多功能一体化电梯控制系统的设计与实现

韩 媛

（无锡商业职业技术学院 汽车技术学院，江苏 无锡 214153）

传统升降电梯中电梯门的开启和目的楼层的选择都是靠手动操纵完成的，这个操作过程对于一般的用户都可以轻而易举地实现，但是对于货运电梯、医疗电梯的使用者和一些特殊的人群，如盲人、身高不够的小朋友、坐轮椅的残疾人等，操纵起来却非常有难度。另外，一般电梯的升降速度为1.6m/s。若以18层的建筑为例，按层高3.5米来计算，升降电梯从1楼到18楼大概用时40s，用户等乘电梯的时间有点长。

为了解决现有电梯控制系统存在的问题，本文设计出一款集语音、遥控反馈、电梯门感应功能于一体的电梯控制系统。

一、设计目标与方案

（一）设计目标

该电梯控制系统可以实现以下3个目标。

图1 多功能一体化电梯控制系统组成框图

1.自动感应

采用红外线感应技术，用户只需在电梯门前的自动感应区稍做停留，电梯门即可自动打开，无需手动操纵。

2.语音控制

用户进入电梯后，电梯门关闭并自动触发电梯内语音控制系统，语音引导用户选择楼层，系统根据用户语音应答做出判断并执行相应指令，初次使用者也毫无困难。

3.电梯呼叫和电梯到达反馈

增设电梯呼叫功能及电梯到达反馈功能，用户出门乘坐电梯之前，通过家用遥控器一键式操作呼叫电梯，当电梯到达后，遥控器会收到反馈，适时提醒用户，避免用户的漫长等待。

（二）设计方案

为了实现上述3个目标，在电梯原有控制系统基础上增设一套红外感应系统、一套语音控制系统、一套遥控系统。整个控制系统的组成如图1所示。

红外感应系统通过继电器可编程模块与电梯原有电梯门机系统实现无缝对接，语音控制系统通过语音控制模块与电梯原有楼层选择系统实现无缝对接，遥控系统通过继电器与电梯原有升降系统实现无缝对接。

1.红外感应系统

图2 红外感应区示意图

红外感应器安装于电梯上门套正中间位置。一般红外感应器的感应角度范围为140°，一般建筑通道的宽度不会超过2米，如图2所示。根据图2可算出x=2m×tan70°=2.4m，由此可知红外感应区的最大长度为4.8米。一般正常人行走速度为1.2m/s，按这个速度来计算，一个人正常行走通过感应区的时间不会超过：4.8m÷1.2m/s=4s。

图3 红外感应系统工作流程

红外感应系统工作流程如图3所示。路人路过感应区和用户停留在感应区，红外感应器都会接收到信号，信号1和信号2可以通过时间长短来区分[1]。依据以上计算，信号时间超过5s可判定用户停留在感应区是想乘坐电梯的，而信号时间小于5s可判定为路人路过电梯。继电器可编程模块收到信号时长超过5s，继电器闭合，触发电梯门机系统，电梯门打开；继电器可编程模块收到信号时长少于5s，继电器不闭合，无法触发电梯门机系统，电梯门无反应，避免电梯门的无效开启。

2.语音控制系统

当电梯门关上的一瞬间，即可触发语音控制系统，直至接收到2个有效信号或者电梯门合上后超过20s（以先到者为主），语音控制系统停止工作。语音控制系统的工作流程如图4所示。

语音控制系统工作原理如图5所示。（1）信号采集：主要采集电梯里超过一定分贝的各种声音。（2）提取主要特征：将所有采集到的声音信号加以筛选，筛选出含有1楼、2楼、3楼等的语音。（3）与语音库配比（识别）：将筛选出的语音与语音库中贮存的语音配比，找出最匹配的一个语音，该语音即识别结果。（4）决策：根据识别结果，给电梯控制系统下达指令，从而控制电梯去往相应的楼层，同时通过喇叭播放提示语音[2]。

