1 引言

2020年新型冠狀病毒肆虐全球，全球已有數(shù)以百萬(wàn)確診病例，對(duì)全球經(jīng)濟(jì)和人類生命安全造成了嚴(yán)重的威脅。新型冠狀病毒主要的傳播途徑是呼吸道飛沫傳播和接觸傳播。電梯作為相對(duì)密閉空間，頻繁的接觸使用導(dǎo)致其成為病毒傳播的重要渠道。為了降低乘梯時(shí)的相互接觸，電梯行業(yè)采用了多種無(wú)接觸乘梯的方案，諸如人臉識(shí)別、語(yǔ)音呼梯、紙巾乘梯、牙簽乘梯、藍(lán)牙感應(yīng)呼梯、感應(yīng)按鈕呼梯等，各個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)并存，如何選擇和設(shè)計(jì)性價(jià)比高、安裝簡(jiǎn)單、使用方便的無(wú)接觸乘梯系統(tǒng)成為急需解決的問(wèn)題，同時(shí)也作為未來(lái)應(yīng)對(duì)類似問(wèn)題的解決方案儲(chǔ)備。

2 無(wú)接觸乘梯方案

按能否獲取電梯控制系統(tǒng)通訊協(xié)議分，無(wú)接觸乘梯方案可分為協(xié)議方案和按鍵方案。所謂的協(xié)議方案是指人機(jī)交互（如手機(jī)App）的命令通過(guò)通訊方式（RS232、RS485、CAN、以太網(wǎng)等）進(jìn)入電梯控制系統(tǒng)，按協(xié)議的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的監(jiān)視和控制功能；按鍵方案是指人機(jī)交互的命令通過(guò)控制轎廂內(nèi)指令按鍵的方法實(shí)現(xiàn)呼梯功能。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)無(wú)接觸手機(jī)呼梯系統(tǒng)是一種基于網(wǎng)絡(luò)通信和移動(dòng)社交平臺(tái)的電梯樓層登記系統(tǒng)。用戶通過(guò)手機(jī)端App或者小程序選擇當(dāng)前電梯和當(dāng)前所在樓層位置、確認(rèn)目標(biāo)樓層,即可實(shí)現(xiàn)手機(jī)呼叫指定電梯操作。用戶全程無(wú)需接觸電梯物理按鈕，通過(guò)手機(jī)實(shí)現(xiàn)乘梯無(wú)接觸登記過(guò)程。本系統(tǒng)支持協(xié)議方案和按鍵方案，由于協(xié)議方案能支持驕內(nèi)和廳外登記，相比按鍵方案的只支持驕內(nèi)呼梯，因此推薦采用協(xié)議方案。

考慮乘客的使用方便，本系統(tǒng)通過(guò)掃描二維碼的方式進(jìn)入乘梯界面，并通過(guò)掃描二維碼方式獲取乘客所在的當(dāng)前樓層，可選擇手動(dòng)輸入或者掃碼方式確定當(dāng)前出發(fā)樓層，再選擇目的樓層之后即完成呼梯過(guò)程，接下來(lái)只需等待電梯控制系統(tǒng)調(diào)度即可。本系統(tǒng)研究樓層自動(dòng)定位功能，通過(guò)智能手機(jī)的海拔傳感器判斷當(dāng)前高度，并結(jié)合電梯井道自學(xué)習(xí)學(xué)到的當(dāng)前位置，判斷出當(dāng)前樓層，從而實(shí)現(xiàn)不用手動(dòng)輸入或者掃描二維碼方式自動(dòng)確定出發(fā)樓層。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1硬件設(shè)計(jì)

無(wú)接觸乘梯系統(tǒng)的核心硬件單元為物聯(lián)網(wǎng)終端，該物聯(lián)網(wǎng)終端支持通過(guò)RS232、RS485、CANBUS方式與電梯控制系統(tǒng)通訊，監(jiān)視電梯狀態(tài)和控制電梯登記；該物聯(lián)網(wǎng)終端支持2G、4G全網(wǎng)通，為電梯與服務(wù)器或App交互提供網(wǎng)絡(luò)鏈路；該終端提供2路IO輸入，用于連接警鈴信號(hào)，支持通過(guò)五方通話信號(hào)獲取警鈴信號(hào)。協(xié)議方案連接方便，電梯控制系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)終端只需通過(guò)通訊線連接后即可實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸乘梯。單梯無(wú)接觸乘梯的硬件接線示意圖如圖1所示。

圖1 單梯協(xié)議方案硬件連接示意圖

圖2 并聯(lián)群控協(xié)議方案硬件連接示意圖

并聯(lián)群控配置下，增加一塊群控調(diào)度單元，如圖2所示，群控調(diào)度單元負(fù)責(zé)接收電梯物聯(lián)網(wǎng)終端的命令，經(jīng)過(guò)樓層判斷邏輯處理后，通過(guò)CANBUS轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的電梯控制系統(tǒng)總線上。該群控調(diào)度單元支持9路CANBUS，1~8路CAN對(duì)應(yīng)連接1~8號(hào)電梯，其中第9路CAN為控制命令下發(fā)通道。

