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    【摘要】多功能網關基于Linux系統開發，集電梯數據采集、協議轉換、網絡傳輸功能于一體。其運行獨立的操作系統，功能更強大，可擴展性強。通過軟路由技術實現給其他設備提供外部網絡；支持網線上網，在可以提供寬帶的電梯機房，可以直接利用寬帶與遠端服務器通訊；支持全網通4G、2G、WIFI方式接入Internet。該多功能網關既可以兼容傳統小區組網方式架構，又支持語音視頻應用，支持操作器調試接口，方便現場查詢數據傳輸狀態、網絡連接狀態、設置參數以及網絡測試，目前已在電梯星辰物聯網系統中成功應用。

1電梯星辰物聯網概述

    《中華人民共和國特種設備安全法》已于2014年1月1日正式生效。要全面實施特種設備安全法的各項具體條款，依靠傳統的監控系統以及管理方式很難實現，必須要有新的技術手段進行處理。部分地區已制定地方標準，并強制要求電梯標配物聯網系統，比如：重慶、杭州、南京、無錫；北京、福州等城市已開展試點工作，上海市也已立法，GB/T24476的出臺也體現出國家多電梯物聯網標準化工作的重視。

    近年來，物聯網所涉及的相關技術（安全技術、通信技術、傳感技術等）已經相當成熟，為電梯物聯網的發展提供了技術基礎。物聯網涉及的行業已經很多，遍及智能物流、智能交通、智能電網、環境監測、車聯網、特種設備的壓力容器物聯網等，這些行業的物聯網相對成熟，為電梯物聯網的推廣提供了可循的路徑。

    電梯星辰物聯網以電梯制造單位為核心，為電梯制造單位、電梯運營使用單位、電梯維護保養單位搭建起了一條獲取電梯信息的有效途徑，并使上述所列問題都迎刃而解。電梯星辰物聯網全面保障“安全法”的各條順利執行，是實施特種設備安全法的有效途徑。

    電梯星辰物聯網實時監控功能模塊、故障判斷模塊、作業時間抓取模塊、安全隱患診斷模塊、信息自動提醒模塊、一梯一檔管理模塊、統計分析模塊、24小時數據/視頻監控模塊、同時兼容垂直升降梯和扶梯功能、多媒體LCD屏模塊、多平臺APP模塊都已成功上線，并在持續使用和更新中。

2多功能網關開發背景

    電梯星辰物聯網按適用范圍和應用場合分為基礎版、標準版及旗艦版。不同版本滿足不同應用需求，基礎版和標準版主要適用于小數據量傳輸需求，不適合需語音視頻對講場合，而目前的電梯物聯網市場需求已不僅僅局限于基礎數據傳輸與處理，語音視頻也逐漸成為標準配置功能，且已被加入多地地方標準中，多功能網關應運而生。

2.1基礎版

圖1基礎版電梯星辰物聯網

    該方案特點：

    （1）通過結點和網關組成小區無線局域網，如圖1所示

    （2）小區無線局域網支持自組網，組網一次即可永久網絡保持（3）超低網絡流量，N臺電梯組成小區無線局域網后再入網,只產生一個數據流量，通訊成本降至原先的1/N

    該適用范圍：

    （1）適用于基礎數據采集傳輸，適用于不需要語音視頻傳輸場合（2）適用于需要組建本地局域網場合

2.2標準版

圖2標準版電梯物聯網結構圖

    該方案特點：

    （1）數據傳輸單元與終端一對一方式通訊，如圖2所示

    （2）數據傳輸單元滿足國標對數據采集的要求

    （3）安裝使用方便

    （4）支持遠程升級

    該方案使用場合：

    （1）點對點通訊場合

    （2）要求安裝簡易場合

2.3旗艦版

    越來越多的地方標準要求電梯配備物聯網，并要求物聯網系統具備語音對講和視頻監控功能。市場需求電梯物聯網需集成語音通話、視頻監控、轎廂LCD大屏、屏幕素材管理等功能，因此需要有功能更強大的終端設備滿足上述要求，多功能網關在兼容基礎版和標準功能的基礎上，如圖3所示，又能適用于需要語音對講和視頻傳輸的場合，如圖4所示。

