一種限速器測試系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明涉及電梯限速器系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種智能化的限速器測試系統(tǒng)。

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背景技術(shù)：
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目前對限速器進行校驗時通常采用以下兩種設(shè)備：

(1)電梯限速器測試儀，體積、重量均比較大，使用時將小塊磁鐵貼到限速器繩輪的側(cè)面，采用霍爾傳感器采集信號，通過測限速器繩輪的圈速來計算限速器節(jié)圓的線速度。由于限速器繩輪每轉(zhuǎn)一圈采集一次脈沖信號，而限速器繩輪的速度是變化的，所以測量的數(shù)值與限速器動作實際速度存在一定的誤差。驅(qū)動電機的尺寸較大、攜帶不方便；驅(qū)動電機的功率有限，不適合高速限速器的使用；驅(qū)動電機使用時間較長存在過熱的現(xiàn)象；在進行檢測時操作比較繁瑣，耗時長；沒有數(shù)據(jù)存儲和備份。

(2)專用測速表與調(diào)速電鉆相結(jié)合的設(shè)備：使用調(diào)速電鉆來驅(qū)動繩輪；將專用測速表與限速器繩輪接觸來檢測繩輪緣的速度，由于存在打滑的現(xiàn)象，所以檢測的速度也存在一定的誤差。由限速器繩輪突然制停，測量的動作數(shù)值可能是已經(jīng)降低的數(shù)值，所以往往會產(chǎn)生錯誤，需要重新檢測。

已有的設(shè)備存在著驅(qū)動力不足、不適用于高速限速器、誤差較大、體積大攜帶不便、操作繁瑣、無數(shù)據(jù)存儲等問題。

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技術(shù)實現(xiàn)要素：
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為了解決現(xiàn)有設(shè)備能校驗的速度低的問題，本發(fā)明開發(fā)一套限速器控制系統(tǒng)，對限速器的速度信號進行采集、計算、存儲和輸出，在降低校驗人員的勞動強度的同時提高工作效率，還兼顧數(shù)據(jù)存儲和傳輸。

為了實現(xiàn)上述目的，設(shè)計一種限速器測試系統(tǒng)，包括限速器、驅(qū)動模塊、光電傳感器、信號處理模塊、數(shù)據(jù)處理平臺、無線通訊模塊及打印機，所述的驅(qū)動模塊由調(diào)速系統(tǒng)、驅(qū)動電機組成，所述的驅(qū)動電機上設(shè)有調(diào)速系統(tǒng)，驅(qū)動電機通過調(diào)速系統(tǒng)控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，從而帶動與驅(qū)動電機相連的限速器旋轉(zhuǎn)，所述的限速器上設(shè)有光電傳感器，光電傳感器采集限速器的轉(zhuǎn)速信號，并通過光電傳感器的信號輸出端輸出脈沖信號至信號處理模塊的輸入端，信號處理模塊將光電傳感器采集的信號經(jīng)算法運算后進行濾波整形，通過無線通訊模塊傳送給數(shù)據(jù)處理平臺，數(shù)據(jù)處理平臺對采集的數(shù)據(jù)進行初步的處理和存儲，并將測量結(jié)果通過無線通訊模塊發(fā)送至打印機打印。

所述的數(shù)據(jù)處理平臺采用型號為CY8C27443的芯片作為中央處理器，中央處理器分別連接無線通訊模塊、電氣接口電路、聲音傳感器及其驅(qū)動電路、光電傳感器及其驅(qū)動電路，中央處理器外圍設(shè)有用于供電的電源模塊。

所述的驅(qū)動模塊包括調(diào)速系統(tǒng)及驅(qū)動電機，所述的驅(qū)動電機一端接至220V交流電源，驅(qū)動電機另一端連接調(diào)速系統(tǒng)及開關(guān)K1后接至220V交流電源以控制驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速，所述的調(diào)速系統(tǒng)由電阻R1、可調(diào)電阻R2、電容C1及雙向可控硅VT組成，所述的雙向可控硅VT的第二陽極T2端與驅(qū)動電機一端相連，在雙向可控硅VT的第二陽極T2端與驅(qū)動電機之間引出一端依次串聯(lián)電阻R1、可調(diào)電阻R2、電容C1后接至雙向可控硅VT的第一陽極T1端，雙向可控硅VT的控制極G端連接至電容C1及可調(diào)電阻R2之間，雙向可控硅VT的第一陽極T1端另引出一端連接開關(guān)K1后連接至220V交流電源。

