CN109573770A - 一种基于物联网的电梯运行状态监测*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于物联网的电梯运行状态监测***，利用中央处理装置、湿度传感器、信号处理电路、旋转编码器、红外传感器、图像采集模块、图像处理模块、比对模块、报警器、显示器、远程监测端以及电源模块对电梯运行状态进行监测，湿度传感器设置于电梯轿厢顶端，用于探测电梯顶部的湿度信号，通过联轴器把旋转编码器设置在电机转轴上，用以检测电梯运行速度，红外传感器设置于电梯轿厢内，红外传感器用于探测人体发出的红外线，图像采集模块设置于电梯轿厢内，用于采集电梯轿厢内的图像信息，工作人员能够通过显示器和远程监测端实时获知电梯运行速度、湿度信号、红外线信号以及电梯轿厢内的图像信息。

Description

一种基于物联网的电梯运行状态监测***

技术领域

本发明涉及智能测试领域，尤其涉及一种基于物联网的电梯运行状态监测***。

背景技术

据国家住房和城乡***、质检总局联合发布的《住宅设计规范》（标准号GB50096-2011），七层及七层以上住宅必须设置电梯U1。同时，随着经济的发展，国内很多二至六层的商业建筑也安装了电梯。自上世纪80年代电梯被大规模引入我国，据统计截至2017年底，我国安装的电梯总量己经超过900万部。相关数据显示，我国已经成为世界第一大电梯市场。按照20年的设计寿命计算，早期安装的电梯己经进入老龄化阶段。

电梯事故频频发生，使得电梯的安全运行问题得到了社会的广泛关注。目前国内大部分的电梯仅仅进行定期的检查与维护，只有出了问题才由维修人员上门处理。由于电梯分布区域一般比较广，这种做法的效率并不高。此外，电梯出现事故时，往往由于救助不及时而对被困乘客造成二次伤害。因此，研究如何对电梯实施有效的监控是十分迫切的。

现有的智能基于物联网的电梯运行状态监测***仅通过对电梯的运行速度等电梯运行过程中的参数信息以判断电梯在运行过程中是否发生故障，此类基于物联网的电梯运行状态监测***不仅测试精度不高，且容易发送误判，以至于工作人员不能及时、准确的对电梯进行维修和救援，亟待电梯研发人员开发一种高精度的基于物联网的电梯运行状态监测***。

发明内容

因此，为了解决上述问题，本发明提供一种基于物联网的电梯运行状态监测***，利用中央处理装置、湿度传感器、信号处理电路、旋转编码器、红外传感器、图像采集模块、图像处理模块、比对模块、报警器、显示器、远程监测端以及电源模块对电梯运行状态进行监测，湿度传感器设置于电梯轿厢顶端，用于探测电梯顶部的湿度信号，通过联轴器把旋转编码器设置在电机转轴上，用以检测电梯运行速度，红外传感器设置于电梯轿厢内，红外传感器用于探测人体发出的红外线，图像采集模块设置于电梯轿厢内，用于采集电梯轿厢内的图像信息，工作人员能够通过显示器和远程监测端实时获知电梯运行速度、湿度信号、红外线信号以及电梯轿厢内的图像信息，由此可以全面、准确了解电梯在运行时的状态。

根据本发明的一种基于物联网的电梯运行状态监测***，其包括中央处理装置、湿度传感器、信号处理电路、旋转编码器、红外传感器、图像采集模块、图像处理模块、比对模块、报警器、显示器、远程监测端以及电源模块。

其中，湿度传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路的输出端与中央处理装置的输入端连接，旋转编码器的输出端与中央处理装置的输入端连接，红外传感器的输出端与中央处理装置的输入端连接，图像采集模块的输出端与图像处理模块的输入端连接，图像处理模块的输出端与中央处理装置的输入端连接，显示器的输入端与中央处理装置的输出端连接，比对模块的输入端与中央处理装置的输出端连接，比对模块的输出端与报警器的输入端连接，中央处理装置与远程监测端无线通讯连接。

湿度传感器设置于电梯轿厢顶端，用于探测电梯顶部的湿度信号，通过联轴器把旋转编码器设置在电机转轴上，用以检测电梯运行速度，红外传感器设置于电梯轿厢内，红外传感器用于探测人体发出的红外线，图像采集模块设置于电梯轿厢内，用于采集电梯轿厢内的图像信息，电源模块为基于物联网的电梯运行状态监测***提供电力支持。

