本发明提供一种基于陀螺仪的电梯平台测速系统，包括陀螺仪信号采集单元、陀螺仪信号分析单元、速度信号比较单元、振动信号比较单元、报警单元和大数据平台，陀螺仪信号采集单元连接至陀螺仪信号分析单元，陀螺仪信号分析单元分别连接至大数据平台、速度信号比较单元和振动信号比较单元，速度信号比较单元和振动信号比较单元分别连接至报警单元，如果存在异常，则向报警单元发送告警信号，报警单元连接至电梯维保部门，并在接到告警信号后向电梯维保部门发出报警信号。本发明还提供一种基于陀螺仪的电梯平台测速方法。本发明设计了利用陀螺仪参数的综合检测方法，能够准确反映电梯的运行状态，有效防范电梯风险和故障引起的危害。
1.一种基于陀螺仪的电梯平台测速方法，其特征是，该方法采用一种基于陀螺仪的电梯平台测速系统，该系统包括陀螺仪信号采集单元、陀螺仪信号分析单元、速度信号比较单元、振动信号比较单元、报警单元和大数据平台，陀螺仪采集单元安装在电梯轿厢内并实时采集固定在轿厢内的陀螺仪信息，陀螺仪信号采集单元连接至陀螺仪信号分析单元，陀螺仪信号分析单元对陀螺仪信息进行分析得到电梯轿厢的实时运行信息、有人时的运行信息以及日常运转时的运行信息，陀螺仪信号分析单元分别连接至大数据平台、速度信号分析单元和振动信号分析单元，陀螺仪信号分析单元将日常运转时的运行信息发送至大数据平台，同时将电梯轿厢的实时运行信息和有人时的运行信息分别发送至速度信号比较单元和振动信号比较单元，速度信号比较单元和振动信号比较单元分别连接至报警单元，速度信号比较单元从大数据平台获取对应的日常运行的速度信息，将该速度信息与实时运行信息中的速度信息进行比较，如果存在异常，则向报警单元发送告警信号，振动信号比较单元从大数据平台获取对应的日常运行的振动信息，将该振动信息与实时运行信息中的振动信息进行比较，如果存在异常，则向报警单元发送告警信号，报警单元连接至电梯维保部门，报警单元在接到告警信号后向电梯维保部门发出报警信号；
（1）陀螺仪信号采集单元采集电梯轿厢内的陀螺仪信息；
（2）陀螺仪信号采集单元将采集到的陀螺仪信息发送至陀螺仪信号分析单元；
（3）陀螺仪信号分析单元根据陀螺仪信息进行速度分析和振动分析，得到电梯实时运行的速度信息和振动信息；
（4）陀螺仪信号分析单元将分析得到的速度信息和振动信息分别发送至速度信号分析单元和振动信号分析单元；
（5）速度信号分析单元从大数据平台获取电梯日常运行的参考速度信息，并将该参考速度信息与陀螺仪信号分析单元分析所得的速度信息进行比较，判断是否达到报警阈值；
（6）振动信号分析单元从大数据平台获取电梯日常运行的参考振动信息，并将该参考振动信息与陀螺仪信号分析单元分析所得的振动信息进行比较，判断是否达到报警阈值；
（7）如果达到报警阈值，则速度信号分析单元和/或振动信号分析单元向报警单元发出报警信号；
（8）报警单元在收到报警信号后，向电梯维保部门发出报警提示；
在所述步骤（3）中，通过六轴陀螺仪实时获取陀螺仪的三轴角速度 与三轴加速度 ，根据陀螺仪的三轴角速度值与三轴加速度值解算得到陀螺仪当前姿态四元数 ，根据稳定的姿态四元数求解获取陀螺仪重力方向的加速度数值 ，再经过数值积分得到当前速度值；
同时对原始加速度信息进行功率谱分析，获取当前加速度的振动频谱q，，
2.根据权利要求1所述的一种基于陀螺仪的电梯平台测速方法，其特征是，陀螺仪分析单元通过陀螺仪姿态分析和振动分析的方法分析出实时加速度信息以及加速度的振动频率和强度，陀螺仪姿态分析包括姿态分解、离散变换和功率谱计算。