所述的光電傳感器由光電傳感器驅(qū)動電路驅(qū)動，光電傳感器驅(qū)動電路的信號輸入端為Pulse_in端，Pulse_in端接收限速器的轉(zhuǎn)速信號后接至接插件J4的3號管腳，在Pulse_in端與接插件J4的3號管腳之間依次并聯(lián)壓敏電阻VR4、電容C19、電阻R18，接插件J4的1號管腳接地，接插件J4的2號管腳接+12V供電電壓，在接插件J4的3號管腳與接插件J4的2號管腳之間接有電阻R13。

所述的限速器測試系統(tǒng)還設(shè)有電源模塊，電源模塊使用2600mAh的電池為整個限速器測試系統(tǒng)供電，同時為光電傳感器提供+12V電壓，電源模塊的充電接口采用Micro USB。

所述的限速器測試系統(tǒng)還設(shè)有聲音傳感器，所述的聲音傳感器由聲音傳感器驅(qū)動電路控制，所述的聲音傳感器驅(qū)動電路的輸出信號端串聯(lián)極性電容C2后接至場效應(yīng)晶體管Q1的漏極，在極性電容C2與場效應(yīng)晶體管Q1的漏極之間引出一端連接電阻R3后接+Vs，場效應(yīng)晶體管Q1的門極接至聲音傳感器MIC的一端，聲音傳感器MIC的另一端連接至場效應(yīng)晶體管Q1的源極，場效應(yīng)晶體管Q1的源極另抽出一端連接至地線。

所述的電氣接口電路信號輸入端為SW_IN3端，SW_IN3端接至接插件J17的1號管腳，在SW_IN3端與接插件J17的1號管腳之間依次并聯(lián)壓敏電阻VR3、電容C26，接插件J4的2號管腳、3號管腳、4號管腳、5號管腳并聯(lián)后接地，接插件J4的1號管腳抽出一端接電阻R34后接VCC供電電壓。

所述的無線通訊模塊采用HC-05藍牙通訊模塊。

所述的打印機采用帶有藍牙接口的熱敏打印機。

所述的算法采用光電傳感器采集的時間信號及相鄰兩次采集時間差，假設(shè)光電傳感器第n次采集到信號的時間為t_n，此時光電傳感器的線速度為v_n；光電傳感器第n+1次采集到信號的時間為t_n+1，則這相鄰兩次信號采集的時間差為：

Δt_n＝t_n+1-t_n

a.計算中間速度：從t_n到時間t_n+1，運轉(zhuǎn)的周長為s＝πg(shù)d，其中d為現(xiàn)場測量的限速器輪盤的直徑；則在t_n到時間t_n+1之間的平均速度為：

$v_n^{\′}=\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_n}$

假設(shè)限速器輪做勻加速運動，t_n到時間t_n+1中間時刻為：

$t_n^{\′}=\frac{t_n+t_{n+1}}{2}$

從t_n到時間t_n+1的中間時刻的速度為：

$v_n^{\′}=\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_n}$

b.計算加速度：從t'_n到時間t'_n+1的加速度a_n為：

$a_n=\frac{v_{n+1}^{\′}-v_n^{\′}}{t_{n+1}^{\′}-t_n^{\′}}$

c.計算動作速度：假設(shè)限速器在第n次信號采集后，即時間t_n后又運行了Δt_r，則限速器動作的時刻t_r為：

t_r＝t_n+Δt_r

則動作速度v_r為：

$v_r=v_{n-1}^{\′}+a_{n-2}(\frac{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}{2}+{\mathrm{\Δt}}_r)$

上式中：

$v_{n-1}^{\′}=\frac{S}{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}$

$a_{n-2}=\frac{v_{n-1}^{\′}-v_{n-2}^{\′}}{t_{n-1}^{\′}-t_{n-2}^{\′}}=\frac{\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}-\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_{n-2}}}{\frac{{\mathrm{\Δt}}_{n-2}}{2}+\frac{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}{2}}=\frac{2s({\mathrm{\Δt}}_{n-2}-{\mathrm{\Δt}}_{n-1})}{{\mathrm{\Δt}}_{n-2}\·{\mathrm{\Δt}}_{n-1}\·({\mathrm{\Δt}}_{n-2}+{\mathrm{\Δt}}_{n-1})}$

所以動作速度v_r表達式為：

$v_r=\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}+\frac{2s({\mathrm{\Δt}}_{n-2}-{\mathrm{\Δt}}_{n-1})}{{\mathrm{\Δt}}_{n-2}\·{\mathrm{\Δt}}_{n-1}\·({\mathrm{\Δt}}_{n-2}+{\mathrm{\Δt}}_{n-1})}\·(\frac{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}{2}+{\mathrm{\Δt}}_r)$

