【摘要】多功能网关基于Linux系统开发，集电梯数据采集、协议转换、网络传输功能于一体。其运行独立的操作系统，功能更强大，可扩展性强。通过软路由技术实现给其他设备提供外部网络；支持网线上网，在可以提供宽带的电梯机房，可以直接利用宽带与远端服务器通讯；支持全网通4G、2G、WIFI方式接入Internet。该多功能网关既可以兼容传统小区组网方式架构，又支持语音视频应用，支持操作器调试接口，方便现场查询数据传输状态、网络连接状态、设置参数以及网络测试，目前已在电梯星辰物联网系统中成功应用。

1电梯星辰物联网概述

    《中华人民共和国特种设备安全法》已于2014年1月1日正式生效。要全面实施特种设备安全法的各项具体条款，依靠传统的监控系统以及管理方式很难实现，必须要有新的技术手段进行处理。部分地区已制定地方标准，并强制要求电梯标配物联网系统，比如：重庆、杭州、南京、无锡；北京、福州等城市已开展试点工作，上海市也已立法，GB/T24476的出台也体现出国家多电梯物联网标准化工作的重视。

    近年来，物联网所涉及的相关技术（安全技术、通信技术、传感技术等）已经相当成熟，为电梯物联网的发展提供了技术基础。物联网涉及的行业已经很多，遍及智能物流、智能交通、智能电网、环境监测、车联网、特种设备的压力容器物联网等，这些行业的物联网相对成熟，为电梯物联网的推广提供了可循的路径。

    电梯星辰物联网以电梯制造单位为核心，为电梯制造单位、电梯运营使用单位、电梯维护保养单位搭建起了一条获取电梯信息的有效途径，并使上述所列问题都迎刃而解。电梯星辰物联网全面保障“安全法”的各条顺利执行，是实施特种设备安全法的有效途径。

    电梯星辰物联网实时监控功能模块、故障判断模块、作业时间抓取模块、安全隐患诊断模块、信息自动提醒模块、一梯一档管理模块、统计分析模块、24小时数据/视频监控模块、同时兼容垂直升降梯和扶梯功能、多媒体LCD屏模块、多平台APP模块都已成功上线，并在持续使用和更新中。

2多功能网关开发背景

    电梯星辰物联网按适用范围和应用场合分为基础版、标准版及旗舰版。不同版本满足不同应用需求，基础版和标准版主要适用于小数据量传输需求，不适合需语音视频对讲场合，而目前的电梯物联网市场需求已不仅仅局限于基础数据传输与处理，语音视频也逐渐成为标准配置功能，且已被加入多地地方标准中，多功能网关应运而生。

2.1基础版

图1基础版电梯星辰物联网

    该方案特点：

    （1）通过结点和网关组成小区无线局域网，如图1所示

    （2）小区无线局域网支持自组网，组网一次即可永久网络保持（3）超低网络流量，N台电梯组成小区无线局域网后再入网,只产生一个数据流量，通讯成本降至原先的1/N

    该适用范围：

    （1）适用于基础数据采集传输，适用于不需要语音视频传输场合（2）适用于需要组建本地局域网场合

2.2标准版

图2标准版电梯物联网结构图

    该方案特点：

    （1）数据传输单元与终端一对一方式通讯，如图2所示

    （2）数据传输单元满足国标对数据采集的要求

    （3）安装使用方便

    （4）支持远程升级

    该方案使用场合：

    （1）点对点通讯场合

    （2）要求安装简易场合

2.3旗舰版

    越来越多的地方标准要求电梯配备物联网，并要求物联网系统具备语音对讲和视频监控功能。市场需求电梯物联网需集成语音通话、视频监控、轿厢LCD大屏、屏幕素材管理等功能，因此需要有功能更强大的终端设备满足上述要求，多功能网关在兼容基础版和标准功能的基础上，如图3所示，又能适用于需要语音对讲和视频传输的场合，如图4所示。

