基于Zigbee技术的自动扶梯实时监控系统的研究与设计

摘要

目前，自动扶梯在各大商场、机场、火车站等公共场所随处可见，应用非常广泛。然而，近年来国内由于自动扶梯造成的安全事故却屡见不鲜。面对这种情况，国家和制造商同时采取了必要的措施。一方面，国家出台了《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》等相关规定。另一方面，自动扶梯制造商也在不断改进技术以提高自动扶梯安全、节能、舒适等性能。在这种背景下，本文详尽地研究了自动扶梯的结构特点，分析了这些事故发生的原因，探讨了目前正运行的自动扶梯所存在的缺点和弱点。针对这些问题，另辟蹊径，设计了一款基于Zigbee技术的低功耗、低成本的自动扶梯实时监控系统。该系统通过对自动扶梯日常运行情况进行实时监控，进一步提高了自动扶梯的安全性。 实时监控系统主要由数据采集子系统和数据处理子系统组成，由Zigbee无线通讯网络实现子系统间的数据传输。在对数据采集子系统进行设计时，根据自动扶梯常见故障，确定了具体的测量参数，并相应的设计了振动传感器节点、液位传感器节点、温度传感器节点、速度传感器节点和火焰传感器节点，从而实现了对自动扶梯梯级振动、润滑系统剩余油量、电动机温度和速度这四大信息的数据采集，并能够判断是否有火灾事故发生。在对数据处理子系统进行设计时，一方面由于考虑到系统对电梯逆行和着火这类严重事件处理时需要有较高的响应速度，因此在硬件方面使用了性能优异的基于ARM技术的STM32F207微控制器，同时在软件方面设置了不同的优先级，充分保证了系统的实时处理能力;另一方面，由于考虑到监控、维修的劳动力密集程度与节省人力成本之间的矛盾，设计了GPRS模块，系统仅在必要的情况下将检测到的数据通过GPRS网络发送给维修人员，这样一方面节省了人力支出，另一方面能够保证对自动扶梯进行适时的维护和保养。在设计子系统间数据传输方案时，综合考虑有线传输和各种无线传输的优缺点，确定了Zigbee通讯方案。确立了Zigbee网络开发的硬件平台（CC2530芯片和网蜂zigbee开发套件）和软件平台(Z-Stack)。 实验表明，本文设计的自动扶梯实时监控系统基本实现了对紧急事故及时发现、及时处理;对潜在故障早发现、早维修的功能，既提高了自动扶梯的安全性又延长自动扶梯的使用寿命。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 自动扶梯的工作原理及国内外发展概况

1．2．1 自动扶梯的工作原理和基本构造

1．2．2 自动扶梯的国内外发展状况

1．2．3 国内外代表性的自动扶梯

1．3 本文研究工作及结构

2 Zigbee技术简介

2．1 什么是Zigbee技术

2．2 Zigbee的特点

2．3 Zigbee无线网络协议层

2．3．1 无线网络层的组成和各层的功能

2．3．2 Zigbee三种设备类型

2．4 Zigbee网络拓扑结构

2．5 本章小结

3 系统方案设计

3．1 系统结构

3．2 定义各个传感器节点的功能

3．3 系统设计要求

3．4 本章小结

4 数据采集子系统

4．1 温度检测

4．1．1 温度传感器的选择

4．1．2 K型热电偶的工作原理

4．1．3 技术关键

4．1．4 MAX6675芯片的工作原理、特点以及硬件电路连接

4．1．5 硬件实现

4．1．6 软件实现

4．2 速度检测

4．2．1 速度传感器的选择

4．2．2 速度测量模块的硬件关键技术

4．3 油量检测

4．3．1 油量检测传感器的选择

4．3．2 电容式液位变送器的工作原理

4．3．3 技术关键

4．4 振动检测

4．4．1 振动传感器的选择

4．4．2 AXDL345的特点和工作原理

4．4．3 AXDL345的硬件连接

4．5 火焰检测

4．6 本章小结

5 Zigbee模块和Zigbee网络

5．1 Zigbee模块

5．1．1 CC2530芯片

5．1．2 Z-Stack

5．1．3 网蜂Zigbee简介

5．2 基于IAR的Zigbee软件开发流程

5．2．1 IAR集成开发环境

5．2．2 Z-Stack协议栈的文件结构

5．2．3 Zigbee 2007／Pro协议栈的整体架构

5．3 Zigbee组网过程

5．3．1 Zigbee协调器建立网络

5．3．2 Zigbee路由器和终端设备节点加入网络

5．4 本章小结

6 数据处理子系统

6．1 ARM控制系统

6．1．1 ARM芯片的选择

6．1．2 STM32F207芯片的特点

6．1．3 ARM模块的硬件实现

6．1．4 ARM模块的软件实现

6．2 GPRS模块

6．2．1 GPRS技术简介

6．2．2 GPRS模块特点

6．2．3 GPRS模块软件设计流程

6．2．4 数据的封装和传输

6．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