超低功耗故障检测方法和超低功耗电梯开/关门故障检测装置与流程

1.本发明涉及物联网技术领域，具体为一种超低功耗故障检测方法和超低功耗电梯开/关门故障检测装置。


背景技术：

2.cn201310140976.4公开了一种低功耗自组网电梯视频监测系统，包括用于采集电梯状态数据的电梯数据采集终端、用于远程管控的远程监控服务中心、用于采集电梯轿厢图像的图像传感器、用于对图像传感器采集的图像进行压缩编码的图像处理装置、用于传输电梯数据采集终端采集的数据和经图像处理装置处理的图像数据的节点设备、与节点设备组网连接的汇聚点设备，汇聚点设备连接到远程监控服务中心。该发明的无线自组网电梯视频监控系统不依赖于运营商的网络，能实现全面、实时进行监控，且能有效降低传输数据量、功耗小、成本低。
3.cn201310709088.x公开了一种基于红外人体检测的电梯自动运转装置。包括红外传感器、重力传感器、电动机、电梯、控制器、警报器、电源。红外传感器、重力传感器、控制器及警报器均采用低功耗器件。该发明通过红外传感器对电梯入口处是否有乘客乘坐电梯进行检测，控制器根据红外传感器的检测结果自动控制电梯的运转；重力传感器对电梯上乘客的总重量进行测量，控制器根据重力传感器的测量结果控制警报器的工作状态。解决当前电梯无法对有无乘客进行判断而一直运转所造成的能源浪费，具有精确检测、节约能源及高效的优点。
4.上述两个方案都没有更好的低功耗的目标。
5.特别是cn201310709088.x，其采用传感器来控制电梯检测和运行，这已经是被领域常见的电梯节能技术。
6.随着社会经济和科技的不断发展，城市建筑越来越高，为了方便人们出入，这些建筑都安装了电梯，而随着电梯使用量的大量增加，电梯发生开关门故障的频率就越来越高。目前针对电梯门检测的方法有两种，第一种是接入电梯控制系统，但电梯控制系统是每个电梯生产商核心机密部分并不向往公开，并且每个电梯生产商的控制系统通信协议各不相同。第二种是采用传感器去监控电梯门的运行状态，但此方法对设备的安装有要求，设备只能安装在电梯门的夹板中，而此时设备供电成了一个问题，电梯门夹板中的设备很难接入电梯的电源系统。
7.所以本案解决的技术问题是：如何使电梯故障检测系统通过有限的非市电的方式达到长时间供电和运行的目的。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种超低功耗故障检测方法。该方法适用于大多数的不方便市电接入的故障检测的情景，本发明的方法能够只有2颗纽扣电池的情况下使故障检测
功能正常工作时长接近一年，如果换用电量更大的蓄电池，其续航时间可更长。
9.同时，本发明还公开了一种基于该方法的特别适用于电梯门故障的超低功耗电梯开/关门故障检测装置。
10.在阐述本发明的方案前，对本发明可能涉及的相关单位进行解释：
11.ua
‑‑‑‑
微安；ma
‑‑‑‑
毫安；1ma＝1000ua；mah
‑‑‑‑
毫安时；2kb
‑‑‑‑
2048个字节。
12.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超低功耗故障检测方法，所述方法涉及传感器以及控制器、电池，所述电池为传感器、控制器供电，所述传感器内置有fifo存储器，所述传感器的工作模式包括向fifo存储器内写入数据的fifo模式和不向fifo存储器内写入数据的bypass模式；
13.所述方法具体为：
14.步骤1：控制器处于休眠模式，传感器处于bypass模式，当传感器检测到数据变化超过第一阈值时，传感器进入fifo模式，并设置第一溢出中断值；
15.步骤2：当fifo存储器在步骤1中采集的数据量达到第一溢出中断值后，传感器唤醒控制器，使控制器处于工作模式；
16.步骤3：控制器分析fifo存储器在步骤1中采集的数据，得到分析结果；
17.当所述分析结果为正常时进行步骤4，当分析结果为异常时进行步骤5；
18.步骤4：控制器设置传感器处于bypass模式，控制器进入休眠模式；
19.步骤5：控制器设置传感器处于fifo模式，并设置第二溢出中断值，控制器进入休眠模式；
20.步骤6：传感器持续采集并向fifo存储器写入数据，并在本步骤采集的数据量达到第二溢出中断值时，传感器唤醒控制器，使控制器处于工作模式；
21.步骤7：控制器分析fifo存储器在步骤6中采集的数据，得到判断结果，并进入休眠模式。
