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安卓手機(jī)在電梯加速度測(cè)量中的應(yīng)用
發(fā)布日期：2017-02-14 來(lái)源：《上海設(shè)備管理》
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電梯作為一種特種設(shè)備，其運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)問(wèn)題一直備受業(yè)界關(guān)注。電梯的起動(dòng)、制動(dòng)與運(yùn)行過(guò)程中的加速度變化是影響電梯運(yùn)行舒適性的重要因素，GB/T 10059-1997對(duì)此有嚴(yán)格的技術(shù)要求。單就電梯加速度測(cè)量?jī)x器而言，目前國(guó)內(nèi)外有多種型號(hào)的產(chǎn)品。鑒于安卓智能手機(jī)的普及與售價(jià)的平民化趨勢(shì)，本文嘗試?yán)冒沧渴謾C(jī)內(nèi)部的MEMS 加速度計(jì)（又稱作重力傳感器）對(duì)電梯的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行測(cè)量，一方面可以降低測(cè)量成本，另外一方面也可利用安卓智能手機(jī)的無(wú)線通信功能將測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)線上傳到遠(yuǎn)端的監(jiān)控主機(jī)。
本文的主要工作在于：（1）通過(guò)JAVA 語(yǔ)言編程獲取MEMS 加速度計(jì)的信號(hào)。（2）驗(yàn)證利用安卓手機(jī)對(duì)電梯加速度進(jìn)行測(cè)量的可行性。
一、電梯加速度測(cè)量系統(tǒng)架構(gòu)
如圖1 所示，安卓智能手機(jī)內(nèi)部配備了三軸MEMS 加速度計(jì)。作為一種慣性傳感器，它既可測(cè)量靜態(tài)加速度也可測(cè)量動(dòng)態(tài)加速度。其加速度敏感元件為X，Y，Z 三個(gè)方向弱耦合的差動(dòng)電容。
圖1 利用安卓手機(jī)測(cè)量電梯運(yùn)行加速度的示意圖
二、加速度數(shù)據(jù)的采集與藍(lán)牙傳輸
安卓系統(tǒng)提供了對(duì)傳感器的支持，包括MEMS加速度計(jì)、MEMS 陀螺儀以及測(cè)定方向的磁力傳感器。本文主要應(yīng)用安卓手機(jī)內(nèi)部的MEMS 加速度計(jì)，在APP 開發(fā)時(shí)，MEMS 加速度計(jì)數(shù)據(jù)的獲取主要步驟如下：
1、獲得傳感器管理服務(wù)
sensorManager = (SensorManager) getSystemService
(SENSOR_SERVICE)；
2、注冊(cè)傳感器的監(jiān)聽(tīng)器
Sensor sensor_gyr = sensorManager.getDefaultSensor
(Sensor. TYPE_ACCELEROMETER)；
3、監(jiān)聽(tīng)傳感器各種事件：使用android.hardware.SensorEventListener 接口監(jiān)聽(tīng)傳感器各種事件，即可獲取傳感器傳回來(lái)的數(shù)據(jù)。
4、解除注冊(cè)：程序暫停時(shí)取消注冊(cè)傳感器監(jiān)聽(tīng)器，在onPause 方法中實(shí)現(xiàn)。
protected void onPause( ){super.onPause( )；
sensorManager.unregisterListener(this)；}
隨后，采集到的加速度數(shù)據(jù)即可通過(guò)藍(lán)牙上傳到筆記本電腦。其JAVA 編程分為四個(gè)步驟：設(shè)置藍(lán)牙設(shè)備，設(shè)備配對(duì)，連接設(shè)備以及設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，具體實(shí)現(xiàn)代碼不再贅述。加速度數(shù)據(jù)分辨力為1 mg。
三、電梯加速度測(cè)量實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析
參照GB/T 10059-1997 將安卓手機(jī)安放在橋廂地面的正中，緊貼橋底。利用手機(jī)APP 即可將電梯在X，Y，Z 三個(gè)方向上的加速度信號(hào)通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送到筆記本電腦。在筆記本電腦端利用C# 語(yǔ)言編寫了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示與存儲(chǔ)程序，在程序運(yùn)行界面點(diǎn)擊“停止測(cè)量”按鈕，即可把電梯運(yùn)行加速度數(shù)值保存成文本文件。
下面以垂直方向（Z 軸）加速度為例進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如圖2所示：（1）按照電梯測(cè)試的行業(yè)規(guī)范，首先將加速度數(shù)據(jù)的單位由g轉(zhuǎn)換為cm/s2。（2）圖中的細(xì)線部分為原始數(shù)據(jù)，其高頻成分（毛刺）為廂體的絕對(duì)振動(dòng)加速度，反映了廂體在運(yùn)行過(guò)程中的抖動(dòng)現(xiàn)象。（3）經(jīng)低通平滑濾波即可獲取電梯的慣性加速度信號(hào)，如圖中粗線部分所示：起動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)三個(gè)階段的加速度變化明顯，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。
圖2 電梯加速度數(shù)據(jù)濾波處理
四、結(jié)語(yǔ)
電梯運(yùn)行過(guò)程中的加速度及其變化率是影響乘客舒適性的主要因素，本文提出了一種利用安卓智能手機(jī)內(nèi)部的MEMS 加速度計(jì)測(cè)量電梯加速度的方案，并給出了相應(yīng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)驗(yàn)表明，利用安卓智能手機(jī)可以測(cè)量電梯X，Y，Z 三個(gè)方向上的加速度，其測(cè)量準(zhǔn)確度與零點(diǎn)初始化標(biāo)定問(wèn)題將在今后的工作中做進(jìn)一步研究。
作者：孫玉國(guó) 勾燦單位：上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院