优选的是，通过联轴器把旋转编码器设置在电机转轴上，用以检测电梯运行速度，中央处理装置将电梯运行速度传输至比对模块，比对模块将接收到的电梯运行速度与存储于比对模块内的预设速度阈值进行比较，若比对模块接收到的电梯运行速度大于存储于比对模块内的预设速度阈值，则比对模块控制报警器发送报警信息；湿度传感器设置于电梯轿厢顶端，用于探测电梯顶部的湿度信号，并将湿度信号传输至信号处理电路，信号处理电路对接收到的湿度信号依次进行信号放大和信号滤波处理，并将处理后的信号传输至中央处理装置；红外传感器设置于电梯轿厢内，红外传感器用于探测人体发出的红外线，并将检测信号传输至中央处理装置，图像采集模块设置于电梯轿厢内，用于采集电梯轿厢内的图像信息，并将采集到的图像信息传输至图像处理模块，图像处理模块对接收到的图像信息依次进行图像增强、图像锐化、图像平滑以及图像降噪处理，图像处理模块将处理后的图像信息传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的电梯运行速度、湿度信号、红外线信号以及图像信息传输至显示器进行显示，中央处理装置将接收到的电梯运行速度、湿度信号、红外线信号以及图像信息通过天线传输至远程监测端。

优选的是，湿度传感器设置于电梯轿厢顶端，用于探测电梯顶部的湿度信号，将采集的湿度信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路，V1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元，湿度传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置的ADC端口端连接。

优选的是，信号放大单元包括集成运放A1-A3、电阻R1-R14、电容C1-C5以及三极管T1-T4；

其中，湿度传感器的输出端与三极管T1的基极连接，电容C1的一端接地，电容C1的另一端与电阻R1的一端连接，湿度传感器的输出端还与电阻R1的另一端连接，电阻R2的一端与电容C2的一端连接，电阻R2的另一端与电阻R1的一端连接，电容C2的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R2的一端还与集成运放A2的反相输入端连接，电容C2的另一端还与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与三极管T2的基极连接，电容C3的一端接地，电容C3的另一端与三级管T2的基极连接，电阻R4的一端与-15V电源连接，电阻R4的另一端与三极管T2的发射极连接，电阻R5的一端与三极管T1的集电极连接，电阻R5的另一端与三极管T1的发射极连接，三极管T1的发射极与+15V电源连接，三极管T1的集电极与集成运放A1的同相输入端连接，集成运放A1的反相输入端接地，三极管T2的集电极与集成运放A1的同相输入端连接，电阻R6的一端与电阻R4的一端连接，电阻R6的另一端与三极管T2的集电极连接，电阻R7的一端与电阻R4的一端连接，电阻R7的另一端与三极管T4的发射极连接，电阻R8的一端与三极管T3的发射极连接，电阻R8的另一端与三极管T1的发射极连接，三极管T3的基极与电阻R5的一端连接，三极管T4的基极与电阻R6的另一端连接，集成运放A1的输出端与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与集成运放A3的输出端连接，电容C4的一端接地，电容C4的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R10的一端与三极管T4的集电极连接，电阻R10的另一端与集成运放A3的同相输入端连接，集成运放A3的反相输入端接地，电容C5的一端接地，电容C5的另一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R11的一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R12的一端接地，电阻R11的另一端与电阻R12的另一端连接，电阻R12的另一端与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R14的一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R14的另一端与信号滤波单元的输入端连接。

优选的是，信号滤波单元包括电阻R15-R21、电容C6-C7以及集成运放A4-A6；

其中，信号放大单元的输出端与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与电阻R17的一端并联后与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R17的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R16的一端接地，电阻R16的另一端与电阻R21并联后与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R21的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R17的另一端与集成运放A4的输出端并联后与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端与电容C6的一端并联后与集成运放A5的反相输入端连接，电容C6的另一端与集成运放A5的输出端并联后与电阻R19的一端连接，集成运放A5的同相输入端接地，电阻R19的另一端与电容C7的一端并联后与集成运放A6的反相输入端连接，集成运放A6的同相输入端接地，电容C7的另一端与集成运放A6的输出端连接，电阻R20的一端与集成运放A4的反相输入端连接，电阻R20的另一端与集成运放A6的输出端连接，电阻R21的一端与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R21的另一端与集成运放A5的输出端连接，集成运放A6的输出端与中央处理装置的ADC端口连接，信号处理单元将处理后的电压信号V1传输至中央处理装置的ADC端口。