3.遥控及反馈系统

电梯遥控系统工作流程如图6所示。用户出门乘坐电梯之前，通过家用遥控器一键式操作呼叫电梯，电梯遥控模块接收遥控器发送的信号后会自动触发电梯升降系统，当电梯到达后，轿厢检测传感器会将到达信号反馈给遥控器以实现提醒用户的目的。为了防止电梯升降过程中，将到达信号反馈到其余楼层，增设了电梯遥控模块对轿厢检测传感器的激活功能。只有一定时间内（不同楼层可设定不同时间）刚呼叫过的遥控器对应的轿厢检测传感器才会被激活，其他没有呼叫的楼层号对应的轿厢检测传感器处于休眠状态[3]。

图4 语音控制系统工作流程

图6 电梯遥控系统工作流程

二、方案实现

（一）电梯门开闭系统

电梯门开闭系统的电路如图7所示，其功能主要通过单片机编程实现。以2楼电梯门为例，当检测到2楼顶限位开关闭合时，即可判断电梯已到达2楼，此时给2楼电机一个信号，让其正转，由此带动电梯门开启；当电梯门打开到最大位置时，开门位置开关断开，单片机采集到此信号，给2楼电机反转的信号，带动电梯门关闭；当电梯门闭合时，关门位置开关断开，单片机采集到此信号，给2楼电机停转的信号，由此完成一个电梯门开闭的过程[4]。

（二）语音控制系统

语音控制系统的电路图如图8所示。当电梯门闭合（即图8中1楼或2楼电梯门闭合开关闭合），即可触发语音模块工作。语音模块的功能是：发出提问，当得到用户回答，即可给1楼或2楼的继电器下达指令，让电机正、反转，带动电梯上、下行；如果一定时间内无应答，则语音模块会自动关闭。图9是语音模块的开发界面及相关设置示意图。

（三）遥控系统

遥控系统的电路如图10所示。摁下遥控器，接收器的KD端子即可导通，此时电机运转，带动电梯轿厢上行。当轿厢上行接近2楼时，接近开关闭合，反馈发射回路通电，反馈发射器给遥控器一信号，使得如图11所示反馈系统通电，蜂鸣器开始蜂鸣，LED灯闪烁，达到提醒的目的；当轿厢接着上行到达2楼时，2楼限位开关断开，反馈发射回路断电，图11所示反馈系统断电，蜂鸣器停止鸣叫，LED灯熄灭[5]。

图7 电梯门开闭系统

图8 语音控制系统电路图

三、结论

该多功能一体化电梯控制系统通过在现有升降电梯系统中嵌入红外感应系统、语音系统、遥控及反馈系统，在不影响现有升降电梯功用的前提下，拓展了以下功能：

第一，采用了电梯门红外感应系统和楼层选择语音控制系统，可真正实现电梯的全自动化控制。

第二，该电梯红外感应系统可区分用户是否要乘用电梯，避免了电梯门的无效开启，实现了节能的目的。

第三，语音控制系统的触发方式和其他电梯语音控制系统不同，可实现电梯门关闭即可自动触发该语音控制系统，即使初次乘坐该电梯，用户也可以无忧使用，通用性更强。

第四，通过遥控器远程控制电梯，为用户节省了宝贵的等待时间。

图9 语音模块的开发界面及相关设置

图10 遥控系统

图11 反馈系统

第五，在电梯遥控系统中，增设了电梯到达反馈功能，用户可在家无忧等待。

参考文献：

[1]陈明勇.无线红外感应遥控门铃的研究[J].电子制作，2017（9）:66-67.

[2]苟鹏程，宗群.车载语音识别及控制系统的设计与实现[J].计算机应用与软件，2017（5）:129-134.

[3]甄志鹏.电梯智能控制系统的分析与设计[D].广州：华南理工大学，2013.

[4]陈奇俊，徐开炜，杨奋洁，陆传德，李健荣，李智慧，张霞.红外感应定高节水水龙头设计[J].实验科学与技术，2016（1）:118-120.

[5]付蔚，唐鹏光，李倩.智能家居语音控制系统的设计[J].自动化仪表，2014（1）:46-50.