基于单片机的远程监控系统的终端设计毕业设计论文.docx

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基于单片机的远程监控系统的终端设计毕业设计论文

本科毕业设计（论文）

基于单片机的远程监控系统的终端设计

摘要

电梯作为一种常用的垂直交通工具，伴随着城市的发展而迅速增加，其应用是日益广泛的。

然而每个电梯运行状况的好坏会直接影响城市居民的生活质量和工作效率，同时更是影响着城市经济的可持续发展和人民生命安全，因此就产生了对电梯设备进行远程监控的要求。

凭借监控系统来获得关于电梯系统的实时运行状况信息，可以防止电梯溜梯、困人、冲顶、蹲底、过载等情况突发时不能及时排除故障而带来更多无法预知的灾难。

显然，传统的相对落后的监控手段（电梯工人的巡检）早已跟不上城市发展的步伐。

近些年来，随着单片机技术和自动控制理论的迅速发展，基于单片机的远程监控已经成为电梯发展的必然趋势。

因此，研究及开发基于单片机的多电梯远程监控系统具有一定的意义。

本文首先对国内、外的远程监控系统相关理论进行了深入的研究，并在分析和研究电梯远程监控系统基础之上，提出了本文要研究的主要内容，即设计了一种以AT89C51为架构的多电梯远程监控系统，该系统可以实现远程现场的实时监控及数据的采集，并且在监测和显示电梯运行状态的各种参数的同时，可以实现远程登录和监控。

基于单片机的多电梯远程监控系统，主要是用来监控电梯的运行情况，根据电梯发出的信号，及时的做出反应，并进行相应的处理。

根据系统需要，所运用到的外围电路主要包括电源模块、温度电路模块、报警电路模块、视屏采集模块、RS-485通信模块和LCD显示模块，再根据有关单片机和数据采集传输方面的知识，利用C语言编程，完成远程监控的设计。

我认为在未来，电梯系统会是向智能化方向发展的，主要有以下特征：

以人为本的通用化设计理念，统一化设计的趋势，应付突发性灾难的能力。

关键词：

多电梯；远程监控；数据采集；LCD显示模块

Microcontroller-basedremotemonitoringsystemterminaldesign

Abstract

Asacommonverticallifttransport,alongwiththerapidincreaseinthecity'sdevelopment,itsapplicationisbecomingwidespread.However,thestatusofeachelevatoroperationwilldirectlyaffectthequalityoflifeofurbanresidentsandworkefficiency,butalsoaffectthesustainabledevelopmentofthecity'seconomyandpeople'slives,andthereforecreatedademandforelevatorequipmentforremotemonitoringrequirements.Withtheelevatorcontrolsystemtoobtaininformationaboutthereal-timeoperationalstatusinformation,youcanpreventtheelevatorslipladder,trappedpeople,hoisting,etc.suddenendsquattingcannottimelytroubleshootingandbringmoreunpredictabledisaster.Obviously,thetraditionalmeansofmonitoringtherelativebackwardness（elevatorworkerspatrol）alreadycannotkeepupthepaceofurbandevelopment.Inrecentyears,withthechiptechnologyandtherapiddevelopmentofautomaticcontroltheory,Microcontroller-basedremotemonitoringhasbecomeaninevitabletrendofdevelopmentelevator.Therefore,theresearchanddevelopmentofmicrocontroller-basedmulti-elevatorremotemonitoringsystemhasacertainsignificance.

Firstly,thedomesticandforeignremotemonitoringsystemrelatedtheoriesin-depthresearchandanalysisandresearchelevatorremotemonitoringsystembasedontheproposedmaincontentofthispapertostudy,namelyAT89C51forthedesignofaframeworkMultielevatorremotemonitoringsystem,thesystemcanachievereal-timemonitoringandremotesitedatacollection,andinthemonitoringanddisplayrunningtheelevatoratthesametimethevariousparameters,youcanachieveremoteloginandmonitoring.

Microcontroller-basedmulti-elevatorremotemonitoringsystemismainlyusedtomonitortheoperationoftheelevator,theelevatorsignals,timelyresponse,andmaketheappropriatetreatment.Accordingtothesystem,asappliedtotheperipheralcircuitincludesapowersupplymodule,thetemperaturecircuitmodule,thealarmcircuitmodule,screencapturemodule,RS-485communicationmoduleandLCDdisplaymodule,accordingtotheSCManddataacquisitionandtransmissionofknowledge,theuseofCprogramminglanguage,completeremotemonitoringdesign.Ithinkinthefuture,theelevatorsystemistoprovideintelligentdirection,mainlyhasthefollowingcharacteristics:

people-orienteduniversaldesignconcept,unifieddesigntrends,theabilitytodealwithunexpecteddisasters.