优选的是，图像处理模块包括图像增强单元、图像锐化单元、图像平滑单元以及图像降噪单元。

其中，图像采集模块用于采集电梯轿厢内的图像信息，图像采集模块的输出端与图像增强单元的输入端连接，图像增强单元的输出端与图像锐化单元的输入端连接，图像锐化单元的输出端与图像平滑单元的输入端连接，图像平滑单元的输出端与图像降噪单元的输入端连接，图像降噪单元的输出端与中央处理装置的输入端连接。

优选的是，将图像采集模块传输至图像处理模块的图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，图像增强单元对图像f(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像增强处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中

。

优选的是，图像锐化单元对图像g(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，

。

优选的是，图像平滑单元对图像h(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像二维函数为d(x,y)，平滑函数为q(x,y)，其中，

；

；

其中，﹡为卷积符号，为自定义可调常数，平滑的作用是通过来控制的。

优选的是，图像降噪单元对图像d(x,y)进行图像降噪处理，经过图像降噪处理后的图像二维函数为s(x,y)，

；

图像降噪单元将图像s(x,y)传输至中央处理装置。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明提供的基于物联网的电梯运行状态监测***，利用中央处理装置、湿度传感器、信号处理电路、旋转编码器、红外传感器、图像采集模块、图像处理模块、比对模块、报警器、显示器、远程监测端以及电源模块对电梯运行状态进行监测，湿度传感器设置于电梯轿厢顶端，用于探测电梯顶部的湿度信号，通过联轴器把旋转编码器设置在电机转轴上，用以检测电梯运行速度，红外传感器设置于电梯轿厢内，红外传感器用于探测人体发出的红外线，图像采集模块设置于电梯轿厢内，用于采集电梯轿厢内的图像信息，工作人员能够通过显示器和远程监测端实时获知电梯运行速度、湿度信号、红外线信号以及电梯轿厢内的图像信息，由此可以全面、准确了解电梯在运行时的状态。

（2）本发明提供的基于物联网的电梯运行状态监测***，图像处理模块对采集的图像依次进行图像增强、图像锐化、图像平滑、图像降噪处理，可高效、快速的提取图像采集模块的图像信息，可提高对电梯轿厢内图像的辨识精度，有效地减少误判情况发生。

（3）由于湿度传感器采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大单元通过集成运放A1-A3、电阻R1-R14、电容C1-C5以及三极管T1-T4对湿度传感器输出的电压V0进行放大处理，由集成运放A1-A3、电阻R1-R14、电容C1-C5以及三极管T1-T4构成的信号放大单元只有0.2μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内20nV的噪声。其中，信号滤波单元使用电阻R15-R21、电容C6-C7以及集成运放A4-A6对经过放大后的电压信号进行低通滤波处理，从而提高了湿度检测的精度。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的基于物联网的电梯运行状态监测***的示意图；

图2为本发明的信号处理电路的电路图；

图3为本发明的图像处理模块的示意图。

附图标记：

1-中央处理装置；2-湿度传感器；3-信号处理电路；4-旋转编码器；5-红外传感器；6-图像采集模块；7-图像处理模块；8-比对模块；9-报警器；10-显示器；11-远程监测端；12-电源模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的基于物联网的电梯运行状态监测***进行详细说明。

如图1所示，基于物联网的电梯运行状态监测***包括中央处理装置1、湿度传感器2、信号处理电路3、旋转编码器4、红外传感器5、图像采集模块6、图像处理模块7、比对模块8、报警器9、显示器10、远程监测端11以及电源模块12。

其中，湿度传感器2的输出端与信号处理电路3的输入端连接，信号处理电路3的输出端与中央处理装置1的输入端连接，旋转编码器4的输出端与中央处理装置1的输入端连接，红外传感器5的输出端与中央处理装置1的输入端连接，图像采集模块6的输出端与图像处理模块7的输入端连接，图像处理模块7的输出端与中央处理装置1的输入端连接，显示器10的输入端与中央处理装置1的输出端连接，比对模块8的输入端与中央处理装置1的输出端连接，比对模块8的输出端与报警器9的输入端连接，中央处理装置1与远程监测端11无线通讯连接。

湿度传感器2设置于电梯轿厢顶端，用于探测电梯顶部的湿度信号，通过联轴器把旋转编码器4设置在电机转轴上，用以检测电梯运行速度，红外传感器5设置于电梯轿厢内，红外传感器5用于探测人体发出的红外线，图像采集模块6设置于电梯轿厢内，用于采集电梯轿厢内的图像信息，电源模块12为基于物联网的电梯运行状态监测***提供电力支持。