上式等號右邊所有的參數(shù)均為已知或是采集到的數(shù)據(jù)，從而根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)計算限速器動作速度的數(shù)值。

與現(xiàn)有的設(shè)備相比較，本系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點：

1.通過調(diào)速系統(tǒng)對驅(qū)動裝置加速進行控制，從而控制限速器的加速，調(diào)速系統(tǒng)能控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速較平穩(wěn)增長，調(diào)速范圍較大、調(diào)速平滑性好、調(diào)節(jié)穩(wěn)定性好、成本低；

2.采用穩(wěn)定性高、操作、攜帶方便的光電開關(guān)作為測速裝置，根據(jù)限速器加速特征設(shè)計了算法，根據(jù)動作前的采集的個點速度，擬合限速器的聯(lián)系運動速度，對采集的速度信號進行處理，計算限速器動作速度的數(shù)值，大大提高測定數(shù)據(jù)的校驗精度；

3.信號采集、信號處理、打印、驅(qū)動等模塊之間均采用藍牙形式的無線數(shù)據(jù)傳輸，能點對點及點對多點通信，省去現(xiàn)場接線帶來的不便，有助于提高了工作效率；

4.帶有數(shù)據(jù)處理平臺，速度快，安全可靠，便于數(shù)據(jù)的移動和共享，能對海量的檢驗數(shù)據(jù)進行存儲以及統(tǒng)計分析，方便地與其他系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，帶有打印機，可在現(xiàn)場輸出簡版的檢測數(shù)據(jù)報告；

5.通過聲音傳感器捕獲限速器動作的聲音來確定限速器的機械動作速度，把聲音傳感器應(yīng)用到測試中，可以在限速器動作的瞬間，檢測到信號，提高了測試系統(tǒng)精度和自動化程度。

[附圖說明]

圖1是本發(fā)明的組成連接示意圖；

圖2是本發(fā)明中信號流程處理示意圖；

圖3是本發(fā)明電路連接示意圖；

圖4是本發(fā)明中調(diào)速系統(tǒng)連接示意圖；

圖5是本發(fā)明中光電傳感器驅(qū)動電路圖；

圖6是本發(fā)明中聲音傳感器驅(qū)動電路圖；

圖7是本發(fā)明中電氣接口電路圖。

[具體實施方式]

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明，這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理對本專業(yè)的人來說是非常清楚的。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例1

參見圖1及圖2，本限速器測試系統(tǒng)包括限速器、驅(qū)動模塊、光電傳感器、信號處理模塊、數(shù)據(jù)處理平臺、無線通訊模塊及打印機，驅(qū)動模塊由調(diào)速系統(tǒng)、驅(qū)動電機組成，驅(qū)動電機上設(shè)有調(diào)速系統(tǒng)，驅(qū)動電機通過調(diào)速系統(tǒng)控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，從而帶動與驅(qū)動電機相連的限速器旋轉(zhuǎn)，限速器上設(shè)有光電傳感器，光電傳感器采集限速器的轉(zhuǎn)速信號，并通過光電傳感器的信號輸出端輸出脈沖信號至信號處理模塊的輸入端，信號處理模塊將光電傳感器采集的信號經(jīng)算法運算后進行濾波整形，通過無線通訊模塊傳送給數(shù)據(jù)處理平臺，數(shù)據(jù)處理平臺對采集的數(shù)據(jù)進行初步的處理和存儲，并將測量結(jié)果通過無線通訊模塊發(fā)送至打印機打印。

數(shù)據(jù)處理平臺采用型號為CY8C27443的芯片作為中央處理器，中央處理器分別連接無線通訊模塊、電氣接口電路、聲音傳感器及其驅(qū)動電路、光電傳感器及其驅(qū)動電路，中央處理器外圍設(shè)有用于供電的電源模塊，見圖3。可以現(xiàn)在流行的PAD作為數(shù)據(jù)處理的硬件平臺，基于Android操作系統(tǒng)開放專用的數(shù)據(jù)處理軟件，該數(shù)據(jù)處理平臺的功能有：

(1)管理功能，包括日期管理，檢測項目管理，文件管理，檢測報告的生成與編輯等。

(2)數(shù)據(jù)的存儲，輸出，移動等，數(shù)據(jù)存儲器可使用SD卡，這種存儲介質(zhì)速度快，安全可靠，便于數(shù)據(jù)的移動和共享；

(3)新型設(shè)備具有海量的數(shù)據(jù)存貯空間，數(shù)據(jù)處理方便，可為監(jiān)察機構(gòu)提供更豐富的數(shù)據(jù)資料。

