孙玉国 勾灿 / 上海理工大学光电信息与计算机工程学院

安卓手机在电梯加速度测量中的应用

孙玉国 勾灿 / 上海理工大学光电信息与计算机工程学院

针对电梯运行舒适性测量的问题，提出一种利用安卓手机内部的微机电（Micro-Electro-Mechanical-System， MEMS）加速度计对电梯加速度进行测量的方法。给出了MEMS加速度计信号采集与蓝牙无线传输的JAVA语言编程方法，利用C#语言编写了PC端数据显示与存储程序。对某型号客用电梯的起动、制动及运行过程中的加速度进行了测量，验证了测量方案的可行性。

电梯；加速度测量；MEMS传感器；JAVA语言

0 引言

电梯作为一种特种设备，其运行安全监测问题一直备受业界关注［1］。电梯的起动、制动与运行过程中的加速度变化是影响电梯运行舒适性的重要因素，GB/T 10059-1997对此有严格的技术要求。单就电梯加速度测量仪器而言，目前国内外有多种型号的产品。鉴于安卓智能手机的普及与售价的平民化趋势，本文尝试利用安卓手机内部的MEMS加速度计（又称作重力传感器）对电梯的运动速度进行测量，一方面可以降低测量成本，另外一方面也可利用安卓智能手机的无线通信功能将测量数据无线上传到远端的监控主机。

本文的主要工作在于：（1）通过JAVA语言编程获取MEMS加速度计的信号。（2）验证利用安卓手机对电梯加速度进行测量的可行性。

1 电梯加速度测量系统架构

如图1所示，安卓智能手机内部配备了三轴MEMS加速度计。作为一种惯性传感器［2］，它既可测量静态加速度也可测量动态加速度。其加速度敏感元件为X，Y，Z三个方向弱耦合的差动电容，传感器详细工作原理见参考文献［3］。

图1 利用安卓手机测量电梯运行加速度的示意图

2 加速度数据的采集与蓝牙传输

安卓系统提供了对传感器的支持，包括MEMS加速度计、MEMS陀螺仪以及测定方向的磁力传感器。本文主要应用安卓手机内部的MEMS加速度计，在APP开发时，MEMS加速度计数据的获取主要步骤如下：

1）获得传感器管理服务

2）注册传感器的监听器

3）监听传感器各种事件：使用android.hardware. SensorEventListener 接口监听传感器各种事件，即可获取传感器传回来的数据。

4）解除注册：程序暂停时取消注册传感器监听器，在onPause方法中实现。

随后，采集到的加速度数据即可通过蓝牙上传到笔记本电脑。其JAVA编程分为四个步骤：设置蓝牙设备，设备配对，连接设备以及设备之间的数据传输，具体实现代码不再赘述。电梯加速度数据采集与蓝牙传输程序运行界面如图2所示，加速度数据分辨力为1 mg。

图2 电梯加速度采集与蓝牙传输APP界面

3 电梯加速度测量实验与数据分析

参照GB/T 10059-1997将安卓手机安放在桥厢地面的正中，紧贴桥底。利用图2所示的APP即可将电梯在X，Y，Z三个方向上的加速度信号通过蓝牙发送到笔记本电脑。在笔记本电脑端利用C#语言编写了数据实时显示与存储程序，程序运行界面如图3所示：点击“停止测量”按钮，即可把电梯运行加速度数值保存成文本文件。

下面以垂直方向（Z轴）加速度为例进行数据分析，如图4所示：（1）按照电梯测试的行业规范，首先将加速度数据的单位由g转换为cm/s2。（2）图中的细线部分为原始数据，其高频成分（毛刺）为厢体的绝对振动加速度，反应了箱体在运行过程中的抖动现象。（3）经低通平滑滤波即可获取电梯的惯性加速度信号，如图中粗线部分所示：起动、运行、制动三个阶段的加速度变化明显，加速度峰值接近60 cm/s2，低于GB/T 10059-1997限定的最大值1.5 m/s2。

图3 电梯加速度数据曲线与存储界面

图4 电梯加速度数据滤波处理

4 结语

电梯运行过程中的加速度及其变化率是影响乘客舒适性的主要因素，本文提出了一种利用安卓智能手机内部的MEMS加速度计测量电梯加速度的方案，并给出了相应的技术实现方法。实验表明，利用安卓智能手机可以测量电梯X，Y，Z三个方向上的加速度，其测量准确度与零点初始化标定问题将在今后的工作中做进一步研究。

［1］蒋军成，王志荣. 工业特种设备安全［M］. 北京：机械工业出版社，2014.

［2］秦永元. 惯性导航［M］. 北京：科学出版社，2013.

［3］孙玉国，陈耀闯. 2.4 GHz无线振动测量系统的研制［J］. 仪表技术与传感器，2010（8）：50-52.

Application of android mobile phone in the acceleration measurement of elevators

Sun Yuguo，Gou Can
（School of Optical-Electrical and Computer Engineering， University of Shanghai for Science and Technology）

An acceleration measurement method based on the MEMS（Micro-Electro-Mechanical System） accelerometer built in android mobile phone was proposed to meet the elevator’s motion acceleration measurement requirement. Java language programming for MEMS accelerometer signal acquisition and bluetooth wireless transmission was presented. The program of acceleration data displaying and saving was developed by C# language in the personal computer. The acceleration of starting， braking and running of a certain type of passenger elevator was tested， and the feasibility of the method was verified.

elevator； acceleration measurement； MEMS sensor； Java language