3.根据权利要求2所述的一种基于陀螺仪的电梯平台测速方法，其特征是，陀螺仪分析单元通过数值积分、模态分析、短时频谱分析和模式识别的手段深度分析得到电梯实时运行的速度信息和振动信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于陀螺仪的电梯平台测速方法，其特征是，陀螺仪分析单元将分析得到的电梯日常运行数据发送至大数据平台作为大数据平台中的数据存储。
5.根据权利要求4所述的一种基于陀螺仪的电梯平台测速方法，其特征是，大数据平台的参考信息包括电梯稳定运行速度、电梯稳定运行时的加速度峰谷值、加速度振动频率、谐振频率和包络信号。
6.根据权利要求1所述的一种基于陀螺仪的电梯平台测速方法，其特征是，陀螺仪信号分析单元采用通用处理设备CPU、ARM、DSP、GPU、FPGA、ASIC和单片机中的一种或多种，陀螺仪信号分析单元根据陀螺仪信息进行加速度分析和振动分析，获得实时速度信息和振动信息。
7.根据权利要求1所述的一种基于陀螺仪的电梯平台测速方法，其特征是，速度信号比较单元采用通用处理设备CPU、ARM、DSP、GPU、FPGA、ASIC和单片机中的一种或多种，速度信号比较单元将陀螺仪信号分析单元分析得到的速度信息与大数据平台的参考信息进行比较，判断是否需要报警。
8.根据权利要求1所述的一种基于陀螺仪的电梯平台测速方法，其特征是，振动信号比较单元采用通用处理设备CPU、ARM、DSP、GPU、FPGA、ASIC和单片机中的一种或多种，振动信号比较单元将陀螺仪信号分析单元分析得到的振动信息与大数据平台的参考信息进行比较，判断是否需要报警。
一种基于陀螺仪的电梯平台测速系统和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电梯测速领域，尤其涉及基于陀螺仪的电梯平台测速系统。
背景技术
[0002] 电梯现已作为一款重要的楼宇交通工具，而电梯的运行速度是电梯运转的重要参数，可获取电梯的运行高度、是否超速等状态。因而对电梯的运行速度进行检测十分重要。现有电梯状态检测方式，仅仅定期进行人工检测等，无实时电梯轿厢系统振动数据数据上报。或者仅针对轿厢内进行视音频数据采集，而没有关于电梯轿厢运行时的振动分析，精确判断电梯状态。
[0003] 例如，中国专利申请CN201110424438.9，公开了一种电梯轿厢速度测量方法、装置和系统，采用通过控制电梯轿厢顶部的超声波距离测量装置向电梯井道顶部发射超声波，得到测量距离，然后再根据测量距离来计算电梯轿厢速度。该技术方案主要根据轿厢顶部的超声测速仪进行测量距离，再根据测量距离来计算电梯轿厢速度。该方案首先超声测速仪的作用范围有限，且维持一定作用范围所需的功耗较高。另外针对电梯日常工作时产生的振动，若出现异常(比如电梯电机非正常运转、电梯轿厢碰撞等异常机械状态)并无从反馈。
发明内容
[0004] 本发明首先要解决的技术问题是，针对背景技术中存在的缺陷，提供一种基于陀螺仪的电梯平台测速系统。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于陀螺仪的电梯平台测速系统，包括陀螺仪信号采集单元、陀螺仪信号分析单元、速度信号比较单元、振动信号比较单元、报警单元和大数据平台，陀螺仪采集单元安装在电梯轿厢内并实时采集固定在轿厢内的陀螺仪信息，陀螺仪信号采集单元连接至陀螺仪信号分析单元，陀螺仪信号分析单元对陀螺仪信息进行分析得到电梯轿厢的实时运行信息、有人时的运行信息以及日常运转时的运行信息，陀螺仪信号分析单元分别连接至大数据平台、速度信号分析单元和振动信号分析单元，陀螺仪信号分析单元将日常运转时的运行信息发送至大数据平台，同时将电梯轿厢的实时运行信息和有人时的运行信息分别发送至速度信号比较单元和振动信号比较单元，速度信号比较单元和振动信号比较单元分别连接至报警单元，速度信号比较单元从大数据平台获取对应的日常运行的速度信息，将该速度信息与实时运行信息中的速度信息进行比较，如果存在异常，则向报警单元发送告警信号，振动信号比较单元从大数据平台获取对应的日常运行的振动信息，将该振动信息与实时运行信息中的振动信息进行比较，如果存在异常，则向报警单元发送告警信号，报警单元连接至电梯维保部门，报警单元在接到告警信号后向电梯维保部门发出报警信号。