Keywords:

multipleelevators;remotemonitoring;datacollection;LCDdisplaymodule

插图清单

表格清单

引言

随着科学技术和市场经济的快速发展，电梯作为高层建筑必不可少的组成部分，已经成为与人民群众的生活、生命和财产安全息息相关的垂直交通工具。

电梯的安全性、可靠性和舒适度是人们普遍关心的问题。

电梯数量急剧增多，故障时有发生，而维修人员少，不能及时赶到故障现场，既不了解故障现场状况又不能及时安抚被困人员，给被困人员身心带来巨大的伤害。

并且由于不能及时地提供对电梯日常运行的记录和监测资料，增加了分析与排除故障的难度，延长了维修的时间和费用。

电梯远程监控系统REM（RemoteE1evatorMonitor）是当今电梯控制领域的先进技术，是及时发现、分析和排除电梯故障的必要手段，是电梯的管理、维护和安全运行的需要。

我国在电梯远程监控方面已经取得了很多成就，比如可靠性、舒适度等方面，但在故障记录和故障检测方面还有很多不足。

因此，如何利用现代科技成果对分布在不同地理位置的电梯运行状况进行远程实时监控，减少和防止事故发生，对故障进行预报警（如开关接触不良）和自动记录，保证电梯安全可靠运行和提高设备的管理水平具有非常重要的意义。

近年来，随着单片机技术等高新技术的不断发展，人们都在积极的寻找在电梯监控领域的一些先进技术，以满足人们对这一应用的强烈需求，因为传统的监控技术已经是相当落后，目前国内在用的监控系统往往都是功能单一，需要监控人员长时间盯着监控屏幕，然后再通过获得的信息去进行一些决策。

然而，这样一份工作是很繁重而乏味的，尤其是监控的目标很多时，监控人员就无法做到面面俱到，进而如果有突发情况，就不能去及时有效的解决。

为此，许多电梯厂商都希望能利用智能化程度高、可靠性好的计算机自主监控系统去实现售后电梯的统一管理，同时也可以减少人员监控的开支和减轻事故发生的损失。

综上所述，结合当前情况，论文指出了现有监控系统存在以下几点困扰人们的难题：

第一，不能实时了解及掌握电梯的运行状况；第二，无法利用以往的电梯运行数据去构成完整的管理和记录系统；第三，难以有效的、及时的分析并解决电梯发生的故障。

本论文提出了基于单片机的远程监控系统的终端设计的研究其主要任务是提出并研究基于单片机的远程监控的系统方案，它可以对多个电梯的运行状态进行实时监控，并且能自动检测故障目标，并对故障目标进行分类及报警，从而利用电脑来完成人工监控的任务。

第1章绪论

1.1国内外研究现状

电梯，作为机电一体化的高科技产品之一，其应用已经日益广泛。

当然，国产电梯的技术水平和产品的质量也已经迈出了很大一步，但是在电梯运行时，时常也会出现电梯冲顶、撞底、关人等突发事件的发生。

当前，国内的许多科研院所和公司也在努力积极的开发属于自己的远程监控系统。

比如，凯博电梯远程监控系统（由中国建筑科学院机械化研究分院研发的）、上海阿尔发机电科技有限公司所开发的电梯远程监控系统、无锡中秀电梯公司研发的电梯远程视频监控系统等等然而，这些监控系统一般情况下都是基于专用网络及总线，其系统的功能也就是局限于被控电梯的门信号的和内、外呼的实时监控，自动报警等常用的基本功能，但是基于多媒体技术、数据库技术、网络通讯技术以及对电梯的视频音频信号、报警信号等控制信号的管理和分析还处在逐步探索之中。

目前，电梯正常运行的可靠性提高一般有两方面因素：

第一、是要通过改进电梯本身的构造设计，提高工艺制造及实施无误的安装来解决；第二、也是比较重要的一方面，就是要依托先进的监控技术和科学合理有效的维修和保养体系来完成。