22.在上述的超低功耗故障检测方法中，所述传感器选为六轴加速度传感器，其搭载的fifo存储器的存储容量为2kb。
23.在上述的超低功耗故障检测方法中，所述传感器具有一管脚和控制器电连接，当控制器需要唤醒控制器时，通过该管脚的电平变化使控制器从休眠模式进入到工作模式。
24.在上述的超低功耗故障检测方法中，所述第一溢出中断值小于或等于c
‑
v*t；其中c为fifo存储器的存储容量，v为存储器每秒的采样数据量；t为控制器从休眠模式转入工作模式的时长；
25.所述第二溢出中断值小于第一溢出中断值。
26.在上述的超低功耗故障检测方法中，当控制器处于bypass模式下，所述fifo存储器被清空。
27.在上述的超低功耗故障检测方法中，还包括通信模块，当所述步骤7中的判断结果为故障时，所述控制器通过通信模块向外界告警。
28.在上述的超低功耗故障检测方法中，所述步骤7：控制器分析fifo存储器在步骤6中采集的数据，得到判断结果；
29.所述判断结果分为故障和非故障；当判断结果为故障时，所述控制器通过通信模块向外界告警，并进入休眠模式，并设置传感器处于bypass模式；
30.当判断结果为非故障时，所述控制器进入休眠模式，并设置传感器处于bypass模式。
31.或者，所述步骤7为：控制器分析fifo存储器在步骤6中采集的数据，得到判断结果；
32.所述判断结果分为故障和非故障；
33.当判断结果为故障时，所述控制器通过通信模块向外界告警，并进入休眠模式，并设置传感器处于bypass模式；
34.当判断结果为非故障时，所述控制器进入休眠模式，统计fifo存储器在清空后达到第二溢出中断值的次数n，若次数n小于预设次数m，则进行步骤6，若次数n等于预设次数，则判断为非故障，所述控制器进入休眠模式，并设置传感器处于bypass模式。
35.在上述的超低功耗故障检测方法中，所述电池为至少一颗纽扣电池；
36.所述传感器为安装在电梯门内的用于检测加速度的传感器；
37.所述方法用于检测电梯门的开/关门故障。
38.同时，本发明还公开了一种用于实现如上任一所述的方法的超低功耗电梯开/关门故障检测装置，包括安装在电梯门内的用于检测加速度的传感器以及控制器、电池，所述电池为传感器、控制器供电，所述传感器内置有fifo存储器，所述传感器的工作模式包括向fifo存储器内写入数据的fifo模式和不向fifo存储器内写入数据的bypass模式；
39.所述传感器内设有如下模块：
40.第一溢出中断值控制模块：用于设定第一溢出中断值，并在fifo存储器内的数据达到第一溢出中断值时产生唤醒控制器的信号；
41.第二溢出中断值控制模块：用于根据控制器的指令设定第二溢出中断值，并在fifo存储器内的数据达到第二溢出中断值时产生唤醒控制器的信号；
42.第一模式切换模块：用于控制传感器处于fifo模式和bypass模式；并在传感器从bypass模式切换至fifo模式时，控制第一溢出中断值控制模块工作；
43.数据采集和分析模块：用于采集电梯门的运行加速度，并分析该加速度的数据变化超过第一阈值；当加速度的数据变化超过第一阈值时，控制第一模式切换模块使传感器从bypass模式切换至fifo模式；
44.所述控制器包括如下模块：
45.数据分析模块：用于从fifo存储器采集数据并分析，得到对应的分析结果和判断结果，并根据分析结果产生第一指令或第二指令，其中第一指令用于发送给第二溢出中断值控制模块使第二溢出中断值控制模块工作；所述第二指令用于发送给第一模式切换模块，使传感器处于bypass模式；
46.休眠控制模块：用于在数据分析模块得到分析结果和判断结果后产生休眠信号；
47.第二模式切换模块：用于控制控制器处于休眠模式和工作模式；所述第二模式切换模块根据传感器发送的唤醒控制器的信号使控制器从休眠模式转入工作模式；所述第二模式切换模块根据休眠控制模块的休眠信号从工作模式进入休眠模式。
48.在上述的超低功耗开/关门电梯故障检测装置中，所述传感器选为六轴加速度传感器，其搭载的fifo存储器的存储容量为2kb；
49.所述传感器具有一管脚和控制器电连接，所述唤醒控制器的信号为该管脚产生的
低电平信号，当控制器需要唤醒控制器时，通过该管脚的电平变化使控制器从休眠模式进入到工作模式；
50.还包括通信模块，当所述判断结果为故障时，所述控制器通过通信模块向外界告警；
51.所述电池为至少一颗纽扣电池。