電源電路為整個測試模塊系統(tǒng)供電，同時為光電開關(guān)提供+12V壓，需要考慮以下方面因素：

(1)考慮到系統(tǒng)的便攜特點，使用電池供電；

(2)考慮到系統(tǒng)的充電的便利性，本模塊使用電池的充電接口采用Micro USB；

(3)考慮到系統(tǒng)電池的使用壽命，本模塊使用2600mAh的電池，并在電路上設(shè)計了電源管理。

數(shù)據(jù)處理平臺、信號采集模塊、打印機之間都采用藍牙進行無線通訊，省去現(xiàn)場接線帶來的不便，有助于提高了工作效率，無線通訊模塊采用廣為使用的HC-05藍牙通訊模塊，其內(nèi)置2.4GHz天線，用戶無需調(diào)試天線。

為了方便電梯限速器校驗人員可以在校驗現(xiàn)場直接打印校驗結(jié)果(或簡易校驗報告)，選配了便攜式打印機，本著給用戶最多自由的原則，只要用戶使用打印機支持藍牙接口即可使用。可配置斯普瑞特的T9打印機，該打印機屬于熱敏打印機，具有重量輕、體積小的特點，便于攜帶，完全滿足研制的需要。

本項目采用串級調(diào)速的方式對驅(qū)動電機進行控制，其調(diào)速原理是利用可控硅調(diào)壓來改變電機的轉(zhuǎn)速，串級調(diào)速具有調(diào)速范圍較大、調(diào)速平滑性好、調(diào)節(jié)穩(wěn)定性好、成本低的特點。驅(qū)動模塊包括調(diào)速系統(tǒng)及驅(qū)動電機，見圖4，驅(qū)動電機一端接至220V交流電源，驅(qū)動電機另一端連接調(diào)速系統(tǒng)及開關(guān)K1后接至220V交流電源以控制驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速，調(diào)速系統(tǒng)由電阻R1、可調(diào)電阻R2、電容C1及雙向可控硅VT組成，雙向可控硅VT的第二陽極T2端與驅(qū)動電機一端相連，在雙向可控硅VT的第二陽極T2端與驅(qū)動電機之間引出一端依次串聯(lián)電阻R1、可調(diào)電阻R2、電容C1后接至雙向可控硅VT的第一陽極T1端，雙向可控硅VT的控制極G端連接至電容C1及可調(diào)電阻R2之間，雙向可控硅VT的第一陽極T1端另引出一端連接開關(guān)K1后連接至220V交流電源。

傳統(tǒng)的限速器動作信號檢測方式是通過人的觀感后者通過一段時間內(nèi)沒有得到轉(zhuǎn)速信號來判斷，這樣會給檢測帶來一定的誤差。由于大部分的限速器在機械動作時，有較大的動作聲音，對于此類限速器，可以通過捕獲限速器動作的聲音來確定限速器的機械動作速度，所以本設(shè)備內(nèi)置了一個聲音傳感器。為了適應(yīng)電梯限速器使用現(xiàn)場的環(huán)境復(fù)雜的特點，經(jīng)過多方的比較和試驗，聲音傳感器由聲音傳感器驅(qū)動電路控制，見圖6，聲音傳感器驅(qū)動電路的輸出信號端串聯(lián)極性電容C2后接至場效應(yīng)晶體管Q1的漏極，在極性電容C2與場效應(yīng)晶體管Q1的漏極之間引出一端連接電阻R3后接+Vs，場效應(yīng)晶體管Q1的門極接至聲音傳感器MIC的一端，聲音傳感器MIC的另一端連接至場效應(yīng)晶體管Q1的源極，場效應(yīng)晶體管Q1的源極另抽出一端連接至地線。

電梯限速器校驗設(shè)備的使用環(huán)境較為復(fù)雜，有較大的機械和電子噪聲。為了確保在現(xiàn)場使用的可靠性，在電氣端口增加電磁保護器件，見圖7，電氣接口電路信號輸入端為SW_IN3端，SW_IN3端接至接插件J17的1號管腳，在SW_IN3端與接插件J17的1號管腳之間依次并聯(lián)壓敏電阻VR3、電容C26，接插件J4的2號管腳、3號管腳、4號管腳、5號管腳并聯(lián)后接地，接插件J4的1號管腳抽出一端接電阻R34后接VCC供電電壓。該電路利用壓敏電阻的非線性特性，當(dāng)過電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩極間，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個相對固定的電壓值，從而實現(xiàn)對后級電路的保護。

