一种电梯听觉信号采集装置及其工作方法

摘要

本发明涉及一种电梯听觉信号采集装置及其工作方法，它集听觉信号与视觉信号于一体且无需在电梯显示装置之外另外增加相关电子电路、设备设施的一体化装置及其听觉信号采集方法。克服现有技术中听觉信号采集需依赖硬件采集装置+物理连接线路+外置音箱，或依赖控制系统通讯协议实现听觉信号采集的问题。它包括中央处理器，所述中央处理器与电梯通讯管理模块连接，同时中央处理器还与Flash视觉存储模块和可写入听觉存储模块连接；中央处理器通过驱动模块和语音单机，分别驱动安装在电梯内的液晶显示屏和内置扬声器。

权利要求

1.一种电梯听觉信号采集装置，其特征是，它包括中央处理器，所述中央处理器与电梯通讯管理模块连接，所述电梯通讯管理模块与电梯运行通讯数据线连接；同时中央处理器还与Flash视觉存储模块和可写入听觉存储模块连接，所述Flash视觉存储模块与驱动模块连接，所述可写入听觉存储模块与语音单片机连接，所述驱动模块和语音单片机分别驱动显示装置和内置扬声器；中央处理器按照一定规则与电梯运行工况各节点建立约束关系，预先确定楼层位置和方向的标定参数；中央处理器接收来自通讯管理模块的通讯数据，使通讯数据与标定参数建立对应关系；电梯运行时，中央处理器根据接收到的数据向驱动模块和语音单片机模块同时发出指令，实现视觉信号与听觉信号的同步传送。

2.如权利要求1所述的一种电梯听觉信号采集装置，其特征是，所述语音单片机与功率放大电路连接，通过功率放大电路驱动内置扬声器。

3.如权利要求1所述的一种电梯听觉信号采集装置，其特征是，所述中央处理器与语音单片机采用三线串口时序控制进行数据传输。

4.如权利要求1所述的一种电梯听觉信号采集装置，其特征是，所述Flash视觉存储模块与可写入听觉存储模块分别预置电梯运行状态的视觉信息和听觉信息。

5.一种如权利要求1所述的电梯听觉信号采集装置的工作方法，其特征是，它的过程为：中央处理器按照一定规则与电梯运行工况各节点建立约束关系，预先确定楼层位置和方向的标定参数，电梯运行时，中央处理器接收来自通讯管理模块的通讯数据，电梯通讯数据与标定参数通过数据自学习的方法进行标定，使通讯数据与标定参数建立对应关系；中央处理器按即时工况调用所述Flash视觉存储模块和可写入听觉存储模块中有关电梯当前状态的信息，向驱动模块和语音单片机同时发出指令，实现视觉信息的显示和听觉信息的播放。

6.如权利要求5所述的电梯听觉信号采集装置的工作方法，其特征是，具体工况情况如下：

工况1：电梯正常运行时，中央处理器按照预定的模式将系统设定为正常运行状态，中央处理器调用Flash视觉存储模块当中关于电梯当前状态的视觉信息以及可写入听觉存储模块中相应的听觉信息，并向驱动模块发出指令，驱动模块驱动显示装置工作，完成电梯位置和运行方向的显示；同时，中央处理器按照预定的规则向语音单机发出指令，通过功率放大电路驱动内置扬声器播放相应的听觉信号；

工况2：电梯到达某层并停站，设定为事件1发生；此时，系统的正常运行模式被打断，转入停层模式；此时，按照预定规则，中央处理器调用Flash视觉存储模块当中关于电梯当前状态的视觉信息，驱动显示装置显示当前楼层的停站信息；同时，中央处理器调用可写入听觉存储模块中相应的听觉信息，向语音单片机发出指令，通过功放电路和扬声装置播放相应的听觉信号；

工况3：以电梯故障停梯且停在非开锁区域认定为电梯发生故障，设定为事件2发生，进入报警状态；此时，中央处理器中断正常运行状态，并且按照电梯此时的状态，中央处理器调用Flash视觉存储模块当中关于电梯当前状态的视觉信息以及可写入听觉存储模块中相应的听觉信息，并向驱动模块发出指令，驱动模块驱动显示装置工作，完成电梯故障状态的显示；同时，中央处理器按照预定的规则向语音单机发出指令，通过功率放大电路驱动内置扬声器播放相应的听觉信号；

