基于单片机控制的电梯智能识别电动车阻车系统设计.pdf

装备及自动化 2024 年 第 1 期 总第 226 期 造纸装备及材料18基于单片机控制的电梯智能识别电动车阻车系统设计王艳红神木职业技术学院，陕西 榆林 719300摘要：近些年，电动车的应用越来越广泛，电动车入电梯、入户的频率也越来越高。由于电动车的电力源于电池，当电池老化或者发生短路时容易出现故障，如爆炸、火灾等事故，很容易威胁人们的生命和财产安全。设计与研究基于单片机控制的电梯智能识别电动车阻车系统，能够有效地规避该问题，为人们的生命和财产安全提供良好的保障。基于此，文章概述了单片机的内涵，分析了电梯智能识别电动车阻车系统的重要性，并设计了基于单片机控制的电梯智能识别电动车阻车系统。关键词：单片机控制；电梯；智能识别；电动车阻车系统分类号：TU857目前，电动车的市场持有率很高，已经成为人们常用的出行代步工具之一1。电动车的普及无疑便利了人们的工作和生活，但在电动车的使用过程中，如果电池出现老化、故障或者短路等问题，容易引起电池爆炸或者发生火灾，导致楼道、电梯或者居民楼等着火、爆炸，这会给人们的生命、财产安全带来巨大威胁。为了规避与解决这一问题，需要设计与研发电梯智能识别电动车租车系统，并将其推广使用，保障人们的生命、财产安全2。1 单片机概述单片机是一种集成电路芯片，通过运用大规模集成电路技术，将 CPU、ROM、RAM、中断系统、定时器、计数器、多种 I/O 口以及 A/D 转换器等电路集成到一块硅片上，从而构成的一个小而完善的微型计算机系统。单片机在工业控制领域的应用非常广泛。单片机的系统结构非常简单，使用非常方便，有利于模块化的实现。同时，单片机具有很高的可靠性，在工作过程中的故障率低，且单片机的控制功能、处理功能和环境适应能力非常强，速度快、低功耗，应用价值较高3。2 电梯智能识别电动车阻车系统的重要性现今，在信息技术不断发展、城市化发展进程不断加快的背景下，电梯的应用愈发广泛，在城市的大中型建筑中，电梯成为必备的设备，且在居民楼、学校、商场等发展中发挥着非常重要的作用与价值。由于电动车已经成为人们日常出行的重要交通工具，电动车爆炸、自燃的事故也有很多，严重威胁了人们的生命、财产安全。从当前高发火灾、爆炸场所来看，商店、住宅是主要场所。如果电动车在电梯中发生爆炸或者自燃问题，将会产生严重的火灾，不但会造成巨大的经济损失，而且会危害居民的生命安全。因此，电梯智能识别电动车阻车系统的设计与研究显得尤为重要4。利用单片机控制阻车系统，信号采集端运用OpenMV，单片机当作执行机构，运用 phython 语言和 C 语言进行软件编程，从而设计出具有蜂鸣器报警、屏幕显示、自动识别电动车以及其电话通信等相关功能的阻车系统。运用该系统能够对相关人员的财产安全、人身安全予以保障，且该系统具有体积小、成本低、效率高、操作简便等优势，不用人为监管，通过智能识别，更具灵敏性、准确性与有效性，在一定程度上能够更好地节约财力、物力、人力资源消耗，能够更好地阻止居民推电动车进入电梯，消除隐患，有利于保障居民安全5。3 电梯智能识别电动车阻车系统的设计3.1 阻车系统设计的原理与功能基于单片机控制的电梯智能识别电动车阻车系统作者简介：王艳红，女，硕士，助教，研究方向为智能控制。文章编号：2096-3092（2024）01-0018-03造纸装备及材料 第 53 卷 总第 226 期 2024 年 1 月 装备及自动化19设计原理主要是运用 phython 语言编程来控制 OpenMV和摄像头进行工作，对电动车的特征点进行识别与记录，再与识别目标予以比对，如果相同特征点的数量在 15 个以上，那么 OpenMV 程序就会运行，并向单片机发出信号 1；如果特征点的数量没有超过 15 个，数量没有达到要求，那么 OpenMV 程序就会向单片机发出信号 0，然后向预设好的手机号发送信息。