光電傳感器由光電傳感器驅(qū)動電路驅(qū)動，電源電路輸出+12V電壓給光電傳感器，光電傳感器輸出脈沖信號給信號調(diào)理電路；信號調(diào)理電路對脈沖信號進行濾波整形傳送給中央處理器，參見圖5，光電傳感器驅(qū)動電路的信號輸入端為Pulse_in端，Pulse_in端接收限速器的轉(zhuǎn)速信號后接至接插件J4的3號管腳，在Pulse_in端與接插件J4的3號管腳之間依次并聯(lián)壓敏電阻VR4、電容C19、電阻R18，接插件J4的1號管腳接地，接插件J4的2號管腳接+12V供電電壓，在接插件J4的3號管腳與接插件J4的2號管腳之間接有電阻R13。

其中，算法采用光電傳感器采集的時間信號及相鄰兩次采集時間差，采集方式為：在限速器輪盤上設(shè)有感應(yīng)元件A(可采用反光片或磁片)，限速器支架上裝設(shè)有感應(yīng)裝置B(可采用光電傳感器或霍爾傳感器)，限速器輪盤在外力驅(qū)動下做勻加速運動，每當(dāng)感應(yīng)元件A經(jīng)過感應(yīng)裝置B時，(假設(shè)感應(yīng)元件A的位置和限速器鋼絲繩的中心重合，這樣感應(yīng)元件A的線速度就等于鋼絲繩規(guī)定點的線速度)，B為感應(yīng)裝置，每當(dāng)感應(yīng)元件A經(jīng)過感應(yīng)裝置B時，感應(yīng)裝置采集一次信號，記錄每次采集信號的時間，假設(shè)光電傳感器第n次采集到信號的時間為t_n，此時光電傳感器的線速度為v_n；光電傳感器第n+1次采集到信號的時間為t_n+1，則這相鄰兩次信號采集的時間差為：

Δt_n＝t_n+1-t_n

a.計算中間速度：從t_n到時間t_n+1，運轉(zhuǎn)的周長為s＝πg(shù)d，其中d為現(xiàn)場測量的限速器輪盤的直徑；則在t_n到時間t_n+1之間的平均速度為：

$v_n^{\′}=\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_n}$

假設(shè)限速器輪做勻加速運動，t_n到時間t_n+1中間時刻為：

$t_n^{\′}=\frac{t_n+t_{n+1}}{2}$

從t_n到時間t_n+1的中間時刻的速度為：

$v_n^{\′}=\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_n}$

b.計算加速度：從t'_n到時間t'_n+1的加速度a_n為：

$a_n=\frac{v_{n+1}^{\′}-v_n^{\′}}{t_{n+1}^{\′}-t_n^{\′}}$

c.計算動作速度：假設(shè)限速器在第n次信號采集后，即時間t_n后又運行了Δt_r，則限速器動作的時刻t_r為：

t_r＝t_n+Δt_r

則動作速度v_r為：

$v_r=v_{n-1}^{\′}+a_{n-2}(\frac{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}{2}+{\mathrm{\Δt}}_r)$

上式中：

$v_{n-1}^{\′}=\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}$

$a_{n-2}=\frac{v_{n-1}^{\′}-v_{n-2}^{\′}}{t_{n-1}^{\′}-t_{n-2}^{\′}}=\frac{\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}-\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_{n-2}}}{\frac{{\mathrm{\Δt}}_{n-2}}{2}+\frac{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}{2}}=\frac{2s({\mathrm{\Δt}}_{n-2}-{\mathrm{\Δt}}_{n-1})}{{\mathrm{\Δt}}_{n-2}\·{\mathrm{\Δt}}_{n-1}\·({\mathrm{\Δt}}_{n-2}+{\mathrm{\Δt}}_{n-1})}$

所以動作速度v_r表達式為：

$v_r=\frac{s}{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}+\frac{2s({\mathrm{\Δt}}_{n-2}-{\mathrm{\Δt}}_{n-1})}{{\mathrm{\Δt}}_{n-2}\·{\mathrm{\Δt}}_{n-1}\·({\mathrm{\Δt}}_{n-2}+{\mathrm{\Δt}}_{n-1})}\·(\frac{{\mathrm{\Δt}}_{n-1}}{2}+{\mathrm{\Δt}}_r)$

上式等號右邊所有的參數(shù)均為已知或是采集到的數(shù)據(jù)，從而根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)計算限速器動作速度的數(shù)值。根據(jù)動作前的采集的個點速度，擬合限速器的聯(lián)系運動速度，從而根據(jù)動作時間插值算出動作的速度，有效提高了校驗的精度。