圖3 單梯按鍵方案硬件連接示意圖

按鍵方案的硬件連接示意圖如圖3所示，通過(guò)驕內(nèi)的按鍵控制板控制轎廂操縱面板內(nèi)的內(nèi)選按鍵，從而實(shí)現(xiàn)乘梯功能，物聯(lián)網(wǎng)終端與按鍵控制板通過(guò)井道傳輸單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，可解決井道4G或者2G信號(hào)不佳的問(wèn)題。

3.2 軟件實(shí)現(xiàn)

3.2.1協(xié)議方案軟件設(shè)計(jì)

圖4 單梯配置無(wú)接觸乘梯調(diào)度邏輯流程圖

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的單梯乘梯調(diào)度邏輯如圖4所示。App或者小程序告知物聯(lián)網(wǎng)終端乘客的當(dāng)前樓層和目的樓層，確定需要登記召喚類型。電梯到達(dá)當(dāng)前樓層后，借助內(nèi)指令移入判斷邏輯將目的樓層指令通過(guò)驕內(nèi)指令方式注冊(cè)到系統(tǒng)?？紤]到端站銷號(hào)的現(xiàn)象，通過(guò)周期性跟蹤檢測(cè)當(dāng)前的登記，若登記指令被異常取消，則需執(zhí)行補(bǔ)登記流程，確保目的樓層登記的成功。

并聯(lián)群控配置下的呼梯調(diào)度邏輯為：

（1）手機(jī)App或者小程序先發(fā)送上下召喚登記協(xié)議；

（2）群控調(diào)度單元接收到后通過(guò)第9路CAN通道把外招協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)出去，同時(shí)保存該層已經(jīng)有上或者下召喚；

（3）當(dāng)群控并聯(lián)調(diào)配某臺(tái)電梯到達(dá)該層，停在該層且門鎖斷開(kāi)時(shí)，群控調(diào)度單元向手機(jī)手機(jī)App或者小程序或者小程序推送協(xié)議告知某臺(tái)梯上或者下行到站；

（4）手機(jī)App或者小程序收到某臺(tái)梯到站后，告知用戶，用戶選擇該梯的內(nèi)指令登記，手機(jī)App或者小程序向群控調(diào)度單元推送該梯的內(nèi)指令登記協(xié)議；

（5）群控調(diào)度單元收到手機(jī)App或者小程序某臺(tái)梯的內(nèi)指令時(shí)，通過(guò)對(duì)應(yīng)的該路CAN把內(nèi)指令登記協(xié)議發(fā)送出去。

3.2.2按鍵方案軟件實(shí)現(xiàn)

圖5 按鍵方案無(wú)接觸呼梯軟件流程圖

按鍵方案實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸乘梯的軟件流程圖如圖5所示，考慮到實(shí)際安裝的難度，本方案只實(shí)現(xiàn)對(duì)驕內(nèi)按鍵的控制，通過(guò)控制內(nèi)指令實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸乘梯?？紤]到端站銷號(hào)或雙擊銷號(hào)的現(xiàn)象，通過(guò)周期性跟蹤檢測(cè)當(dāng)前的登記，若登記指令被異常取消，則需執(zhí)行補(bǔ)登記流程，確保當(dāng)前樓層指令和目的樓層登記的成功。由于本方案的信號(hào)相比協(xié)議方案少，需通過(guò)實(shí)現(xiàn)前提：

（1）有下端站樓層校準(zhǔn)開(kāi)關(guān)；

（2）增加平層開(kāi)關(guān)一組，分別為上平層開(kāi)關(guān)（物理位置的上平層開(kāi)關(guān)）和下平層開(kāi)關(guān)；

（3）只通過(guò)驕內(nèi)指令按鍵控制呼梯登記，外呼不控制；

（4）電梯開(kāi)門通過(guò)邏輯判斷，無(wú)專門的門開(kāi)關(guān)檢測(cè)；

信號(hào)邏輯判斷：

（1）電梯內(nèi)樓層指令登記查詢通過(guò)驕內(nèi)按鈕燈檢測(cè)信號(hào)判斷。

（2）當(dāng)前樓層計(jì)算

①校準(zhǔn)開(kāi)關(guān)動(dòng)作且上平層開(kāi)關(guān)動(dòng)作且下平層開(kāi)關(guān)動(dòng)作，當(dāng)前樓層自動(dòng)校準(zhǔn)成1樓；