[0006] 进一步地，陀螺仪信号分析单元采用通用处理设备CPU、ARM、DSP、GPU、FPGA、ASIC和单片机中的一种或多种，陀螺仪信号分析单元根据陀螺仪信息进行加速度分析和振动分析，获得实时速度信息和振动信息。
[0007] 进一步地，速度信号比较单元采用通用处理设备CPU、ARM、 DSP、GPU、FPGA、ASIC和单片机中的一种或多种，速度信号比较单元将陀螺仪信号分析单元分析得到的速度信息与大数据平台的参考信息进行比较，判断是否需要报警。
[0008] 进一步地，振动信号比较单元采用通用处理设备CPU、ARM、 DSP、GPU、FPGA、ASIC和单片机中的一种或多种，振动信号比较单元将陀螺仪信号分析单元分析得到的振动信息与大数据平台的参考信息进行比较，判断是否需要报警。
[0009] 本发明还提供一种基于陀螺仪的电梯平台测速方法，该方法应用上述系统，并包括以下步骤：
[0010] (1)陀螺仪信号采集单元采集电梯轿厢内的陀螺仪信息；
[0011] (2)陀螺仪信号采集单元将采集到的陀螺仪信息发送至陀螺仪信号分析单元；
[0012] (3)陀螺仪信号分析单元根据陀螺仪信息进行速度分析和振动分析，得到电梯实时运行的速度信息和振动信息；
[0013] (4)陀螺仪信号分析单元将分析得到的速度信息和振动信息分别发送至速度信号分析单元和振动信号分析单元；
[0014] (5)速度信号分析单元从大数据平台获取电梯日常运行的参考速度信息，并将该参考速度信息与陀螺仪信号分析单元分析所得的速度信息进行比较，判断是否达到报警阈值；
[0015] (6)振动信号分析单元从大数据平台获取电梯日常运行的参考振动信息，并将该参考振动信息与陀螺仪信号分析单元分析所得的振动信息进行比较，判断是否达到报警阈值；
[0016] (7)如果达到报警阈值，则速度信号分析单元和/或振动信号分析单元向报警单元发出报警信号；
[0017] (8)报警单元在收到报警信号后，向电梯维保部门发出报警提示。
[0018] 进一步地，陀螺仪分析单元通过陀螺仪姿态分析和振动分析的方法分析出实时加速度信息以及加速度的振动频率和强度，陀螺仪姿态分析包括姿态分解、离散变换和功率谱计算。
[0019] 进一步地，陀螺仪分析单元通过数值积分、模态分析、短时频谱分析和模式识别的手段深度分析得到电梯实时运行的速度信息和振动信息。
[0020] 进一步地，大数据平台的参考信息包括电梯稳定运行速度、电梯稳定运行时的加速度峰谷值、加速度振动频率、谐振频率和包络信号。
[0021] 本发明的有益效果是：本发明通过陀螺仪的参数计算，得到当前的实时加速度并计算得到当前运行速度，然后通过加速度进行实时振动分析得到电梯平台运行时轿厢的振动信号属性(包括但不限于振动频率、强度等)，根据实时信号与平台录入的参考信号进行比较，综合判断后给出电梯状态是否正常，平台参考信息为大数据平台根据采集得到的电梯日常运转的振动信号综合给出。本发明针对目前仅使用单轴方向的加速度值，无法真实反映电梯的日常运转速度的缺陷，设计了利用陀螺仪参数的综合检测方法，能够准确反映电梯的运行状态，有效防范电梯风险和故障引起的危害。
附图说明
[0022] 图1是本发明的流程框图。
[0023] 图2是本发明的系统布置示意图。
[0024] 图3为某一时间段采集的速度曲线图。
[0025] 图4为图3的加速度曲线图.