2.3.1非語音視頻應用場合

圖3多功能網關滿足基礎版和標準版功能示意圖

    該方案特點：

    （1）隔離CAN、RS485、RS232采集電梯數據

    （2）支持2G、4G全網通、以太網、WiFi等網絡接入方式

    （3）支持小區組網

    該方案適用范圍：

    （1）機房具備以太網或WIFI網絡時可直接通過該設備入網

    （2）機房2G信號較弱時，可通過該設備4G（支持移動、聯通、電信）入網

2.3.2語音視頻應用場合

圖4多功能網關實現語音視頻功能示意圖

    該方案特點：

    （1）音頻處理終端置于轎頂，由HDMI驅動多媒體顯示屏，支持監控攝像頭接入

    （2）多媒體顯示屏可播放視頻廣告、顯示實時樓層、顯示電梯實時運行速度。集成屏載麥克風和屏載攝像頭以及觸摸呼救按鍵，可實現一鍵與遠程監控中心實時音視頻對講。

    （3）若選擇監控攝像頭（可支持模擬監控攝像頭和USB監控攝像頭），可實現監控攝像頭與屏載攝像頭的平臺切換。

    （4）轎頂音頻處理終端具備WIFI功能，可以為轎廂被困人員提供可用的WIFI網絡。

    （5）機房多功能網關與轎頂音視頻處理終端采用電梯隨纜傳輸設備進行通訊，井道傳輸線可采用井道照明線或雙絞線，無需額外布線。

    （6）轎頂音視頻處理終端可存儲本地視頻72h。

    （7）多媒體顯示屏可遠程更新素材與程序升級。

    該方案適用范圍：

    （1）需要配備多媒體顯示屏場合

    （2）需要音視頻對講場合

3多功能網關硬件組成

    多功能網關硬件資源豐富，2路高速ADC（Analog-to-DigitalConverter），滿足需要模擬量采集場合，如網關電源檢測；1路隔離CAN，提供與外設如電梯控制器CAN方式通訊；一路電源輸入，支持12~24VDC輸入；1路隔離RS485提供與外設如電梯控制器RS485方式通訊；3路RS232接口提供與電梯控制器通訊口、DEBUG接口以及手持操作器接口；2路帶隔離變壓器的以太網口，1路專門連接軟路由外設，1路專門用于連接寬帶；1路TF卡接口用于現場更新網關應用程序；1路OTG（On–The-Go）MiniUSB用于底層和應用程序雙升級。

    全網通模塊大大降低由于運營商網絡基站覆蓋問題導致聯網失敗問題；當選擇WEN（wirelesselevatornetwork）模塊時，網關即能兼容小區組網方式；ADC提供網關掉電檢測接口，模擬量輸入采集后備電源應急輸出電源，通過網關軟件邏輯處理判斷終端是否處于掉電狀態，滿足各地標中對于終端掉電狀態的檢測；RS232接口既能采集電梯狀態數據，又支持串口方式多媒體顯示屏接入。

    在音視頻配置場合，網關與轎頂音視頻處理終端采用電梯隨纜傳輸設備進行通訊，井道傳輸線可采用井道照明線或雙絞線，無需額外布線。

4多功能網關軟件功能

4.1主要功能

    （1）電梯數據采集：

    支持RS232/RS485/CANBUS方式與主板通訊，兼容了所有主板的通訊接口，針對不同接口的主板進行配接。

    （2）協議轉換

    將私有協議轉換成電梯星辰物聯網標準協議。

    （3）文件下載

    支持HTTP方式從文件服務器下載文件到本地。

    （4）數據傳輸

   接收遠端服務器數據、將本地數據通過網絡傳輸到遠端服務器。集成DTU的功能，支持2G、全網通4G、寬帶及WIFI方式聯網

    （5）文件單播

    支持通過專有協議將多功能網關從服務器下載的媒體文件通過單播方式傳輸到局域網中的各個結點。

    （6）心跳包管理

    為保持服務器與多功能網關長連接以及方便服務器標示局域網，多功能網關提供心跳維持功能，當網絡無數據收發持續40秒之后，啟動心跳包交互機制，維持鏈路長連接。

    （7）LED狀態指示

    6個LED指示當前多功能網關工作狀態，為安裝、調試及排查問題提供直觀依據。

    （8）以太網口獲取網絡連接

    多功能網關可以通過網口eth1接入路由器或交換機的LAN口獲取網絡，從而不用無線通信模塊，直接通過有線上網和遠端服務通訊。也可以通過帶有中繼功能的無線路由器，將WiFi信號轉到網口網絡輸出，實現外網連接。