52.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
53.本发明通过第一溢出中断值，唤醒控制器进行不长时间的计算如2s，然后立即进入休眠，如果第一溢出中断值的数据发现可能存在故障，则会经过第二溢出中断值的采集，对后续的故障进展情况进行监测，并在一段时间后控制器启动对第二溢出中断值的数据进行计算，该计算时长也不会太长。
54.通过上述的方法，可以使耗电大户cpu保持在绝大部分的时候在休眠状态(工作状态大概达到几毫安时的耗电量，休眠以微安时为单位的耗电量)，这样可以降低能耗。特别是在第一次数据采集和第二次数据采集间隔之间保持了控制器休眠，这对于延长装置的使用寿命是重要的。
55.以下文的具体计算为例：
56.设备采用两个纽扣电池供电，总共容量为590*2＝1180mah，cpu休眠模式下的功耗为11ua，正常工作的功耗为6.3ma(包含其它外围的所有器件的功耗)，传感器的功耗为9ua。假设电梯一天有12小时在运行，那么cpu在这12小时中正常的工作时间为12*3600/(52.8 2)*2＝1577秒，所消耗的电量为：1577*6.3/3600＝2.76mah，cpu一天中休眠时消耗的电量为：
57.(24*3600
‑
1577)*11/1000/3600＝0.26mah，传感器一天所消耗的电量为：24*3600*9/1000/3600＝0.22mah，那么一天设备所消耗的电量为：2.76 0.26 0.22＝3.24mah。两个纽扣电量总容量剩余20％之前设备都是能正常工作的，这样就可以算出设备能正常运行的天数：1180*0.8/3.24＝291天。
附图说明
58.图1和2为本发明的电梯门运行标准理想加速度曲线和实际的加速度曲线；
59.图3为本发明的实施例1的流程图；
60.图4为本发明的实施例2的结构图。
具体实施方式
61.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
62.实施例1
63.如图3，一种超低功耗故障检测方法，所述方法涉及设置在电梯门内的传感器、控制器、电池，该电池为2颗纽扣电池，所述电池为传感器、控制器供电，所述传感器内置有fifo存储器，所述传感器的工作模式包括向fifo存储器内写入数据的fifo模式和不向fifo
存储器内写入数据的bypass模式；
64.需要说目的是：本发明的方法特别适用于电梯门的开关门故障检测，但是并不代表仅仅适用于电梯门的开关门的检测，比如某些场景中需要对温度、压力进行持续观测判断的场景中也是适用的，比如在电动车中对于运转设备的温度判断，在温度超过阈值后可启动控制器分析数据，并在如本案的流程中持续监测数据并再次唤醒控制器分析故障情况等。
65.本实施例以电梯门开关门故障为场景进行具体介绍：
66.所述方法具体为：
67.步骤1：控制器处于休眠模式，传感器处于bypass模式，当传感器检测到数据变化超过第一阈值时，传感器进入fifo模式，并设置第一溢出中断值；
68.一般状况下，电梯处于静止非工作状态下，控制器处于休眠模式，传感器处于bypass模式；当电梯只要运行，传感器就会进入到fifo模式；
69.本发明的所述传感器选为六轴加速度传感器，其搭载的fifo存储器的存储容量为2kb，也就是说，只要轿厢有升降或门有开关，传感器都会检测到数据变化超过第一阈值；
70.本实施例所述的感器检测到数据为门的加速度数据，包括因轿厢升降产生的竖直方面的加速度数据和开关门产生的水平方向的传感器数据。在本步骤中，作为更为优选的，仅仅考虑水平方向的传感器数据。
71.传感器利用高通数字滤波器检测采样值，当一定数量的连续滤波数据超出了所设阈值时，触发fifo数据处理模式，采样值开始被保存在fifo中，直至数据处理模式被设置为bypass；如图1所示，图1中从左至右第三个点值即为第一阈值，图1为门正常工作情况下的加速度变化曲线图。
72.所述第一溢出中断值小于或等于c
‑
v*t；其中c为fifo存储器的存储容量，v为存储器每秒的采样数据量；t为控制器从休眠模式转入工作模式的时长；
73.在本实施例中，由于fifo存储器的存储容量为2kb，所以设计第一溢出中断值为1980字节，预留2s时间给控制器启动，在这2s时间内，传感器不会停止工作，但是其采集的数据并不会覆盖1980字节。
74.在实际应用中，主要遵循上述公式，第一溢出中断值可自行设计。