上述实施方式中，本发明提供的基于物联网的电梯运行状态监测***，利用中央处理装置1、湿度传感器2、信号处理电路3、旋转编码器4、红外传感器5、图像采集模块6、图像处理模块7、比对模块8、报警器9、显示器10、远程监测端11以及电源模块12对电梯运行状态进行监测，湿度传感器2设置于电梯轿厢顶端，用于探测电梯顶部的湿度信号，通过联轴器把旋转编码器4设置在电机转轴上，用以检测电梯运行速度，红外传感器设置于电梯轿厢内，红外传感器5用于探测人体发出的红外线，图像采集模块设置于电梯轿厢内，用于采集电梯轿厢内的图像信息，工作人员能够通过显示器10和远程监测端11实时获知电梯运行速度、湿度信号、红外线信号以及电梯轿厢内的图像信息，由此可以全面、准确了解电梯在运行时的状态。

远程监测端11可以为工作人员随身携带的手机等移动通讯设备。

对电梯的速度测试中，电梯速度测试模块主要由步进电机模块和旋转编码器4组成，步进电机驱动电梯运行，旋转编码器4用来测量电梯运行速度，旋转编码器主要由光栅、光源、检读器、信号转换电路、机械传动等部分组成。当旋转编码器4轴带动光栅盘旋转时，经发光元件发出的光被光栅盘狭缝切割成断续光线，并被接收元件接收产生初始信号。该信号经后继电路处理后将位移转换成周期性的电信号， 再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。旋转编码器4以转动时输出脉冲， 通过计数设备来获知其位置， 当编码器不动或停电时， 依靠计数设备的内部记忆来记住位置。***收到电信号后， 通过对脉冲信号的统计，计算出对应的电机运行角速度，再根据角量与线量的关系，分别计算出电梯运行的实时速度以及加速度，从而实现对电梯信息的收集。

电梯是否关人决定了电梯发生故障时的严重程度，因此需要进行人体探测。由于人的体温一般在37度左右，这样人体会发出波长在10微米左右的红外线。可以通过红外传感器探测红外线，以此来检测人体。

红外传感器具体为被动式热释电红外传感器。

热释电红外传感器主要由高热电系数的错钦酸铅系陶瓷，以及钮酸铿、硫酸三甘钦等，加上滤光镜片窗口组成。它能以非接触的方式检测出物体放射出来的红外线，并同时将其转换成电信号输出。

热释电红外传感器的前方还需要一个光学透镜（也称菲涅尔透镜）来将红外线进行聚焦。测试表明，传感器不加菲涅尔透镜，其检测距离小于2m，而加上光学透镜后，其检测距离可大于6m。

被动式热释电红外传感器具体型号为RE200B热释电红外传感器。

RE200B热释电红外传感器在静态时输出端输出低电平，当检测有到人体活动时，输出端输出高电平，并能保持一段时间。

具体地，通过联轴器把旋转编码器4设置在电机转轴上，用以检测电梯运行速度，中央处理装置1将电梯运行速度传输至比对模块8，比对模块8将接收到的电梯运行速度与存储于比对模块8内的预设速度阈值进行比较，若比对模块8接收到的电梯运行速度大于存储于比对模块8内的预设速度阈值，则比对模块8控制报警器9发送报警信息；湿度传感器2设置于电梯轿厢顶端，用于探测电梯顶部的湿度信号，并将湿度信号传输至信号处理电路3，信号处理电路3对接收到的湿度信号依次进行信号放大和信号滤波处理，并将处理后的信号传输至中央处理装置1；红外传感器5设置于电梯轿厢内，红外传感器5用于探测人体发出的红外线，并将检测信号传输至中央处理装置1，图像采集模块6设置于电梯轿厢内，用于采集电梯轿厢内的图像信息，并将采集到的图像信息传输至图像处理模块7，图像处理模块7对接收到的图像信息依次进行图像增强、图像锐化、图像平滑以及图像降噪处理，图像处理模块7将处理后的图像信息传输至中央处理装置1，中央处理装置1将接收到的电梯运行速度、湿度信号、红外线信号以及图像信息传输至显示器10进行显示，中央处理装置1将接收到的电梯运行速度、湿度信号、红外线信号以及图像信息通过天线传输至远程监测端11。

如图2所示，湿度传感器2设置于电梯轿厢顶端，用于探测电梯顶部的湿度信号，将采集的湿度信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路3，V1为经过信号处理电路3处理后的电压信号，信号处理电路3包括信号放大单元和信号滤波单元，湿度传感器2的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置1的ADC端口端连接。