单片机是阻车系统设计的核心，其能够控制屏幕显示情况，能够实现蜂鸣器报警与手机号的绑定等功能。设计基于单片机控制的电梯智能识别电动车阻车系统，其具有图像识别、机器学习、人工智能等功能，能够适用于多个领域和范围。阻车系统的设计以电梯与电动车频繁互动为基础和前提，不断优化阻车系统功能，提升用户使用满意度，使系统的图像识别、警示效果得到提升，使系统的开发成本大大减少，安全流程更便利和顺畅6。3.2 阻车系统结构设计与优化在设计电梯智能识别电动车的阻车系统时，结构的设计工作非常关键，其主要涉及单片机与相关电路的设计工作、充电电路与显示电路设计工作、信号采集端的设计工作、信号采集端的设计工作以及系统有效性的测试工作，等等。只有加强对阻车系统各个结构设计的优化，才能够设计出更高效的阻车系统，并将其更好地应用到人们的实际生活与工作中7。3.2.1 单片机与相关电路设计在设计阻车系统时，要求单片机具备程序下载、复位、时钟频率、主控芯片等功能，且在常规操作下能够提供更加多样、复杂的功能。单片机是一个 32 位的多资源处理器，其使用起来更加可靠和简单。在设计相关电路时，主要集中在时钟电路与复位电路上。复位电路与时钟电路的结构设计内容如下。（1）复位电路。单片机复位运用的是高电平复位，即复位电路（RST）保持高电位完成复位。当按下复位按钮时，电容会被短路，RST 通过按钮端连接到地端，以此拉低电位。当松开按键时，随着时间的推移，电容器逐渐充电，同时 RST 端电压逐渐升高，当电容充电完全后，电容器相当于开路，初始控制输出端（EST）为高电平，那么电路即可完成复位。改变电路容量，以使该信号能够复位，按下按钮重置系统后，电容器位于短路电路中，释放所有电能，增加电压端的电阻。该电容器串联电阻器是电容器串联电阻器，不能改变其特性。当系统通电时，RST 引脚将指示较高的电平，其持续时间由电路的电阻（RC）值确定。在控制器启动由初始状态开始工作。但是，若控制器内的各器件不经过复位就开始工作，可能导致内部系统紊乱，无法正常工作。因此，需要通过复位来重启系统进入正常工作，可见复位电路的重要性8。（2）时钟电路。在单片机运行期间，需要从只读存储器（ROM）获取指令，然后执行指令。单片机访问内存的时间叫作机器循环，一个机器循环有 8 个时钟周期。当选择 8 MHz 晶体振动时，时钟周期为 1/8 s，机器循环为 1 s。处理器中的所有命令都至少有一个机器循环。同时，引入了一个指令循环的新概念，用于测量指令的执行时间，而命令循环是指执行命令时的时间。3.2.2 充电电路与显示电路设计在充电电路中，充电接口就是芯片中的电池接口，由于单片机的电压是 3.3 V，需要通过降压电路将电压从 5 V 降到合理电压，以此完成充电电路设计。在设计显示电路时，通过 OLEN 屏幕的应用，将 OpenMV程序与摄像头联合提取的数据信息进行处理，需要通过 OLEN 屏幕进行信息展示，这样能够更好地实现单片机控制的电梯智能识别电动车阻车系统的设计工作9。3.2.3 信号采集端的设计信号采集端是该阻车系统设计的重要环节。在设计信号采集端，需要运用 OV7725 摄像头的 OpenMV camM7 的视觉模块来实现单片机控制电梯智能识别电动车阻车系统的信号采集。同时，运用 MicroPython 语言来实现系统编程，使机器的视觉任务设计目标得以实现。在阻车系统的实际设计过程中，通过识别目标的形状，能够将获得的数据信息发送到单片机芯片中进行精密的数据处理、运算与分析。与此同时，该系统的程序设计流程如图 1 所示。在上述的程序设计流程中，如果实验目标与记忆目标的相似度不达标，那么依然要重新进行实验目标识别，程序循环往复，一直到识别成功才可以10。在上述的程序设计过程中，单片机程序与 OpenMV程序要分开设计，而后再将二者通信串口进行同步，将屏幕、摄像头和充电电路进行有效连接，通过与OpenMV 程序的配合，运用 Python 语言实现系统编程。