75.步骤2：当fifo存储器在步骤1中采集的数据量达到第一溢出中断值后，传感器唤醒控制器，使控制器处于工作模式；
76.在本实施例中，传感器和控制器采用电连接的方式实现唤醒，具体来说，所述传感器具有一管脚和控制器电连接，当控制器需要唤醒控制器时，通过该管脚的电平变化使控制器从休眠模式进入到工作模式。
77.步骤3：控制器分析fifo存储器在步骤1中采集的数据，得到分析结果；
78.当所述分析结果为正常时进行步骤4，当分析结果为异常时进行步骤5；
79.本发明的分析结果为正常或异常主要是参考电梯供应商发布的电梯门工作的加速度变化标准曲线，如图1，如果检测的加速度变化情况偏离图1一定程度(用户可设定该偏离程度的大小)，则判断为异常，否则则为正常。
80.当然电梯故障的标准曲线大多数情况下不止一个图，可能有多个或其他的标准曲线图作为参考比如图2；
81.步骤4：控制器设置传感器处于bypass模式，fifo存储器清空，控制器持续的监测数据，控制器进入休眠模式；
82.步骤5：控制器设置传感器处于fifo模式，并设置第二溢出中断值，控制器进入休眠模式；
83.步骤6：传感器持续采集并向fifo存储器写入数据，并在本步骤采集的数据量达到第二溢出中断值时，传感器唤醒控制器，使控制器处于工作模式；第二溢出中断值优选小于第一溢出中断值；在本实施例中，第二溢出中断值为1125字节。
84.以电梯开关门为例，第一溢出中断值主要用于判断开门时，是否发生了相关的加速度异常情况，如果存在，则进行第二溢出中断值的数据的采集；
85.第二溢出中断值实际上起着计数器的功能，例如1125字节，大概采样时间为30s，也就是说程序设定为开门后30s从理论上会进行关门；
86.通过第二溢出中断值的分析，分析在关门过程中是否符合标准曲线图，如果不符合，那么就会判断关门遇到故障。
87.步骤7：控制器分析fifo存储器在步骤6中采集的数据，得到判断结果，并进入休眠模式。
88.作为控制器的另外一个附加设备，还包括通信模块，所述步骤7具体为：控制器分析fifo存储器在步骤6中采集的数据，得到判断结果；
89.所述判断结果分为故障和非故障；当判断结果为故障时，所述控制器通过通信模块向外界告警，并进入休眠模式，并设置传感器处于bypass模式；
90.当判断结果为非故障时，所述控制器休眠模式，并设置传感器处于bypass模式。
91.上述的步骤7的具体实现方式适用于30s判断开门的情况。
92.还有另外一种情况是，为了与实际使用更为贴合，我们会将理论关门时间延长到5分钟，这种情况就是乘客按着开门按钮不松手的情况。为了能够在这种情况下避免误报警，我们可以采用另外一种方式实现步骤7，如下：
93.控制器分析fifo存储器在步骤6中采集的数据，得到判断结果；
94.所述判断结果分为故障和非故障；
95.当判断结果为故障时，所述控制器通过通信模块向外界告警，并进入休眠模式，并设置传感器处于bypass模式；
96.当判断结果为非故障时，所述控制器进入休眠模式，统计fifo存储器在清空后达到第二溢出中断值的次数n，若次数n小于预设次数m，则进行步骤6，若次数n等于预设次数，则判断为非故障，所述控制器进入休眠模式，并设置传感器处于bypass模式。
97.在此，m可以为8次、10次或12次，对应的是4分钟、5分钟、6分钟。
98.本实施例采用两个纽扣电池供电，总共容量为590*2＝1180mah，cpu休眠模式下的功耗为11ua，正常工作的功耗为6.3ma(包含其它外围的所有器件的功耗)，传感器的功耗为9ua。假设电梯一天有12小时在运行，那么cpu在这12小时中正常的工作时间为12*3600/(52.8 2)*2＝1577秒，所消耗的电量为：1577*6.3/3600＝2.76mah，cpu一天中休眠时消耗的电量为：
99.(24*3600
‑
1577)*11/1000/3600＝0.26mah，传感器一天所消耗的电量为：24*3600*9/1000/3600＝0.22mah，那么一天设备所消耗的电量为：2.76 0.26 0.22＝3.24mah。
两个纽扣电量总容量剩余20％之前设备都是能正常工作的，这样就可以算出设备能正常运行的天数：1180*0.8/3.24＝291天。
100.本实施例通过第一溢出中断值，唤醒控制器进行不长时间的计算如2s，然后立即进入休眠，如果第一溢出中断值的数据发现可能存在故障，则会经过第二溢出中断值的采集，对后续的故障进展情况进行监测，并在一段时间后控制器启动对第二溢出中断值的数据进行计算，该计算时长也不会太长。