具体地，信号放大单元包括集成运放A1-A3、电阻R1-R14、电容C1-C5以及三极管T1-T4。

其中，湿度传感器2的输出端与三极管T1的基极连接，电容C1的一端接地，电容C1的另一端与电阻R1的一端连接，湿度传感器2的输出端还与电阻R1的另一端连接，电阻R2的一端与电容C2的一端连接，电阻R2的另一端与电阻R1的一端连接，电容C2的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R2的一端还与集成运放A2的反相输入端连接，电容C2的另一端还与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与三极管T2的基极连接，电容C3的一端接地，电容C3的另一端与三级管T2的基极连接，电阻R4的一端与-15V电源连接，电阻R4的另一端与三极管T2的发射极连接，电阻R5的一端与三极管T1的集电极连接，电阻R5的另一端与三极管T1的发射极连接，三极管T1的发射极与+15V电源连接，三极管T1的集电极与集成运放A1的同相输入端连接，集成运放A1的反相输入端接地，三极管T2的集电极与集成运放A1的同相输入端连接，电阻R6的一端与电阻R4的一端连接，电阻R6的另一端与三极管T2的集电极连接，电阻R7的一端与电阻R4的一端连接，电阻R7的另一端与三极管T4的发射极连接，电阻R8的一端与三极管T3的发射极连接，电阻R8的另一端与三极管T1的发射极连接，三极管T3的基极与电阻R5的一端连接，三极管T4的基极与电阻R6的另一端连接，集成运放A1的输出端与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与集成运放A3的输出端连接，电容C4的一端接地，电容C4的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R10的一端与三极管T4的集电极连接，电阻R10的另一端与集成运放A3的同相输入端连接，集成运放A3的反相输入端接地，电容C5的一端接地，电容C5的另一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R11的一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R12的一端接地，电阻R11的另一端与电阻R12的另一端连接，电阻R12的另一端与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R14的一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R14的另一端与信号滤波单元的输入端连接。

具体地，信号滤波单元包括电阻R15-R21、电容C6-C7以及集成运放A4-A6。

其中，信号放大单元的输出端与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与电阻R17的一端并联后与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R17的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R16的一端接地，电阻R16的另一端与电阻R21并联后与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R21的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R17的另一端与集成运放A4的输出端并联后与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端与电容C6的一端并联后与集成运放A5的反相输入端连接，电容C6的另一端与集成运放A5的输出端并联后与电阻R19的一端连接，集成运放A5的同相输入端接地，电阻R19的另一端与电容C7的一端并联后与集成运放A6的反相输入端连接，集成运放A6的同相输入端接地，电容C7的另一端与集成运放A6的输出端连接，电阻R20的一端与集成运放A4的反相输入端连接，电阻R20的另一端与集成运放A6的输出端连接，电阻R21的一端与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R21的另一端与集成运放A5的输出端连接，集成运放A6的输出端与中央处理装置1的ADC端口连接，信号处理单元将处理后的电压信号V1传输至中央处理装置1的ADC端口。

上述实施方式中，上述实施方式中，信号处理电路3的噪声在20nV以内，漂移为0.2μV/℃，集成运放A1和A3为LT1010低漂移放大器，集成运放A2为LTC1150低漂移放大器，集成运放A4、A5和A6均为LT1097运放，由于集成运放A1-A3的直流偏移与漂移并不会影响电路的整体偏移，从而使得电路有着极低的偏移和漂移。

信号放大单元有超过20MHz的小信号带宽，电阻R12和电阻R13的反馈分压馈送到集成运放A2，分压比与电路的增益比例相等，在本实施例中为10。

信号放大单元中，当增益在1-20之间时，小信号带宽超过20MHz，信号放大单元中的环路相当稳定，并且集成运放A3同相输入端的电容C4在较宽增益范围内提供了较好的阻尼。

在信号处理电路中，电阻R1的阻值为10MΩ，电阻R2的阻值为1KΩ，电阻R3的阻值为10KΩ，电阻R4为阻值为330Ω，电阻R5的阻值为33Ω，R6的阻值为33Ω，电阻R7的阻值为68Ω，电阻R8的阻值为68Ω，电阻R9的阻值为470Ω，电阻R10的阻值为1KΩ，电阻R11的阻值为10MΩ，电阻R12的阻值为1KΩ，电阻R13的阻值为9KΩ，电阻R14的阻值为5.1KΩ，电阻R15的阻值为1.7KΩ，电阻R16的阻值为4.7KΩ，电阻R17的阻值为10KΩ，电阻R18的阻值为5KΩ，电阻R19的阻值为1KΩ，电阻R20的阻值为5KΩ，电阻R21的阻值为5KΩ，电阻R22的阻值为1KΩ，C1的电容值为10pF, C2的电容值为50pF，C3的电容值为10pF，C4的电容值为10pF，C5的电容值为60pF,C6的电容值为390pF，电容C7的电容值为470pF，三极管T1和T2的型号为2N3904，三极管T3和T4的型号为2N2219。