事件1、事件2解除后，系统自动恢复正常运行状态。

7.如权利要求5所述的电梯听觉信号采集装置的工作方法，其特征是，所述数据自学习的方法通过电梯按照顺序上下运行实现；电梯运行过程中，各工况通讯数据通过通讯管理模块提供给中央处理器，并按照一定的规则与标定参数一一对应，保存成功后，自学习完成。

8.如权利要求5所述的电梯听觉信号采集装置的工作方法，其特征是，所述听觉信息的声级在35dB〈A〉至65dB〈A〉之间。

说明书

一种电梯听觉信号采集装置及其工作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电梯听觉信号采集装置及其工作方法。

背景技术

[0002] 电梯使用者通常希望在乘用电梯时，能够得到视觉与听觉的双重信号，以感知电梯运行状态及其位置信息。在一些特殊或紧急情况下，比如无障碍场合使用的电梯以及电梯困人情况下，具有听觉和视觉信号是人本设计理念的重要体现，也是电梯所必备的安全技术措施之一。EN81-70:2003《电梯制造与安装安全规范》中客梯和客货梯特殊应用第70部分：包括残障人员使用的电梯的可接近性以及等同采用该标准的GB/T24477-2009《适用于残障人员的电梯附加要求》第5章对此有明确规定。

[0003] 上述要求均涉及到电梯听觉信号的采集。

[0004] 现有技术实现上述要求的方法及其措施基本分为两大类。

[0005] 其一，在电梯设备上安装信号采集装置。常见的采集方法有旋转编码器采集、井道磁感应或光电感应采集、层站显示板采集等。当电梯运行到达某位置时，感应装置与反射装置或触点发射出的光电或磁信号被安装在井道内固定位置的装置所阻挡，从而产生开关量信号，通过物理连接电线、语音电子电路、多媒体音响设备、扬声器等设施，听觉信号如语音报站可发出，也可使用存储芯片，在电梯运行过程中播放背景音乐或语音广告。

[0006] 其二，须依靠电梯控制系统的生产厂家开放通讯协议。语音信号来自电梯控制系统的电脑主板或轿厢层站通讯端口。语音处理系统一般为中央处理器如ARM芯片连接驱动模块如FPGA芯片和存储模块如FLASH芯片等，然后通过扬声器输出听觉信息。此种情况下，如果没有通讯协议，则语音信号的采集就必须通过第一种方法实现（通过破译通讯协议，也能够实现语音信号的采集，但可能涉嫌侵犯他人的知识产权）。

[0007] 现有技术的电梯听觉信号采集方法及其装置，存在以下有待改进的问题：

[0008] 1.现有技术第一类：要有专门采集听觉信号的硬件装置和物理连线，随着电梯上下运行，这些器件的运动和连线被反复挠曲极易引起短路、短路和触点失效，由此造成电梯故障的增多甚至成为事故源。不仅给电梯运行造成安全隐患还使得电梯购置成本增加，也给维修保养带来更多麻烦。

[0009] 2.现有技术第二类：因控制系统协议种类很多，厂家一般不开放，故此类产品的兼容性不好，限制了普遍推广，这对于紧急情况下的救援或远程监控形成障碍。如，某小区有不同厂家制造的电梯，因通讯迥异，很难实现全小区电梯的智能化集中管理。由此，使用维护和管理成本高。推而广之，若放大到更大的区域范围，这种“信息孤岛”将使电梯的社会管理成本难以估量。

发明内容

[0010] 本发明的目的就是为解决上述问题，提供了一种电梯听觉信号的采集装置及其工作方法，该装置在既有技术（申请人已经授权的发明专利ZL201110090184.1公开的一种电梯故障检测与报警装置及其方法）的基础上，实现电梯听觉信号与视觉信号的采集与显示一体化。该装置及其方法无需另行设置硬件如感应器、物理连线等连接和控制元器件，电梯运行各工况听觉信号与视觉信号的采集可以同步实现，并通过语音实时播报电梯运行状态的听觉信号。