    （9）網絡路由

    多功能網關具有軟路由功能，可以將到eth0口數據路由到4G模塊或者eth1提供的網絡上，eth0接網線或電力線載波模塊，為其他終端設備（如轎頂智能終端/物聯網LCD屏）提供網絡連接。

    （10）網絡診斷

    該多功能網關使用在WEN小區組網的物聯網系統中，可以診斷局域網網絡穩定性，并報告異常結點號。

    （11）局域網測試

    提供故障測試/困人測試，方便現場調試。

    （12）多通道服務器連接

    提供多個通道分別與多個服務器通訊。

    （13）下發電梯狀態數據

    多功能網關的JP8端口可以接定向WiFi的串口，給轎廂內LCD屏下發電梯狀態信息；eth0標準網口這可以通過網線或者PLC電力線載波模塊給轎內多媒體LCD屏下發電梯實時運行狀態、當前提速、高度數據。

    （14）支持視頻/語音信號傳輸

4.2關鍵功能

4.2.1智能聯網

    網關在撥號上網、寬帶聯網過程中設計了嚴格聯網步驟，聯網過程每一環節都被記錄，每一環節環環相扣，保證聯網的嚴謹和準確，并輸出聯網診斷信息供調試員分析；聯網環節后續設置了網絡狀態監視環節，因移動網絡易受干擾，當出現異常事件時，網關能記錄該事件，并根據異常事件類型并對應跳轉到指定環節重新聯網，確保聯網環節形成閉環。

4.2.2軟路由功能

    軟路由實現方式有多種，多功能網關采用Iptable實現雙網卡的NAT（NetworkAddressTranslation）功能。首先開啟IP轉發功能，然后清除Iptable表、IptableNAT表，將內網IP偽裝成外網IP以連接到Internet，最后開啟IP轉發功能。

    網關的eth0接口專門預留外圍設備如電力線載波設備、語音視頻傳輸設備通過此接口，借助網關內部的軟路由功能，將eth0接口的數據路由至公網上。

4.2.3調試功能

    電梯狀態查看功能：現場安裝人員若需要查看當前網絡的電梯監控效果，可通過手持操作器連接多通道網關查詢電梯的運行狀態：顯示樓層、運行方向、自動/檢修狀態、故障/正常門鎖，每頁面顯示5臺電梯狀態，通過向上鍵或向下鍵進行切換，最大支持50臺電梯。

    結點在線狀態查看：在線用*表示，離線用-表示，并顯示總在線個數，最大支持50個結點。現場安裝人員若需要查看所裝的結點是否都已經在線，通過手持操作器可以清晰查看當前網絡中結點的在線狀態。

    局域網網絡測試：壓力測試，測試局域網中無線網絡是否符合要求，并列出測試失敗結點號。安裝人員最關心的是，現場局域網是否已經穩定，確保安裝人員離開現場之后，網絡還能正常工作。此菜單提供局域網網絡測試功能，通過量化的指標判斷當前網絡是否符合穩定性要求，并提示測試結果，若測試失敗，則列出當前網絡不穩定的結點號，方便安裝人員排查。

    局域網故障報警測試：現場安裝完成之后，需要確定現場電梯故障時（現場測試時制造故障），網絡能否正確送出故障報警信號到網關；通過局域網故障測試功能，用戶可方便判斷故障報警功能能否實現。

    局域網困人報警測試：現場安裝完成之后，需要確定現場電梯困人時（測試現場制造困人故障時），網絡能否正確送出困人信號到網關；通過局域網困人測試功能，用戶可方便判斷困人報警功能能否實現。

5結束語

    電梯星辰物聯網充分利用了的互聯網技術與無線通訊技術，采用先進的組網技術，提供不同場合對應的解決方案，給電梯各相關利益方都帶來極大的利益。多功能網關在電梯物聯網中的使用既滿足傳統電梯物聯網數據采集與傳輸的需求，同時也滿足語音對講、視頻傳輸等大數據傳輸。其簡單的配置、智能穩定的聯網性能、豐富的網絡/外設接口、強大的處理能力在電梯物聯網應用中有一定的推廣作用。