由于湿度传感器2采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大单元通过集成运放A1-A3、电阻R1-R14、电容C1-C5以及三极管T1-T4对湿度传感器2输出的电压V0进行放大处理，由集成运放A1-A3、电阻R1-R14、电容C1-C5以及三极管T1-T4构成的信号放大单元只有0.2μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内20nV的噪声。其中，信号滤波单元使用电阻R15-R21、电容C6-C7以及集成运放A4-A6对经过放大后的电压信号进行低通滤波处理，从而提高了湿度检测的精度。

如图3所示，图像处理模块7包括图像增强单元、图像锐化单元、图像平滑单元以及图像降噪单元。

其中，图像采集模块6用于采集电梯轿厢内的图像信息，图像采集模块6的输出端与图像增强单元的输入端连接，图像增强单元的输出端与图像锐化单元的输入端连接，图像锐化单元的输出端与图像平滑单元的输入端连接，图像平滑单元的输出端与图像降噪单元的输入端连接，图像降噪单元的输出端与中央处理装置1的输入端连接。

上述实施方式中，图像处理模块7对采集的图像依次进行图像增强、图像锐化、图像平滑、图像降噪处理，可高效、快速的提取图像采集模块6的图像信息，可提高对电梯轿厢内图像的辨识精度，有效地减少误判情况发生。

在本发明提供的基于物联网的电梯运行状态监测***在运行时，工作人员通过显示器10和远程监测端11实时获知电梯运行速度、湿度信号、红外线信号以及电梯轿厢内的图像信息，以对的电梯运行状态进行实时了解，在发生故障时能及时了解现场环境，以提高现场进行处理/排障效率。

具体地，将图像采集模块6传输至图像处理模块7的图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，图像增强单元对图像f(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像增强处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中

。

上述实施方式中，图象增强单元的目的是为了改进图像采集模块6采集的图像的质量，除去图象中的噪声，使边缘清晰，提高图象的可判读性。

具体地，图像锐化单元对图像g(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，

。

上述实施方式中，图像锐化单元补偿经过图像增强处理后的图像的轮廓，增强图像的边缘及灰度跳变的部分，使图像变得更加清晰。

具体地，图像平滑单元对图像h(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像二维函数为d(x,y)，平滑函数为q(x,y)，其中，

；

；

其中，﹡为卷积符号，为自定义可调常数，平滑的作用是通过来控制的。

上述实施方式中，图像平滑单元将经过图像锐化处理后的图像亮度进行平缓渐变，减小突变梯度，从而改善图像质量。

具体地，图像降噪单元对图像d(x,y)进行图像降噪处理，经过图像降噪处理后的图像二维函数为s(x,y)，

；

上述实施方式中，图象增强单元的目的是为了改进图像采集模块6采集的图像的质量，除去图象中的噪声，使边缘清晰，提高图象的可判读性。

图像降噪单元将图像s(x,y)传输至中央处理装置1。

在本实施例中，本发明提供的基于物联网的电梯运行状态监测***基于CC2430芯片，它结合一个高性能2.4GHzDSSS（直接序列扩频）射频收发器核心和128K的flash存储，本***将湿度传感器2、旋转编码器4和红外传感器5都连接到CC2430芯片上（其中，湿度传感器2通过信号处理电路3连接到CC2430芯片上），使得传感器节点具有多种变量的功能，可以同时采样多种传感数据，并发送。

CC2430芯片还包括一扩展端口，方便增加所需的其他传感器。

例如能够增加二氧化碳传感器，并将二氧化碳传感器设置于轿厢内，二氧化碳传感器的输出端与中央处理装置1的输入端连接，二氧化碳传感器用于监测轿厢内的二氧化碳浓度信息，又如，能够增加电压传感器，电压传感器用于检测电梯在运行时的电压信息，电压传感器的输出端与中央处理装置1的输入端连接，还能够增加电流传感器等测试电梯运行状态的传感器。

CC2430芯片还包括一USB接口，Zigbee协议栈通过该USB接口烧录到CC2430芯片的flash存储后，复位芯片，CC2430芯片开始运行Zigbee协议栈，协议栈首先使节点参与整个网络的建立与配置，CC2430芯片然后读入传感器的测量值，并将数据传输至射频模块，在通过天线发送至远程监测端11，具体地，数据通过多跳的网络传输到协调器，协调器最终将数据传输至远程监测端11。

