嵌入式与云平台管理的无接触式电梯智能联控交互系统

2022-07-23广东技术师范大学蔡晓哲马锐军王晓军许熙熙陈文霞李蔚敏

电子世界 2022年1期

广东技术师范大学蔡晓哲马锐军王晓军许熙熙苏乐陈文霞丁韩李蔚敏

在新冠疫情的影响下，密闭的电梯间成为防控新冠肺炎病毒交叉感染的重点场所之一。针对这一问题，本项目设计了一套基于嵌入式与云平台管理的无接触电梯智能联控交互系统。该系统基于嵌入式平台，集成了激光测距技术、智能语音交互技术和云平台开发管理技术。激光技术可实现用户通过手指在空中点按楼层，无需直接接触按键的主要功能，同时辅以语音交互以及云管理平台建立实时通信。本项目实时性好，稳定性高，且适用性广泛，可灵活应用于多种电梯系统中。

随着新冠肺炎的蔓延和反复性，国民的防疫意识提高，对无接触出行有了更高的要求。电梯作为出行的必经场所，传统的电梯案结案均为不锈钢材质，而在室温条件下，新冠肺炎病毒可在不锈钢表面存活7天，在21℃和30～40RH条件下，人冠状病毒229E（human coronavirus 229E，H-CoV 229E）在不锈钢表面持续存在5天后仍具有传染性，即使通过紫外线或者消毒剂擦拭按钮，人们乘坐电梯时存在被病毒感染的风险。截至2020年年底，全国电梯登记数量约八百万台，这给电梯维保和更新市场带来巨大的发展空间。国内无接触电梯市场现状随着信息化的不断加深，计算机技术，物联网和数据算法的发展，我国的智能化发展体系日趋完善，无接触电梯行业得到了越来越广泛的关注和发展。本文设计的系统基于STM32嵌入式平台，采用了激光测距扫描技术，根据按键面板硬件部分，制定了数据范围算法，精准地识别出用户按下的按键。为满足多种人群对智能无接触电梯的呼梯需求，该系统还设置了语音以及手机端呼梯的技术，使系统更为完备，提高系统的适用范围。

1 系统工作原理

本项目设计了一套基于嵌入式与云平台管理的无接触式电梯智能联控交互系统，如图1所示。本系统通过制定数据范围算法、采用百度语音服务平台、创建手机App来实现对系统三大部分进行功能实现及优化。

图1 基于嵌入式与云平台管理的无接触式电梯智能联控交互系统结构设计图

（1）激光扫描无接触按键面板：采用了激光测距扫描技术，根据按键面板硬件部分，制定了数据范围算法，精准地识别出用户按下的按键。

（2）智能语音交互和语音播报：采用了语音识别技术和语音播报技术，使用百度语音服务平台，对用户的语音请求进行精准识别，识别出想去的楼层并发给主控芯片内存。通过语音播报技术，对电梯楼层和用户请求楼层进行语音播报。

（3）手机App呼层：采用先进的云平台技术，在电梯内创建无线局域网，通过WIFI实现对接，实现实时智能呼层。

2 硬件方案

本项目硬件部分主要包括四部分组成，分别是：激光电路、单片机主控电路、与原电梯按钮衔接装置、WIFI模块串口通信。

半导体激光器在额定范围中，其输出光功率与电流成线性关系。同时，得益于结构简单、性价比高、效率优等优点，半导体激光器通常作为小型激光测距仪的光源使用。半导体激光器具有了能够直接调制输出光强的特性，调制更为简单。此外，本项目通过利用集成电路产生脉冲波形以及使用MAX3656芯片作为核心元件，从而获得小型化以及高速的半导体激光器驱动电路。

根据本系统的功能以及开发要点，本项目使用STM32嵌入式处理器作为主控电路的核心。该处理器具有成本适中、低功耗、外设丰富、高性能等特点，能满足本项目硬件系统的设计要求。STM32的高工作频率和112个快速输入/输出端口以及多通道的模数和数模转换为智能联控系统提供了充分的保障，使得系统更为灵敏。

本项目利用市面上现有的继电器，将电梯每一个功能按键通过一个继电器与系统连接，达到当乘客对电梯进行操作时，继电器的输入量相对应变化，当达到该继电器的设置阈值时，被控量发生预定的阶跃变化，进而控制相对应的按钮。

ESP8266WIFI模块内置TCP/IP协议线，并支持三种工作模式。基于ESP8266_NONOS_SDK编程实现设备-设备的数据交互，本项目选用AP模式，将移动端直接与模块连接，实现局域网在线远程控制。

3 软件设计

本项目的激光扫描算法图如图2所示。语音交互采用了百度语音API服务调用的方法。其API平台可为本项目软件设计提供精准且安全稳定的服务。本项目通过调用API将语音信息转换成文本格式，再从文本中识别是否有关键字，如“小丁”（唤醒词）、“一楼”等等，如果存在关键词，则做响应的处理，比如“小丁”对应程序唤醒、“五楼”对应按下电梯五楼等等。当对应操作打开时，将会有响应的语音播报，让使用者知道当前语音识别是否准确。

图2 激光扫描算法图

本系统提供的第三种呼梯技术即可在手机端进行呼梯操作。通过在开发本系统呼梯APP，在用户于无信号封闭电梯内连接到系统热点后，可加载出上位机界面，实现呼梯操作。

4 系统功能仿真测试实验

为了验证本文设计系统的有效性，结合电梯的亮度和人员呼梯的操作距离进行了电梯楼层面板进行呼梯模拟。对于此系统中的主要激光测距呼梯，本项目的测试结果如表1所示，面板的成功率由于激光测距硬件模块稳定性随测量距离的增加而下降受影响，但成果率仍可达97.50%，系统的按键呼梯稳定性可观。在语音呼梯以及手机端呼梯方面，同样根据环境因素进行模拟测试，经过多次测试，实验结果成功率达99.2%。通过对系统全功能的测试，该系统的准确率极高，能满足乘客的无接触呼梯要求。