众所周知，因为电梯的使用时间较长而且总是反复使用，所以对于电梯的管理和维护是使用电梯的最重要的环节之一。

但是，目前国内在用的电梯一般都采用的是定期上门保养的方式，等发生故障时再打电话找人来修的传统方式。

然而，随着电梯数量的慢慢增多、地点分散，再加上维修工人数量限制，导致了维修工人不能及时到达电梯事故现场；除此之外，也不能提供详细的运行电梯日常运行记录及监测的相关资料，所以，维修工人只能凭借以往经验和监测仪器去检查电梯故障，这样就增加了故障分析和排除故障的难度，自然也就延长了维修所需要的时间。

以此这种维护方法很显然已经不能满足时代的发展的需求，因此，诞生了远程监控技术，它的出现在一定程度上有效的改善了上述情况。

国外比较有名的电梯公司基本上都拥有了成熟的远程监控系统。

比如，法国AUTINOR公司所开发的远程监控系统、德国蒂森克虏伯公司（TELE-SERVICE）开发的电梯远程监控系统以及OTIS公司的远程电梯监控系统（RemoteElevatorMonitoringSystem）系统等等然而，一般只有很高档的大型场合才会配置像国外那些成本较高的各公司的电梯远程监控系统的产品，而且像国外的那些产品也就是只能监控本公司所生产的电梯，而无法与其他公司的同类型电梯产品兼容，除此之外，当然还有价格及产品定位等等原因。

所以，也就导致了国外电梯远程监控系统产品在国内的使用有了一定的局限性。

1.1.1国内外现状及存在问题

目前国外的大型电梯企业都有了成熟的电梯远程监控系统，例如蒂森公司的远程监控系统具有控制电梯的功能，能检测和识别滥用或者误操作紧急呼救功能，能较好的掌握电梯的运行情况，并进行分析与处理，转化为图表来显示各行驶方向和每层楼的呼叫次数，呼叫与事件处理曲线等；自动故障报警，该系统可以同时监控电梯，自动扶梯以及楼内其它设备：

但是该系统仅适用于蒂森公司的电梯和扶梯。

奥的斯公司的远程监控中心（RME）是奥的斯公司自行开发的电梯监控系统，具有分级报警的功能（乘客被困报警，自动故障报警和电梯运行表现报警）。

RME系统自动发出电梯服务中断的讯号，显示地点，性质，问题以及乘客的状况资料，当电梯运行表现不符合预定的界限时，系统发出偏差信号。

KNOE公司的EMC监控指令系统通过MODME和标准电话线实现电梯和自动扶梯的远程实时监控，具有较好的运行数据库管理分析功能，可以将指定时间段内的数据转化为直观形象的图表；具有独特的运行记录回放功能，有助于故障查询诊断。

以上这些电梯远程监控系统相对来说都具有一些代表性，是国外的电梯远程监控比较常见的方式，这些系统普遍的特点就是专用性很强，开放性、通用性与其功能发展程度不相匹配，无法支持其他公司的电梯系统。

这种现状也大大增加了监控系统区域运营的成本。

在国内，已经有了关于电梯远程监控的研究。

但起步较晚，具有自主版权的成熟的产品也比较少。

由于电梯远程监控系统是涉及到电梯控制、计算机控制、现场总线、网络通讯、多媒体技术、数据库技术以及WINDOWS平台下面向对象的高级语言编程等多个专业的较大的系统工程，技术难度较大，同时还需考虑到与各个厂家的电梯控制系统（包括微机控制系统、PLC控制系统以及早期的继电器控制系统）的接口问题等诸多因素，因此，现在国内的电梯监控系统的同类产品中，在开放性、统一性和实时性等方面同样存在着很大的不足。