[0026] 图5为图3的加速度的频谱图。
[0027] 图6和图7分别为电梯日常运转时采集得到的电梯加速度以及频谱图，谱峰频率为2Hz。
[0028] 图8和图9分别为某次电梯异常时采集得到的电梯加速度以及频谱图。
具体实施方式
[0029] 以下结合附图对本发明的具体实施方案做进一步详细说明，应当指出的是，具体实施方案只是对技术方案的具体描述，并不是对本发明的限制。
[0030] 参照附图1、2。
[0031] 本发明提供一种基于陀螺仪的电梯平台测速系统，包括陀螺仪信号采集单元、陀螺仪信号分析单元、速度信号比较单元、振动信号比较单元、报警单元和大数据平台，陀螺仪采集单元包括但六轴陀螺仪、九轴陀螺仪等等安装在电梯轿厢的信息采集设备，用于采集固定于轿厢的陀螺仪信息，用于后续单元分析。
[0032] 陀螺仪信号采集单元连接至陀螺仪信号分析单元，陀螺仪信号分析单元采用通用处理设备CPU、ARM、DSP、GPU、FPGA、ASIC 和单片机中的一种或多种，陀螺仪信号分析单元根据陀螺仪信息进行加速度分析和振动分析，获得实时速度信息和振动信息，陀螺仪信号分析单元对陀螺仪信息进行分析得到电梯轿厢的实时运行信息、有人时的运行信息以及日常运转时的运行信息。
[0033] 陀螺仪信号分析单元连接至大数据平台并将日常运转时的运行信息发送至大数据平台，同时陀螺仪信号分析单元还分别连接至速度信号比较单元和振动信号比较单元，并将电梯轿厢的实时运行信息和有人时的运行信息分别发送至速度信号比较单元和振动信号比较单元。
[0034] 速度信号比较单元采用通用处理设备CPU、ARM、DSP、GPU、 FPGA、ASIC和单片机中的一种或多种，速度信号比较单元从大数据平台获取对应的日常运行的速度信息，将该速度信息与实时运行信息中的速度信息进行比较，如果存在异常，则向报警单元发送告警信号。
[0035] 振动信号比较单元采用通用处理设备CPU、ARM、DSP、GPU、 FPGA、ASIC和单片机中的一种或多种，振动信号比较单元从大数据平台获取对应的日常运行的振动信息，将该振动信息与实时运行信息中的振动信息进行比较，如果存在异常，则向报警单元发送告警信号，报警单元在接到告警信号后向电梯维保部门发出报警信号。
[0036] 上述系统的具体应用方法如下：
[0037] (1)陀螺仪信号采集单元采集电梯轿厢内的陀螺仪信息。
[0038] (2)陀螺仪信号采集单元将采集到的陀螺仪信息发送至陀螺仪信号分析单元。
[0039] (3)陀螺仪信号分析单元根据陀螺仪信息进行速度分析和振动分析，得到电梯实时运行的速度信息和振动信息；具体包括两步：
[0040] (3.1)陀螺仪分析单元通过陀螺仪姿态分析和振动分析的方法分析出实时加速度信息以及加速度的振动频率和强度，陀螺仪姿态分析包括姿态分解、离散变换和功率谱计算；
[0041] (3.2)陀螺仪分析单元通过数值积分、模态分析、短时频谱分析和模式识别的手段深度分析得到电梯实时运行的速度信息和振动信息。
[0042] 六轴陀螺仪可实时获取陀螺仪的三轴角速度[ωx ωy ωz]与三轴加速度[Accelometerx Accelometery Accelometerz]，根据陀螺仪的三轴角速度值与三轴加速度值可以解算得到陀螺仪当前姿态四元数 [q0 q1 q2 q3]，根据稳定的姿态四元数求解可获取陀螺仪重力方向的加速度数值Accreference，再经过数值积分即可得到当前速度值，图3为某一时间段采集的速度曲线图。
[0043] 同时对原始加速度信息进行功率谱分析，即可获取当前加速度的振动频谱q，[0044]
[0045]
[0046] 图4为上述的加速度曲线图，图5为加速度的频谱图。
[0047] (4)陀螺仪信号分析单元将分析得到的速度信息和振动信息分别发送至速度信号分析单元和振动信号分析单元。
[0048] (5)速度信号分析单元从大数据平台获取电梯日常运行的参考速度信息，并将该参考速度信息与陀螺仪信号分析单元分析所得的速度信息进行比较，判断是否达到报警阈值。
[0049] (6)振动信号分析单元从大数据平台获取电梯日常运行的参考振动信息，并将该参考振动信息与陀螺仪信号分析单元分析所得的振动信息进行比较，判断是否达到报警阈值。
[0050] 如果采集信号分析得到的频谱图突然产生畸变，频谱峰值剧烈变化，则此时电梯可能存在异常，需联系维保进行检修。
[0051] 图6和图7分别为电梯日常运转时采集得到的电梯加速度以及频谱图，谱峰频率为2Hz。
[0052] 图8和图9分别为某次电梯异常时采集得到的电梯加速度以及频谱图。
[0053] 由图6-图9的对比可见异常时刻与稳定运转时刻频谱有极大区别，且有新增谱峰频率10Hz、15Hz，此时电梯存在异常，建议联系维保进行检修。
[0054] 在(5)和(6)中，大数据平台的参考信息包括电梯稳定运行速度、电梯稳定运行时的加速度峰谷值、加速度振动频率、谐振频率和包络信号。
[0055] (7)如果达到报警阈值，则速度信号分析单元和/或振动信号分析单元向报警单元发出报警信号。
[0056] (8)报警单元在收到报警信号后，向电梯维保部门发出报警提示。
