。

开始N接收字符到MAXY填充IP地址并发送字符清空接收器延时接收数据发送查询命令延时检查发送的字符串结束

图3-5 RS485通讯子程序

其主要程序代码和注释如下：

if(RX485Num==RX485MAX) //接收字符达到MAX {

//接收字符处理，填充IP发送字符

sprintf((char*)TXIPBuf,\ef123456789abcdef\\n\\r\

//清接收缓冲 RX485Num=0; RX485Buf[0]=0x00;

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第三章 电梯远程监控系统数据采集器的软件设计

}

/*定时到，重新发送查询命令*/ //生成下一个查询电梯命令

STM_EVAL_LEDOff(LED4); //485发送选择,只有在接收满后才发送 Delay(1);

TX485Buf[0]=0xD0;

TX485Buf[1]=0x01; TX485Buf[2]=0x01; TX485Buf[3]=0x01;

TX485Buf[4]=TX485Buf[0]+TX485Buf[1]+TX485Buf[2]+TX485Buf[3]; //发送电梯查询命令

USART2_Put_String(TX485Buf);

Delay(4);

STM_EVAL_LEDOn(LED4);//485接收选择，通常处于接收状态 printf(TXIPBuf);//检查发送的字符串 }

3.2.4 网口通讯子程序

系统配置好自身的IP地址后，连接网络服务器，连接成功的话则每隔一段时间发送电梯信息，返回网络通讯信息，通讯成功后继续操作。通讯不成功则重新建立连接。

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开始数据采集器IP地址配置N连接网络服务器连接成功？Y发送电梯信息结束

图3-6 网口通讯子程序

其主要程序代码和注释如下： if(ClientOk) {

char iptxt[10];

enum tcp_state s=CLOSED; enum tcp_state s1=SYN_SENT;

printf(\ sprintf((char*)iptxt,\ printf(TXIPBuf);//检查发送的字符 //确定是否要重新连接

if ((pcb->state==s)|(pcb->state==s1))//如果TCP连接关闭或者发送状态，创建

新的连接 {

IP4_ADDR(&addr ,SeverIPAddr1,SeverIPAddr2,SeverIPAddr3,SeverIPAddr4);

/* Create a new TCP control block */ pcb = tcp_new();

tcp_bind(pcb, IP_ADDR_ANY, 23); tcp_connect(pcb, &addr, 23, ERR_OK);

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第三章 电梯远程监控系统数据采集器的软件设计

}

else//发送测试字符，确定连接是否成功 {

if(tcp_write(pcb, iptxt, strlen(iptxt), 1)==ERR_OK)

{

ConnectOk=1; ClientOk=0; }

else

{

ClientOk=1; ConnectOk=0; }

} }

if(ConnectOk)//连接成功 {

sprintf((char*)TXIPBuf,\cdef123456789abcdef\\n\\r\

rintf(TXIPBuf);//检查发送的字符串 SART2_Put_String(TXIPBuf);

if(tcp_write(pcb, TXIPBuf, strlen(TXIPBuf), 1)==ERR_OK)

{

ConnectOk=1; ClientOk=0; }

else

{

ConnectOk=0; ClientOk=1;

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}

} }

3.2.5 I/O数据采集子程序

IO模块定时查询端口数据，获得电梯运行信息和判断电梯故障信息，经过模数转换器将获得的模拟量转换成数字量，再将数据传递至CPU处理，生成发送IP数据包。

开始启动A/D转换器N读取模拟量值读取数字量值生成发送IP的数据包转换结束Y结束

图3-7 I/O数据采集子程序

其主要程序代码和注释如下： 1）打开A/D转换器 void ADC_Configuration(void) {

ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //独立的转换模式 ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE; //开启扫描模式 ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;//开启连续转换模式 ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;

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第三章 电梯远程监控系统数据采集器的软件设计

//ADC外部开关，关闭状态

ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //对齐方式,ADC为12位中，右对齐方式

ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; //开启通道数，1个 ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_10,1,ADC_SampleTime_13Cycles5);

ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);

//ADC命令，使能

ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//ADC命令，使能

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); //开启ADC1 }

2）数据采集程序 void ADRead(void) {

u16 ADCConvertedValueLocal, Precent = 0, Voltage = 0; ADCConvertedValueLocal = ADCConvertedValue;

Precent = (ADCConvertedValueLocal*100/0x1000); //算出百分比 Voltage = Precent*33; // 3.3V的电平，计算等效电平

printf(\oltage is %d.%d%dV\ ADCConvertedValueLocal,Precent,Voltage/1000,(Voltage00)/100,(Voltage0)/10);

printf(\当前AD转换结果为：0x%X, 百分比为：%d%%，电压值：%d.%d%dV.\\n\\r\oltage/1000,(Voltage00)/100, (Voltage0)/10); }