②上平層開(kāi)關(guān)上升沿&&下平層開(kāi)關(guān)=OFF,Floor加1；

③下平層開(kāi)關(guān)上升沿&&上平層開(kāi)關(guān)=OFF,Floor減1；

（3）呼梯控制

①控制對(duì)應(yīng)樓層按鍵ON持續(xù)200ms左右后保持OFF；

②周期性檢測(cè)對(duì)應(yīng)樓層的燈是否點(diǎn)亮，防止被雙擊銷號(hào)；

（4）上下行判斷

①若在端站門區(qū)，則反向；樓層總數(shù)可通過(guò)自學(xué)習(xí)或者預(yù)先設(shè)置得到；

②先上平層開(kāi)關(guān)下降沿&&下平層開(kāi)關(guān)=ON再下平層開(kāi)關(guān)下降沿&&上平層開(kāi)關(guān)=OFF，判斷上行；

③先上平層開(kāi)關(guān)上升沿&&下平層開(kāi)關(guān)=OFF，再下平層開(kāi)關(guān)上升沿&&上平層開(kāi)關(guān)=ON，判斷上行；

④先下平層開(kāi)關(guān)下降沿&&上平層開(kāi)關(guān)=ON，再上平層開(kāi)關(guān)下降沿&&下平層開(kāi)關(guān)=OFF，判斷下行；

⑤先下平層開(kāi)關(guān)上升沿&&上平層開(kāi)關(guān)=OFF，再上平層開(kāi)關(guān)上升沿&&下平層開(kāi)關(guān)=ON，判斷下行；

（5）停止判斷

上平層開(kāi)關(guān)=ON&&下平層開(kāi)關(guān)=ON，上升沿，同時(shí)有效持續(xù)3秒。

3.2.3無(wú)接觸終端軟件設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)計(jì)有5個(gè)線程，分別為電梯故障報(bào)警和困人檢測(cè)線程、電梯數(shù)據(jù)采集線程、撥號(hào)上網(wǎng)和服務(wù)器數(shù)據(jù)交互線程、無(wú)接觸呼梯線程及線程工作狀態(tài)監(jiān)視線程。電梯數(shù)據(jù)采集線程負(fù)責(zé)判斷與當(dāng)前電梯控制系統(tǒng)的通訊方式，根據(jù)判斷結(jié)果周期性發(fā)送對(duì)應(yīng)通訊方式的通訊協(xié)議，獲取電梯的基本狀態(tài)、事件及故障等信息。

電梯故障報(bào)警和困人檢測(cè)線程負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)判斷電梯的故障和困人信息，檢測(cè)結(jié)果采用通知方式發(fā)送給服務(wù)器，并設(shè)計(jì)確認(rèn)機(jī)制，即在收到服務(wù)器的確認(rèn)信號(hào)之前，故障和困人報(bào)警信號(hào)以設(shè)置的頻率推送，直至收到服務(wù)器的確認(rèn)數(shù)據(jù)，確保當(dāng)前報(bào)警能通知到服務(wù)器。

撥號(hào)上網(wǎng)和服務(wù)器數(shù)據(jù)交互線程負(fù)責(zé)物聯(lián)網(wǎng)終端的撥號(hào)上網(wǎng)，通過(guò)嚴(yán)格的AT撥號(hào)指令時(shí)序，保證撥號(hào)的成功，并通過(guò)監(jiān)視機(jī)制，當(dāng)檢測(cè)到通訊超時(shí)、服務(wù)器異常斷開(kāi)等事件時(shí)，撥號(hào)線程自動(dòng)啟動(dòng)重?fù)軝C(jī)制，如此形成閉環(huán)，在運(yùn)營(yíng)商信號(hào)覆蓋相對(duì)較差的工況下，本機(jī)制能保證較高的設(shè)備在線率。服務(wù)器數(shù)據(jù)交互單元負(fù)責(zé)接收和解析服務(wù)器下發(fā)的命令，并執(zhí)行相應(yīng)的命令回復(fù)。

無(wú)接觸呼梯線程負(fù)責(zé)接收服務(wù)器下發(fā)的控制命令，經(jīng)過(guò)邏輯處理后轉(zhuǎn)發(fā)至電梯控制系統(tǒng)執(zhí)行，同時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)登記信號(hào)的狀態(tài)和電梯當(dāng)前的狀態(tài)，判斷是否需要執(zhí)行補(bǔ)登記、目的樓層指令移入、到達(dá)通知等事件。

線程工作狀態(tài)監(jiān)視線程負(fù)責(zé)監(jiān)視各個(gè)線程的工作狀態(tài)，通過(guò)超時(shí)機(jī)制判斷線程是否正常工作，當(dāng)線程異常時(shí)確保線程能重新復(fù)位并重新執(zhí)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

電梯的特殊空間限制使其容易為細(xì)菌和病毒的傳播創(chuàng)造條件，在疫情期間，本無(wú)接觸乘梯系統(tǒng)解決了病毒通過(guò)接觸方式傳染的問(wèn)題，系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，使用方便，已成功使用在醫(yī)院、商務(wù)辦公樓、居民小區(qū)等場(chǎng)所，反饋效果良好，為科技抗疫提供了技術(shù)支持，在國(guó)內(nèi)和國(guó)外都進(jìn)行了試用，具有一定的推廣價(jià)值。