在本发明提供的基于物联网的电梯运行状态监测***在运行时，工作人员通过显示器10和远程监测端11实时获知电梯运行速度、湿度信号、红外线信号以及电梯轿厢内的图像信息，以对的电梯运行状态进行实时了解，在发生故障时能及时了解现场环境，以提高现场进行处理/排障效率。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于物联网的电梯运行状态监测***，其特征在于，所述基于物联网的电梯运行状态监测***包括中央处理装置（1）、湿度传感器（2）、信号处理电路（3）、旋转编码器（4）、红外传感器（5）、图像采集模块（6）、图像处理模块（7）、比对模块（8）、报警器（9）、显示器（10）、远程监测端（11）以及电源模块（12）；

其中，所述湿度传感器（2）的输出端与所述信号处理电路（3）的输入端连接，所述信号处理电路（3）的输出端与所述中央处理装置（1）的输入端连接，所述旋转编码器（4）的输出端与所述中央处理装置（1）的输入端连接，所述红外传感器（5）的输出端与所述中央处理装置（1）的输入端连接，所述图像采集模块（6）的输出端与所述图像处理模块（7）的输入端连接，所述图像处理模块（7）的输出端与所述中央处理装置（1）的输入端连接，所述显示器（10）的输入端与所述中央处理装置（1）的输出端连接，所述比对模块（8）的输入端与所述中央处理装置（1）的输出端连接，所述比对模块（8）的输出端与所述报警器（9）的输入端连接，所述中央处理装置（1）与所述远程监测端（11）无线通讯连接；

所述湿度传感器（2）设置于电梯轿厢顶端，用于探测电梯顶部的湿度信号，通过联轴器把所述旋转编码器（4）设置在电机转轴上，用以检测电梯运行速度，所述红外传感器（5）设置于电梯轿厢内，所述红外传感器（5）用于探测人体发出的红外线，所述图像采集模块（6）设置于电梯轿厢内，用于采集电梯轿厢内的图像信息，所述电源模块（12）为所述基于物联网的电梯运行状态监测***提供电力支持。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的电梯运行状态监测***，其特征在于，通过联轴器把所述旋转编码器（4）设置在电机转轴上，用以检测电梯运行速度，所述中央处理装置（1）将电梯运行速度传输至所述比对模块（8），所述比对模块（8）将接收到的电梯运行速度与存储于所述比对模块（8）内的预设速度阈值进行比较，若所述比对模块（8）接收到的电梯运行速度大于存储于所述比对模块（8）内的预设速度阈值，则所述比对模块（8）控制所述报警器（9）发送报警信息；所述湿度传感器（2）设置于电梯轿厢顶端，用于探测电梯顶部的湿度信号，并将湿度信号传输至所述信号处理电路（3），所述信号处理电路（3）对接收到的湿度信号依次进行信号放大和信号滤波处理，并将处理后的信号传输至所述中央处理装置（1）；所述红外传感器（5）设置于电梯轿厢内，所述红外传感器（5）用于探测人体发出的红外线，并将检测信号传输至所述中央处理装置（1），所述图像采集模块（6）设置于电梯轿厢内，用于采集电梯轿厢内的图像信息，并将采集到的图像信息传输至所述图像处理模块（7），所述图像处理模块（7）对接收到的图像信息依次进行图像增强、图像锐化、图像平滑以及图像降噪处理，所述图像处理模块（7）将处理后的图像信息传输至所述中央处理装置（1），所述中央处理装置（1）将接收到的电梯运行速度、湿度信号、红外线信号以及图像信息传输至所述显示器（10）进行显示，所述中央处理装置（1）将接收到的电梯运行速度、湿度信号、红外线信号以及图像信息通过天线传输至所述远程监测端（11）。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的电梯运行状态监测***，其特征在于，所述湿度传感器（2）设置于电梯轿厢顶端，用于探测电梯顶部的湿度信号，将采集的湿度信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至所述信号处理电路（3），V1为经过所述信号处理电路（3）处理后的电压信号，所述信号处理电路（3）包括信号放大单元和信号滤波单元，所述湿度传感器（2）的输出端与所述信号放大单元的输入端连接，所述信号放大单元的输出端与所述信号滤波单元的输入端连接，所述信号滤波单元的输出端与所述中央处理装置（1）的ADC端口端连接。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的电梯运行状态监测***，其特征在于，所述信号放大单元包括集成运放A1-A3、电阻R1-R14、电容C1-C5以及三极管T1-T4；