总结下来，主要由以下问题：

（1）开放性相对较低，没有统一的标准化协议。

（2）功能简单，如只能进行简单的电梯运行状态监控、同时监控的电梯数量少、不能进行电梯故障的早期预警。

（3）界面简单、单一，监控信号量少；只能对电梯状态进行监控，而不能采集电梯轿厢中的图像与声音。

（4）适用电梯种类少，或者是不能兼容不同类型的电梯。

（5）多采用RS-232或RS-485总线传输，或采用两级结构的Modem传输，系统的实时性与可靠性相对较低。

1.1.2目前电梯监控系统的分类

电梯的监控系统需实时反馈电梯的操作、运行及故障信息，要求安全可靠、运行稳

定、界面友好、管理便捷，其实时采集的电梯信号包括：

（1）电梯操作状态信息，如检修、正常、司机、消防等；

（2）电梯运行状态信息，如楼层显示、上/下行、开/关门等；

（3）井道信息，如平层、端站、限位等；

（4）各种故障信息。

目前电梯的监控系统大约分三类：

（1）大部分品牌电梯都有自己开发的监控系统，这些系统都包括不同的通信方式，

不同的硬件接口，能较好的实现多台电梯的运行监视和一些基本的远程控制。

但是此类产品由于销量有限，一般价格很贵，能消费的客户很少。

（2）用PLC构成的网络通信监控。

PLC可以很方便的构成系统，开发此类系统完全省去了硬件开发的成本，只要软件开发成熟即可开工安装,而且系统一般采用标准的通信接口，很容易与建筑的其它智能设备一起构成网络，但是电梯控制要附加PLC并且连带相应的通信单元，成本较高。

目前随着PLC的价格不断下降，也不失一个好方法。

（3）用单片机构成一个独立的采样通信单元，形成一个二级监控系统，此类监控在初期的开发成本包括软硬件，开发成本较高，但形成系统后，再销售的成本就很低了。

但是由于市场不大，难以形成规模，还有此类系统由于不采用标准配件，今后维护的难度,成本较高。

1.1.3多电梯远程监控系统的发展趋势

多电梯远程监控在电梯远程监控的基础上，融合了的最优控制，是一种基于时间最优、能量最优的动态综合最优化策略。

因此，多电梯远程监控系统的发展趋势为：

（1）远程监控系统协议开放化

采用统一开放的协议标准，可以在同一系统中采用多种品牌的电梯，并对其进行监控，无须二次开发转换协议。

（2）远程监控系统节能化

从静态的电梯交通配置到动态的多电梯群控系统，电梯的能耗指标往往被忽视。

统计数据表明，电梯的能耗约占大楼综合能耗的3/7，与电梯群控系统的性能直接相关。

因此，节能目标将是多电梯远程监控系统必须考虑的关键目标。

（3）远程监控系统网络化

电梯群控系统将与网络技术相结合，用网络把各地的电梯监管起来进行远程监控。

（4）监控系统产品市场化

未来电梯监控系统的研究将侧重于商品系统的开发，即面对需求面向市场。

1.2课题的研究意义和内容

1.2.1课题的研究意义

电梯的远程监控是随着计算机控制技术和网络通讯技术的发展而逐步发展起来的，是电梯控制领域的前沿技术。

电梯远程监控系统（REMS），指的是某个区域（一个城市，一幢大楼，一个小区等）里安装很多部电梯后，对这些运行中的电梯进行集中而及时的远程监控，进而对这些电梯的运行数据资料进行统计、管理、维护、故障分析诊断以及救援。

它使被监控对象从单个的现场监控发展到了分布式的监控，并从集中式监控发展到和信息管理系统相结合的趋势，因此，目前较为先进的多电梯远程监控系统是一个集监控、管理、决策支持等功能于一体的自动化控制系统。

所以，现在多电梯远程监控系统已经是越发引起人们的关注，其最主要的目的是对目前在用电梯的远程维护，故障诊断及快速排除故障的处理，统计和分析电梯的运行性能及故障情况，以有利于不同部门能利用该系统对多个电梯进行有效的监管。

但由于其结构复杂性，较高可靠性要求，需要及时发现故障并排除故障是重中之重，所以多电梯远程监控系统的研究和设计是具有重大的意义。

1.2.2课题研究的内容

本文研究的多电梯远程监控系统是基于单片机的，主要用来监控电梯的运行情况，根据电梯发出的信号，及时的做出反应，并进行相应的处理。

本系统所运用到的外围电路主要包括电源模块、报警电路模块、视屏采集模块、RS-485通信模块和LCD显示模块。

当电梯出现故障时，电梯内的乘客可以根据出现的故障在电梯内部按下相对应的故障按钮，这有助于维修和监控人员及时的做出故障诊断，并在最少时间内做出有效的解决措施，减少了损失的程度。