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第四章 系统调试

4.1系统调试方案设计

4.1.1 IAR编译环境设置

右击工程，选择Options，进入Options for node “Project”窗口 1）General Options的配置：

在Target 选项卡中，根据具体的硬件，从菜单中选择正确的MCU (例如ST STM32F10xxC)，字节存储模式为Little，输出文件为可执行，库函数类型选择为全部类型，方便调试。

图4-1 芯片的选择

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第四章 系统调试

图4-2 输出文件类型选择

图4-2 库函数类型选择

2）C/C++ Compiler配置：

从Category列表中选择C/C++ Compiler。在Language 选项卡中，选择所需要使用的编程语言。你也可以指定使用strict ISO/ANSI 编程语言，或者允许IAR的扩展关键字（例如__irq， __ramfunc， 等等），选择无符号字符型。

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图4-3 语言配置

3）Linker配置：

从Category列表中选择Linker。在Config选项卡中，你可以指定linker配置文件的路径和名字，也可以定义符号。 Linker配置文件用来指定在memory中代码和数据的位置和大小。你也可以使用复选框Override default来覆盖默认的Linker配置文件，同时指定你自己的配置文件。

图4-4 linker配置文件的路径和名字

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第四章 系统调试

4）Debugger配置：

在Setup中选中J-Link/J-Trace仿真器，Run to复选框用来指定C-SPY调试器运行之后停止的位置，默认的位置是main()函数。

图4-5 仿真器的选择

4.1.2 IAR工程的建立过程

第一步： 文件准备

在保存文件夹（如STM3210C-EVAL）中新建link, setup, project,library,include等文件夹，用于存放所需文件。

stm32f10x_flash.icf,stm32f10x_flash_extsram.icf,stm32f10x_nor.icf, stm32f10x_ram.icf, 四个镜像文件拷到link里，将cortexm3_macro.s, stm32f10x_vector.c拷到setup里，将固件库FWLIB中的library文件夹拷到STM3210C-EVAL文件夹中，将main.c等自己写的或修改的.c拷到project中，将自己写的或修改的.h拷到include文件夹中。

第二步 ： 新建IAR工程 启动IAR EWARM 5.40 点project----create New Project

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图4-6 新建项目

选择 Create New Project 后弹出一个如下窗口，在窗口中的下拉菜单中选择ARM ，在project templates 中选在 Empty Project ，然后点击OK。保存工程、工作空间到project文件夹中。

第三步 : 为工程添加分组及文件 在工程下添加

group: EWARMv5, FWLib,CMSIS,efsl,ETHLib,Lwip，

STM32_EVAL,User,Output. 其中向EWARMv5添加stm32f10x_vector.c， 向FWlib中添加所需的library\\src里的.c文件（若全添加，而修改的stm32f10x_config.h没有全定义，会报错！！！），向User中添加project中的.c文件，如图4-7所示。

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第四章 系统调试

图4-7 添加分组文件

第四步 ：工程的设置

部分设置已在4.1.1作了说明，这里不再赘叙，工程建立好后对相应的头文件路径进行添加，并对某些关键字进行定义说明。

图4-8 头文件路径的添加和关键字的定义说明

然后点击OK,设置结束。 第五步：编译程序。

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第六步：下载并调试程序。

4.2系统调试与结果

项目建立好，程序编写完成后，点击Project菜单下的Rebuild All，编译结果如下，

图4-9 编译结果

编译无错后，再点击Project菜单下的Download and Debug进行下载调试。 程序下载至开发板后，开发板运行正常，各故障均能正确模拟。模拟所得结果如图4-10和4-11所示。图4-10显示的是所采集到的电压值，图4-11则是运行下段程序后的显示结果。

TX485Buf[0]=0xD0; TX485Buf[1]=0x01; TX485Buf[2]=0x01; TX485Buf[3]=0x01;

TX485Buf[4]=TX485Buf[0]+TX485Buf[1]+TX485Buf[2]+TX485Buf[3];

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第四章 系统调试

图4-10 串口1模拟结果

图4-11 串口2模拟结果

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结语

本毕业论文以城市电梯运行状态得不到有效的实时性监测为背景，主要完成数据采集器的软件部分设计。根据任务书的要求，设计初期绘制了系统的整体框图，设计了各分模块的流程图、并编写了相应的子程序。系统软件编程中先用IAR软件进行了编译，再结合硬件电路在开发板上对程序进行了调试。

本设计中还存在诸多需要改进的地方。在调试过程中应学会使用IAR软件调试的步骤，特别是断点和调试窗口的使用。系统软件设计中，对于程序的编写可以更具模块化，如时钟初始化，外设初始化等。此外要使系统的运行更加稳定，可以在此程序的基础上加入系统平台，在系统平台之上运行此程序，但本论文软件设计中并没实现这一要求，所以还需进一步学习和研究。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nn0v.html