其中，所述湿度传感器（2）的输出端与三极管T1的基极连接，电容C1的一端接地，电容C1的另一端与电阻R1的一端连接，所述湿度传感器（2）的输出端还与电阻R1的另一端连接，电阻R2的一端与电容C2的一端连接，电阻R2的另一端与电阻R1的一端连接，电容C2的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R2的一端还与集成运放A2的反相输入端连接，电容C2的另一端还与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与三极管T2的基极连接，电容C3的一端接地，电容C3的另一端与三级管T2的基极连接，电阻R4的一端与-15V电源连接，电阻R4的另一端与三极管T2的发射极连接，电阻R5的一端与三极管T1的集电极连接，电阻R5的另一端与三极管T1的发射极连接，三极管T1的发射极与+15V电源连接，三极管T1的集电极与集成运放A1的同相输入端连接，集成运放A1的反相输入端接地，三极管T2的集电极与集成运放A1的同相输入端连接，电阻R6的一端与电阻R4的一端连接，电阻R6的另一端与三极管T2的集电极连接，电阻R7的一端与电阻R4的一端连接，电阻R7的另一端与三极管T4的发射极连接，电阻R8的一端与三极管T3的发射极连接，电阻R8的另一端与三极管T1的发射极连接，三极管T3的基极与电阻R5的一端连接，三极管T4的基极与电阻R6的另一端连接，集成运放A1的输出端与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与集成运放A3的输出端连接，电容C4的一端接地，电容C4的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R10的一端与三极管T4的集电极连接，电阻R10的另一端与集成运放A3的同相输入端连接，集成运放A3的反相输入端接地，电容C5的一端接地，电容C5的另一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R11的一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R12的一端接地，电阻R11的另一端与电阻R12的另一端连接，电阻R12的另一端与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R14的一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R14的另一端与所述信号滤波单元的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的基于物联网的电梯运行状态监测***，其特征在于，所述信号滤波单元包括电阻R15-R21、电容C6-C7以及集成运放A4-A6；

其中，所述信号放大单元的输出端与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与电阻R17的一端并联后与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R17的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R16的一端接地，电阻R16的另一端与电阻R21并联后与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R21的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R17的另一端与集成运放A4的输出端并联后与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端与电容C6的一端并联后与集成运放A5的反相输入端连接，电容C6的另一端与集成运放A5的输出端并联后与电阻R19的一端连接，集成运放A5的同相输入端接地，电阻R19的另一端与电容C7的一端并联后与集成运放A6的反相输入端连接，集成运放A6的同相输入端接地，电容C7的另一端与集成运放A6的输出端连接，电阻R20的一端与集成运放A4的反相输入端连接，电阻R20的另一端与集成运放A6的输出端连接，电阻R21的一端与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R21的另一端与集成运放A5的输出端连接，集成运放A6的输出端与所述中央处理装置（1）的ADC端口连接，所述信号处理单元将处理后的电压信号V1传输至所述中央处理装置（1）的ADC端口。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的电梯运行状态监测***，其特征在于，所述图像处理模块（7）包括图像增强单元、图像锐化单元、图像平滑单元以及图像降噪单元；

其中，所述图像采集模块（6）用于采集电梯轿厢内的图像信息，所述图像采集模块（6）的输出端与所述图像增强单元的输入端连接，所述图像增强单元的输出端与所述图像锐化单元的输入端连接，所述图像锐化单元的输出端与所述图像平滑单元的输入端连接，所述图像平滑单元的输出端与所述图像降噪单元的输入端连接，所述图像降噪单元的输出端与所述中央处理装置（1）的输入端连接。

7.根据权利要求6所述的基于物联网的电梯运行状态监测***，其特征在于，将所述图像采集模块（6）传输至所述图像处理模块（7）的图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，所述图像增强单元对图像f(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像增强处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中

。

8.根据权利要求7所述的基于物联网的电梯运行状态监测***，其特征在于，所述图像锐化单元对图像g(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，

。

9.根据权利要求8所述的基于物联网的电梯运行状态监测***，其特征在于，所述图像平滑单元对图像h(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像二维函数为d(x,y)，平滑函数为q(x,y)，其中，

；

；

其中，﹡为卷积符号，为自定义可调常数，平滑的作用是通过来控制的。

10.根据权利要求9所述的基于物联网的电梯运行状态监测***，其特征在于，所述图像降噪单元对图像d(x,y)进行图像降噪处理，经过图像降噪处理后的图像二维函数为s(x,y)，

；

所述图像降噪单元将所述图像s(x,y)传输至所述中央处理装置（1）。