监控人员也可以实时的根据监控画面检测电梯的运行状况，提前做好维护工作，以免发生不可估量的损失。

当电梯发生突发事件是，电梯还可以自动报警显示，提示电梯所出现的故障，帮助工作人员在第一时间确定所发生的故障原因，更好的提高了工作效率。

第2章多电梯远程监控系统结构概述

2.1远程监控系统整体结构设计及实现功能

2.1.1远程监控系统整体架构

远程监控作为一种监控手段在电梯的日常运行中所起的作用越来越重要，它是电梯厂商对系统控制的延伸，也是能够保证电梯能够高效安全运行的重要前提和基础，同时更是电梯所面临的发展趋势，当然，这种趋势也为解决远程监控系统所存在的问题提出了更高要求。

当今时代，电梯监控系统的应用融合了很多先进技术，使得监控用户、质检部门、电梯生产企业等能够通过本系统对分布在全球各地的电梯产品进行实时准确地监控。

这样可以有两方面好处：

第一点，可以提高生产企业和用户对电梯的维护效率；第二点，更是在很大程度上加强了企业对于收集和管理自己所产产品的相关资料和状态数据的能力。

除此之外，也可以让质检部门监控人员提高了工作效率，可以起到一举多得的作用。

本论文中设计的网络环境下，多电梯远程监控系统主要由三大部分构成，即数据采集控制终端部分、网络传输部分和上位机监控中心平台部分。

具体的系统结构框图如下所示：

图2-1远程监控系统总体结构图

本文中的远程监控系统是利用AT89C51作为主芯片组成的数据采集控制终端，将采集到的图像、声音及其运行状态相关数据指标进行数据预处理。

其中，预处理主要包含有H.264视频编码技术，G.729A音频压缩技术，数据锁存及A/D转换等处理技术。

然后，数据采集终端控制器将所采集到的音视频信号及电梯的运行状态数据通过多流实时传输协议（MRTP）进行数据综合封包，该协议是由IETF（互联网工程任务组）发布的多媒体数据进行实时传输协议，主要用在提供实时数据（如视频、音频数据等）的IP网络端到端的传输功能。

最后，通过串口上连接的3G传输模块SIM5218将整个数据包发出去；该数据包将通过3G网络被转发送至具有上位机的远程监控中心，然而当远程的客户端通过浏览器进行监控，如果有电梯的报警信息后，就会立即通过3G网络将各个电梯具体位置、电梯发生的故障信息发送给维修中心，以便及时排除故障，同时，对于一些需要紧急停车的情况，我们可以通过上位机将控制信息及时的发送给被控电梯，比如在安全回路及变频器工作正常的前提下，电梯按原运行方向慢车爬至平层位置后开门。

该远程监控系统采集的数据中包括了音频信号、视频信号、数据信号及控制信号等，由于这些不同类型的数据信息具有各自不同的传输特征及要求，所以为了满足监控数据传输的实时性、流畅性的需求，本文拟选取数字化的数码传输速率高于383Kbps的3G网络。

如今随着3G网络的覆盖面积逐渐扩大，再加上技术的不断完善与发展，它的应用在各个行业完全可以是独树一帜了。

在一般情况下，对于3G无线网络来讲，它是完全可以进行各种不同传输速度的数据同时进行传输。

据研究测试，如果在静止或高速移动的环境下，它可以分别支持到2M以上的速码率，有的甚者可以高达7Mbps的瞬时传输速度。

所以利用3G来作为网络传输的主要载体是本文的最佳选择，当然利用好这个时代的产物是我们与时俱进的必然趋势。

2.1.2功能概述

在网络环境下，多个电梯的智能远程监控系统主要实现的基本功能有以下两个部分：

第一部分：

电梯数据釆集终端控制器要实现以下基本功能：

（1）可以采集被控电梯发生的各种故障信息，特别是常见的一些故障。

比如，门厅的故障、平层区故障、主接触器的故障、变频器的故障等等。

（2）可以采集被控电梯的运行状态信息。

比如，门系统的开关、方向、层站、井道信号等等。

（3）可以对不同格式的电梯信息进行转换，并在主处理器内部进行数据处理，用固有的格式进行实时存放，最终经过转换协议发送给网络。

第二部分：

上位机的电梯监控平台要实现以下基本功能：

（1）不同级别用户根据不同的权限可以随时登录电梯远程监控系统。

（2）根据电梯的运行状态数据，进行运行状态的记录及勾画数据的历史趋势曲线，并根据其与阀值大小的比较进行报警。

（3）实时存储电梯运行的状态数据及参数，包含了电流、电压、电机转速等等参数。