该程序设计思路主要是先运用 Python 语言来提取图像识别的特征点，经过初始化后将目标纳入被拍摄的范围当中，当特征相似点超过 15 个点时，那么屏幕显示器就会将“识别成功”的信息显示出来，同时会有蜂 装备及自动化 2024 年 第 1 期 总第 226 期 造纸装备及材料20鸣器警报响起，并将警示信息发送给事先设定的手机号上11。3.3 阻车系统有效性测试任何系统的设计都需要经过测试合格后才能够投入使用，基于单片机控制的电梯智能识别电动车阻车系统的设计工作也不例外。在阻车系统有效性测试工作中，要先将开关按钮按下，开始进行系统初始化，当初始化结束后，才能够对电动车进行识别，如果识别成功会发送消息，如果不成功则进行再次识别程序。经过反复的系统测试，并统计了测试的次数，对于多种类的电动车进行 220 次的测试，测试结果如表 1所示。表 1 系统有效性测试结果电动车种类操作次数成功次数准确率种类 1220218 99.1%种类 2220217 98.6%种类 3220220100.0%种类 4220218 99.1%种类 5220219 99.5%由表 1 可知，该系统运行状况稳定且良好；从数据识别结果来看，识别的效果相对理想，准确率可达到 98%以上。将基于单片机控制的电梯智能识别电动车阻车系统应用到人们日常的生活场景中，能够识别绝大多数的电动车，使电动车进电梯的情况逐渐减少或者消除，防止意外产生，最大限度地保障人们的生命、财产安全12。4 结束语为了保障人们的生命、财产安全不受侵害，防止电动车入电梯发生意外，设计单片机控制的电梯智能识别电动车阻车系统尤为必要。通过设计以单片机为基础的智能识别阻车系统，通过摄像头与 OpenMV 程序的结合来采集和分析数据，通过串口进行数据接收，以此对电动车进行识别，发出报警信号，并将短信发送给相关人员。与此同时，在设计该系统时，C 语言与 Python 语言的应用非常重要，利用这两种语言进行代码编程，有利于系统识别精度的提升。同时，由于单片机的体重轻、体积小，很容易携带和安装，将单片机嵌入平台，发挥出电梯智能识别电动车的作用，能够杜绝电动车乘梯的现象，从根本上保护人们的生命、财产安全。参考文献1 郭淼,邬晓月,李斌,等.电梯智慧监管与检验技术发展综述J.中国安全生产科学技术,2023,19(10):51-58.2 张洪成,张永林,潘薇,等.基于图像的电梯群控系统优化调度的研究J.计算机应用与软件,2023,40(10):185-190.3 李聪林,王琪冰,陆佳炜,等.基于数字孪生的电梯乘客异常行为建模与识别方法J.计算机工程与应用,2023,59(19):274-284.4 蔡清财.电梯安全检测系统设计研究J.造纸装备及材料,2022,51(4):90-92.5 郭岩,贺同见,罗丹,等.电梯内电动车爆燃对策评估及阻车系统设计J.消防科学与技术,2022,41(3):409-412.6 刘宇,张聪,李涛.强化学习A3C算法在电梯调度中的建模及应用J.计算机工程与设计,2022,43(1):196-202.7 杜娅,谢科范,梁本部,等.电梯安全风险因素分析及预警研究J.安全与环境工程,2021,28(4):71-79.8 李佳.基于AlphaPose的电梯轿厢内乘客异常行为检测研究D.北京:中国地质大学,2021.9 杨昱,王千山,李雪鹏,等.一种非侵入式电梯运行状态智能监测方法J.太原理工大学学报,2021,52(6):920-927.10 何学习.基于人脸识别的电梯视觉系统设计D.重庆:重庆大学,2020.11 杜自豪,王强,吴琳琳,等.基于风险度和灰色理论的电梯安全评价及应用J.科学技术与工程,2020,20(10):4183-4189.12 沈茂,赵国军.基于无线电缆的电梯智能故障诊断系统研究J.机电工程,2018,35(3):323-329.开始程序初始化识别实验目标相似度达标否是发送信息流程结束OpenMV 对单片机发出信号 1屏幕显示“识别成功”图 1 系统程序设计流程图