101.通过上述的方法，可以使耗电大户cpu保持在绝大部分的时候在休眠状态(工作状态大概达到几毫安时的耗电量，休眠以微安时为单位的耗电量)，这样可以降低能耗。特别是在第一次数据采集和第二次数据采集间隔之间保持了控制器休眠，这对于延长装置的使用寿命是重要的。
102.实施例2
103.参考图4，一种用于实现实施例1所述的方法的超低功耗电梯开/关门故障检测装置，包括安装在电梯门内的用于检测加速度的传感器1以及控制器2、电池3，所述电池3为传感器1、控制器2供电，所述传感器1内置有fifo存储器4，所述传感器1的工作模式包括向fifo存储器4内写入数据的fifo模式和不向fifo存储器4内写入数据的bypass模式；
104.所述传感器1内设有如下模块：
105.第一溢出中断值控制模块11：用于设定第一溢出中断值，并在fifo存储器4内的数据达到第一溢出中断值时产生唤醒控制器2的信号；
106.第二溢出中断值控制模块12：用于根据控制器2的指令设定第二溢出中断值，并在fifo存储器4内的数据达到第二溢出中断值时产生唤醒控制器2的信号；
107.第一模式切换模块13：用于控制传感器1处于fifo模式和bypass模式；并在传感器1从bypass模式切换至fifo模式时，控制第一溢出中断值控制模块11工作；
108.数据采集和分析模块14：用于采集电梯门的运行加速度，并分析该加速度的数据变化超过第一阈值；当加速度的数据变化超过第一阈值时，控制第一模式切换模块13使传感器1从bypass模式切换至fifo模式；
109.所述控制器2包括如下模块：
110.数据分析模块21：用于从fifo存储器4采集数据并分析，得到对应的分析结果和判断结果，并根据分析结果产生第一指令或第二指令，其中第一指令用于发送给第二溢出中断值控制模块12使第二溢出中断值控制模块12工作；所述第二指令用于发送给第一模式切换模块13，使传感器1处于bypass模式；
111.休眠控制模块22：用于在数据分析模块21得到分析结果和判断结果后产生休眠信号；
112.第二模式切换模块23：用于控制控制器2处于休眠模式和工作模式；所述第二模式切换模块23根据传感器1发送的唤醒控制器2的信号使控制器2从休眠模式转入工作模式；所述第二模式切换模块23根据休眠控制模块22的休眠信号从工作模式进入休眠模式。
113.在本实施例中，所述传感器1选为六轴加速度传感器1，其搭载的fifo存储器4的存储容量为2kb；
114.所述传感器1具有一管脚和控制器2电连接，所述唤醒控制器2的信号为该管脚产生的低电平信号，当控制器2需要唤醒控制器2时，通过该管脚的电平变化使控制器2从休眠
模式进入到工作模式；
115.还包括通信模块5，当所述判断结果为故障时，所述控制器2通过通信模块5向外界告警；
116.所述电池3为至少一颗纽扣电池3。
117.其完整的工作过程为：
118.电梯门在开关的时候，数据采集和分析模块14控制第一模式切换模块13使传感器1从bypass模式切换至fifo模式，数据持续写入fifo存储器4，第一溢出中断值控制模块11在fifo存储器4内的数据达到第一溢出中断值时产生唤醒控制器2的信号；数据分析模块21从fifo存储器4采集数据并分析，得到对应的分析结果，并根据分析结果产生第一指令或第二指令，如果是正常结果，则生成第二指令并发送给第一模式切换模块13，使传感器1处于bypass模式；如果是异常结果，则生成第一指令并发送给第二溢出中断值控制模块12使第二溢出中断值控制模块12工作；休眠控制模块22在数据分析模块21得到分析结果和判断结果后产生休眠信号，第二模式切换模块23根据休眠信号使控制器2进入休眠；
119.第二溢出中断值控制模块12在fifo存储器4内的数据达到第二溢出中断值时产生唤醒控制器2的信号，第二模式切换模块23使控制器2从休眠模式转入工作模式，数据分析模块21从fifo存储器4采集数据并分析，得到对应的判断结果，休眠控制模块22产生休眠信号，第二模式切换模块23根据休眠信号使控制器2进入休眠模式；所述判断结果为故障时，所述控制器2通过通信模块5向外界告警；不管是判断结果是故障还是非故障，传感器1都转入bypass模式。
120.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。