[0011] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0012] 一种电梯听觉信号采集装置，它包括中央处理器，所述中央处理器与电梯通讯管理模块连接，所述电梯通讯管理模块与电梯运行通讯数据线连接；同时中央处理器还与Flash视觉存储模块和可写入听觉存储模块连接，所述Flash存储模块与驱动模块连接，所述可写入听觉存储模块与语音单片机连接，所述驱动模块和语音单片机分别驱动显示装置和内置扬声器；中央处理器按照一定规则与电梯运行工况各节点（如某层停层的IP地址代码）建立约束关系，预先确定楼层位置和方向的标定参数；中央处理器接收来自通讯管理模块的通讯数据，使通讯数据与标定参数建立对应关系；由于现代电梯控制停站基本上采用的是距离原则，故一台电梯一旦安装在某建筑物井道之中，其楼层位置不会改变，电梯到规定的位置时其所发出的通讯数据是唯一的物理量。由此，标定后的数据保存后，即可成为电梯听觉信号的指令来源。电梯运行时，中央处理器根据接收到的数据向驱动模块和语音单片机模块同时发出指令，实现视觉信号与听觉信号的同步传送。

[0013] 所述语音单片机与功率放大电路连接，通过功率放大电路驱动内置扬声器。

[0014] 所述中央处理器与语音单片机采用三线串口时序控制进行数据传输。

[0015] 所述Flash存储模块与可写入听觉存储模块分别预置电梯运行状态的视觉信息和听觉信息，如语音报站和背景音乐等。

[0016] 一种电梯听觉信号采集装置的工作方法，它的过程为：中央处理器按照一定规则与电梯运行工况各节点建立约束关系，预先确定楼层位置和方向的标定参数，电梯运行时，中央处理器接收来自通讯管理模块的通讯数据，电梯通讯数据与标定参数通过数据自学习的方法进行标定，使通讯数据与标定参数建立对应关系；中央处理器按即时工况调用所述Flash视觉存储模块和可写入听觉存储模块中有关电梯当前状态的信息，向驱动模块和语音单片机同时发出指令，实现视觉信息的显示和听觉信息的播放。

[0017] 具体工况情况如下：

[0018] 工况1：电梯正常运行时，中央处理器按照预定的模式将系统设定为正常运行状态，中央处理器调用Flash视觉存储模块当中关于电梯当前状态的视觉信息以及可写入听觉存储模块中相应的听觉信息，并向驱动模块发出指令，驱动模块驱动显示装置工作，完成电梯位置和运行方向的显示；同时，中央处理器按照预定的规则向语音单机发出指令，通过功率放大电路驱动内置扬声器播放相应的听觉信号。

[0019] 工况2：电梯到达某层并停站，设定为事件1发生；此时，系统的正常运行模式被打断，转入停层模式；此时，按照预定规则，中央处理器调用Flash视觉存储模块当中关于电梯当前状态的视觉信息，驱动显示装置显示当前楼层的停站信息；同时，中央处理器调用可写入听觉存储模块中相应的听觉信息，向语音单片机发出指令，通过功率放大电路和扬声器播放相应的听觉信号。

[0020] 工况3：以电梯故障停梯且停在非开锁区域认定为电梯发生故障，设定为事件2发生，进入报警状态；此时，中央处理器中断正常运行状态，并且按照电梯此时的状态，中央处理器调用Flash视觉存储模块当中关于电梯当前状态的视觉信息以及可写入听觉存储模块中相应的听觉信息，并向驱动模块发出指令，驱动模块驱动显示装置工作，完成电梯故障状态的显示；同时，中央处理器按照预定的规则向语音单机发出指令，通过功率放大电路驱动内置扬声器播放相应的听觉信号。

[0021] 事件1、事件2解除后，系统自动恢复正常运行状态。

[0022] 所述数据自学习的方法通过电梯按照顺序上下运行实现；电梯运行过程中，各工况通讯数据通过通讯管理模块提供给中央处理器，并按照一定的规则与标定参数一一对应，保存成功后，自学习完成。

[0023] 所述听觉信息的声级在35dB〈A〉至65dB〈A〉之间（距离声源1m处测量）。

[0024] 本发明的有益效果是：

[0025] 1.与现有技术相比，本方法实现了电梯听觉信号的数字化采集与控制，无需另行设置硬件和物理连接系统，可大大简化电梯的配置及制造成本，尤其是免除了专业人员到现场安装调试维护的拖累（如触点系统的定期清理，线路引起的断路、短路），这对于专业人员稀缺、人工费用日渐高启的当下，具有积极意义。

