基于直线运动红外线热释传感器的电梯空停解决方案研究

基于直线运动红外线热释传感器的电梯空停解决方案研究

刘旭阳

（石家庄二中实验学校（南校区）河北石家庄051430）

摘要：随着我国房地产行业的发展，电梯的使用量逐年增加，电梯的能耗问题也引起了人们的关注，许多学者利用多种探测器来感应待乘区是否有用户存在，来控制电梯的运行，进而解决空停问题，已经成为了共识，本文结合这一原理，利用红外线传感器，制定逻辑方案，选取软硬件设施来解决空停问题，希望有助于降低能源浪费，存进电梯绿色使用。

关键词：红外线传感器；电梯；空停；逻辑设计

引言

随着我国高层建筑数量的增加，电梯行业也随着迎来了春天。电梯作为高层建筑必备的配套设施，承担着主要的人员运输任务。电梯在服务方便大众的同时，其能源消耗问题也引起了关注。研究表明，电梯的能耗小于空调系统，但是远高于照明、供水系统的能源消耗[1]，因此如何降低电梯的能量消耗，提升能源利用率，是非常有研究意义的。

本次设计在已有的基础上，通过和桥厢内部传感器相结合，设置移动的红外线传感器的方法，来应对电梯空停的现象，来提高电梯的利用率，降低能源消耗。

一、电梯“空停”概念简述

电梯的能耗主要来源与调动及负载拖动消耗，据统计数据表明，该项的电耗量占总耗电量的70%[2]。因此在待机状态和运行状态，电梯电耗差别很大。但是在实际使用中，却常常出现“空停”现象，所谓的空停现象，就是因为用户在使用时，没有按照规范操作电梯，导致电梯在无人等待楼层停靠。这种空停现象带来了很多不利，首先其增加了能源浪费，其次，影响其他楼层人员电梯乘坐，耽误时间；最后加剧了电梯的负荷[3]。

针对电梯空停问题，最为核心的技术就是利用人体监测传感器来解决该问题。目前电梯常用的传感器有光学传感器、压力传感器、以及超声波传感器。其中光学传感器又包括可见光传感器，红外线传感器；压力传感器又分为电涡流式、电容式、电感式、电阻式、压电式。在这些传感器中，超声波传感器主要应用测距，但是超声波对于人体有一定的影响，限制了其使用范围。而压力传感器的使用更为广泛，现已经应用于电梯中，用于解决电梯空停问题[4]。如利用电梯等候区铺设压电薄膜地毯来探测是否又戴乘人员在改楼层。但是这种检测方式，收到地里范围的影响，每个人在等候电梯时，不仅仅时活动在固定的地毯上，可能游离在附近，这也就出现监控盲区。可见光传感器丢与光线有一定要求，并且在使用过程中，必须配备一定的人工识别系统，投入成本高于其他传感器，也限制了可见光传感器的使用[5]。而红外线传感器很好的避免了这些缺点，有着检测范围广，灵敏度高的特点，并且能耗较低，被广泛应用于防盗、保护等领域。因此本次空停解决方案设计引入红外线传感器。

二、工作原理

本次解决空停的方案的基本原理，就是利用红外线感应器探测待停楼层是否又人员等待，若无则自动取消电梯空停。此系统主要包括：红外线传感器，信号滤波，放大电路，比较电路，直线驱动器以及延时继电器等装置。其中红外线传感器的工作原理时依靠菲涅尔透镜将人体辐射的红外线聚焦到热释电探测元上，转化为电信号，然后通过电路的处理，将信号传递给控制器。该过程包括信号放大，信号的比较，以及信号的判断。直线驱动器协助红外线传感器是实现直线往复运动，可以将相对静止的人机状态，转变为相对运动状态，进而实现对静止人体的探测，而对于移动的人员，则可以自行检测到。当继电器捕捉到呼梯按钮信号被激活后，开启直线驱动器的电源，来进行判断时候有戴乘人员。通过这种方案，解决空停问题。

基于红外线感应器的逻辑设计

根据上面的原理，设计了图1所示的逻辑方案，该方案实现过程为，当待乘人按下呼停按钮以后，就会触发继电器，开启电机电源，呼听信号获取以后，电梯自带的位置传感器判断此时轿厢是否达到了呼停楼层，则按照正常开启电梯门，呼梯按钮复位，并且将直线驱动器关停。若未达到该楼层，则开启直线驱动器带动红外线热释传感器开始扫描是否有辐射红外线，将信号传递到电路中，进行判断比较，判断是否有人，若有人，则会给电梯自带的传感器释放信号，正常开启电梯门，若没有人，则取消请停指令和呼停按钮动作，并且同时关闭直线驱动器电源。

这种逻辑关系设计可解决无人候梯楼层停靠时响应呼梯停靠以及轿厢误按按钮导致电梯空停问题。

图1自动取消空停装置的逻辑方案

四、硬件设计方案

本次红外热释电传感器选用的时KDS9，需要配备成套的菲涅尔透镜，保证全方位的监控。本次的滤波电路使用的时RC带通滤波电路，考虑到人体的红外线辐射波长为7-9μm，来选用合适的电阻和电容。放大电路的实现时通过两级原酸放大器实现的。比较电路是基于运算放大器搭建窗口比较器实现，输出信号分为高低两个电平，来对应待乘区是否有人的不同状态，来完成识别。

五、结论与启示

本次应对电梯空现象本文进行了分析，首先分析了各种传感器的优缺点，以及使用范围，进而选取合理的传感器设备。其次，通过阐述其工作原理，来配置相应的系统组成。最后，针对电梯空停提出逻辑设计方案，来解决能源浪费的问题。但是在实际生活中，我们发现很多写字楼、居民楼都会出现空停的现象，这个不仅仅是简单的是否有人存在，而是一些操作规范和节能意识。

针对这些情况，也提出一些建议，希望有助于电梯能耗的降低。

取消电梯的基准停靠层，很多电梯使用率一般，但是其设置了电梯基准停靠层以后，就会造成多次的无人运行，自动上行或者下行，造成能源的消耗，不必要的空驶。针对这种情况，可以设定一些人流量大，来设置基准层。例如地铁层，医院的挂号取药楼层等。但是一些居民楼，则可以取消基准层。

减少不必要的低楼层电梯设置与使用，根据我国的相关规定，楼层超过6层以后应设置电梯，但是很多单位或者企业为了追求享受，在低楼层也设置了电梯。另外很多用户，工作或生活处在底层，如2、3层，但是也是使用电梯出行，也造成了电梯的能源的浪费。因此建议底层以步行运动。

按照同向、就近原则设置停靠。如果有人乘坐电梯上（下）行，则应当优先设置重载电梯接应；如果无人乘坐电梯上（下），则应当优先安排最近的电梯接应。

参考文献：

[1]张九华，何光普，何德鹏.电梯防空停控制系统：，CN203127938U[P].2013.

[2]张宗斌.公用电梯自动取消停靠装置初步设计[J].电子制作，2017（17）：37-38.

[3]姚丙申.电梯控制系统运行存在的弊端与改进[J].电子世界，2013（11）：106-106.

[4]李杰，刘铖浩，张晏熙，等.基于压力传感器的电梯节能检测模块设计与仿真[J].魅力中国，2017（52）.

[5]姚慧杰，高秀华，张英芝，等.电梯无效指令自动处理系统：，CN201172558[P].2008.