[0026] 2.本发明不依赖设备本身的通讯系统，可以实现更大范围的电梯集中管理，尤其是在物联网条件下，突破通讯协议迥异形成的“信息孤岛”，能够使电梯设备的集中远程管理由根本不可能成为可能。这对于电梯运行的安全监管、互联互通具有深远的社会意义。

[0027] 3.本发明基于既有的专利技术，与显示装置、报警装置一体化集成，易于实现批量制造和标准化生产，有利于市场推广，有利于降低成本、节能减排。

[0028] 4.对老电梯改造具有积极意义。电梯运行10-15年左右进入改造期，过去很多控制系统不同的电梯如进口电梯，寻找配型的产品难度很大，利用本发明，能够避开相关的技术壁垒，这对于降低改造成本，节约利用资源，具有积极意义。

[0029] 5.听觉信号和视觉信号的电子电路及其元器件集成布置在同一个PCB板上，利用同一个装置同时实现电梯视觉信号的显示和听觉信号的播放，有利于推广、使用、维护、更换。

[0030] 6.本发明的电梯信号显示装置，听觉信号与视觉信号采集及输出能够一体化集成在一个装置内（一块PCB电子电路板），避免了现有技术听觉信号采集需依赖硬件装置，如感应装置+连接线路+控制装置+扬声器构成语音系统或依赖电梯控制系统采集听觉信号的弊端。

附图说明

[0031] 图1为本发明的系统架构图；

[0032] 图2为本发明的控制流程图；

[0033] 图3为中央处理器电气原理图；

[0034] 图4(a)为电梯通讯及调试电气原理图；

[0035] 图4（b）为通讯管理模块电气原理图；

[0036] 图5为FPGA驱动电气原理图；

[0037] 图6（a）为语音芯片及功放电路电气原理图；

[0038] 图6（b）为USB在线下载电路；

[0039] 图7为显示装置电气原理图。

[0040] 其中，1.中央处理器，2.电梯通讯管理模块，3.Flash视觉存储模块，4.FPGA驱动模块，5.语音单片机，6.可写入听觉存储模块，7.TFT液晶显示屏，8.功率放大电路，9.内置扬声器。

具体实施方式

[0041] 下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

[0042] 如图1所示，一种电梯听觉信号采集装置，它包括中央处理器1，所述中央处理器1与电梯通讯管理模块2连接，所述电梯通讯管理模块2与电梯运行通讯数据线（称为通讯数据）连接。中央处理器1按照一定规则与电梯运行工况各节点（如某层停层的IP地址代码）建立约束关系，预先确定楼层位置和方向的参数（称为标定参数）。当电梯运行时，中央处理器1接收来自通讯管理模块2的通讯数据，与标定参数进行关联性分析也可称为数据标定。具体实施中，让电梯在首次运行时进行“数据自学习”，即，电梯全程逐层上、下运行一次，使通讯数据与标定参数建立对应关系。这时，每个楼层位置、方向的通讯数据就与标定参数一一对应了。由于现代电梯控制停站基本上采用的是距离原则，故一台电梯一旦安装在某建筑物井道之中，其楼层位置不会改变，电梯到规定的位置时其所发出通讯数据是唯一的物理量。由此，标定后的数据保存后，即可成为电梯听觉信号的指令来源。

[0043] 数据自学习的方法通过电梯按照顺序上下运行实现；电梯运行过程中，各工况通讯数据通过通讯管理模块2提供给中央处理器1，并按照一定的规则与标定参数一一对应，保存成功后，自学习完成。

[0044] 同时中央处理器1还与Flash视觉存储模块3和可写入听觉存储模块6连接，所述Flash存储模块3与FPGA驱动模块4连接，所述可写入听觉存储模块6与语音单片机5连接，所述FPGA驱动模块4和语音单片机5分别驱动TFT液晶显示屏7和内置扬声器9；中央处理器1根据接收到的电梯通讯管理模块2的数据，调用所述Flash视觉存储模块3和可写入听觉存储模块6中有关电梯当前状态的信息，向FPGA驱动模块4和语音单片机5同时发出指令，实现视觉信号与听觉信号的同步传送。

[0045] 所述语音单片机5与功率放大电路8连接，通过功率放大电路8驱动内置扬声器9。

[0046] 所述中央处理器1与语音单片机5采用三线串口时序控制进行数据传输。

[0047] 所述Flash存储模块3与可写入听觉存储模块6分别预置电梯运行的视觉信息如数字、文字、图形和听觉信息如背景音乐、语音报站等。

[0048] 如图2所示，中央处理器1对接收到的电梯通讯的数据进行数据标定，按即时工况调用所述Flash视觉存储模块3和可写入听觉存储模块6中有关电梯当前状态的信息，向FPGA驱动模块4和语音单片机5同时发出指令，实现视觉信号与听觉信号的传送。中央处理器1与语音单片机5采用三线串口时序控制进行数据交流，当接收到电梯通讯数据的变化特征参数为停层或故障时，中央处理器1同时发出两条指令，一条指令用于控制视觉信号，一条指令用于控制听觉信号。TFT液晶显示屏7在显示停层数字或方向箭头视觉信号的同时，内置扬声器9播报到站和方向语音信号；遇有故障停机，TFT液晶显示屏7可显示故障状态信号和救援等待中的抚慰语音信号。

[0049] 具体工况情况如下：

[0050] 工况1：电梯正常运行时，中央处理器1按照预定的模式将系统设定为正常运行状态，中央处理器1调用Flash视觉存储模块3当中关于电梯当前状态的视觉信息以及可写入听觉存储模块6当中的听觉信息如背景音乐，并向FPGA驱动模块4发出指令，FPGA驱动模块4驱动TFT液晶显示屏7工作，完成电梯位置和运行方向的显示；同时，中央处理器1按照预定的规则向语音单片机5发出指令，通过功率放大电路8驱动内置扬声器9。

[0051] 工况2：电梯到达某层并停站，设定为事件1发生；此时，系统的正常运行模式被打断，转入停层模式。此时，按照预定规则（某标定参数转换为电信号），中央处理器1调用Flash视觉存储模块3当中关于电梯当前状态的视觉信息，并向FPGA驱动模块4发出指令，驱动TFT液晶显示屏7完成电梯停靠位置和运行方向的显示；同时，中央处理器按照预定的规则向语音单片机5模块发出指令，驱动内置扬声器9根据对应的IP地址码发出语音信息，如“2楼，到，上行”。电梯完成关门动作后，中央处理器恢复正常运行，转入工况1状态。

[0052] 工况3：电梯发生故障，进入报警状态。关于故障的定义：电梯出现故障且停在非开锁区域（电梯故障停在开锁区域内，因轿厢地板与楼层地面的垂直距离小，一般人能够容易的出去，故电梯设计标准允许在此情况下，人员从轿厢内可以开门逃生。EN81－1：1998第3章定义，3.32条开锁区域指，（电梯）“停层地面上、下延伸的一段区域，在此区域内轿厢能使该层的层门开锁”。第7.7.1：（电梯）“在正常运行时，应不能打开层门，除非轿厢在该层门的开锁区域内已停止或在停站位置。开锁区域不应超过层站地面上下0.2m”。鉴于此，本发明以电梯故障停梯且停在非开锁区域为报警启动的设计输入）。

[0053] 电梯发生故障，设定为事件2发生，进入报警状态。此时，中央处理器1中断正常运行状态，按照预定的规则，调用Flash视觉存储模块3当中关于电梯当前状态的视觉信息，并向FPGA驱动模块4发出指令，FPGA驱动模块4驱动TFT液晶显示屏7工作，完成电梯故障状态的显示；同时，中央处理器1按照预定的规则向语音单片机5发出指令，通过功率放大电路8驱动内置扬声器9播送听觉信号，如“电梯故障，请保持镇定，救援人员马上来到您的身边”。

[0054] 事件1、事件2解除后，系统自动恢复正常运行状态。

[0055] 其中，听觉信号的声级在35dB〈A〉至65dB〈A〉之间（距离声源1m处测量）。

[0056] 语音数据采集分析及标定处理实例如下表所示：

[0057]

[0058] 如图3-图7所示，中央处理器1选用ARM微控制器LPC11C14；所述驱动模块选用FPGA驱动4；所述语音单片机5的型号为WT588D；语音单片机5与功率放大电路8连接，通过功率放大电路8驱动内置扬声器9；中央处理器1与语音单片机5采用三线串口时序控制进行数据传输；Flash存储模块3与可写入听觉存储模块6分别预置电梯运行状态的视觉信息和听觉信息。

[0059] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。