2.3.1非语音视频应用场合

图3多功能网关满足基础版和标准版功能示意图

    该方案特点：

    （1）隔离CAN、RS485、RS232采集电梯数据

    （2）支持2G、4G全网通、以太网、WiFi等网络接入方式

    （3）支持小区组网

    该方案适用范围：

    （1）机房具备以太网或WIFI网络时可直接通过该设备入网

    （2）机房2G信号较弱时，可通过该设备4G（支持移动、联通、电信）入网

2.3.2语音视频应用场合

图4多功能网关实现语音视频功能示意图

    该方案特点：

    （1）音频处理终端置于轿顶，由HDMI驱动多媒体显示屏，支持监控摄像头接入

    （2）多媒体显示屏可播放视频广告、显示实时楼层、显示电梯实时运行速度。集成屏载麦克风和屏载摄像头以及触摸呼救按键，可实现一键与远程监控中心实时音视频对讲。

    （3）若选择监控摄像头（可支持模拟监控摄像头和USB监控摄像头），可实现监控摄像头与屏载摄像头的平台切换。

    （4）轿顶音频处理终端具备WIFI功能，可以为轿厢被困人员提供可用的WIFI网络。

    （5）机房多功能网关与轿顶音视频处理终端采用电梯随缆传输设备进行通讯，井道传输线可采用井道照明线或双绞线，无需额外布线。

    （6）轿顶音视频处理终端可存储本地视频72h。

    （7）多媒体显示屏可远程更新素材与程序升级。

    该方案适用范围：

    （1）需要配备多媒体显示屏场合

    （2）需要音视频对讲场合

3多功能网关硬件组成

    多功能网关硬件资源丰富，2路高速ADC（Analog-to-DigitalConverter），满足需要模拟量采集场合，如网关电源检测；1路隔离CAN，提供与外设如电梯控制器CAN方式通讯；一路电源输入，支持12~24VDC输入；1路隔离RS485提供与外设如电梯控制器RS485方式通讯；3路RS232接口提供与电梯控制器通讯口、DEBUG接口以及手持操作器接口；2路带隔离变压器的以太网口，1路专门连接软路由外设，1路专门用于连接宽带；1路TF卡接口用于现场更新网关应用程序；1路OTG（On–The-Go）MiniUSB用于底层和应用程序双升级。

    全网通模块大大降低由于运营商网络基站覆盖问题导致联网失败问题；当选择WEN（wirelesselevatornetwork）模块时，网关即能兼容小区组网方式；ADC提供网关掉电检测接口，模拟量输入采集后备电源应急输出电源，通过网关软件逻辑处理判断终端是否处于掉电状态，满足各地标中对于终端掉电状态的检测；RS232接口既能采集电梯状态数据，又支持串口方式多媒体显示屏接入。

    在音视频配置场合，网关与轿顶音视频处理终端采用电梯随缆传输设备进行通讯，井道传输线可采用井道照明线或双绞线，无需额外布线。

4多功能网关软件功能

4.1主要功能

    （1）电梯数据采集：

    支持RS232/RS485/CANBUS方式与主板通讯，兼容了所有主板的通讯接口，针对不同接口的主板进行配接。

    （2）协议转换

    将私有协议转换成电梯星辰物联网标准协议。

    （3）文件下载

    支持HTTP方式从文件服务器下载文件到本地。

    （4）数据传输

   接收远端服务器数据、将本地数据通过网络传输到远端服务器。集成DTU的功能，支持2G、全网通4G、宽带及WIFI方式联网

    （5）文件单播

    支持通过专有协议将多功能网关从服务器下载的媒体文件通过单播方式传输到局域网中的各个结点。

    （6）心跳包管理

    为保持服务器与多功能网关长连接以及方便服务器标示局域网，多功能网关提供心跳维持功能，当网络无数据收发持续40秒之后，启动心跳包交互机制，维持链路长连接。

    （7）LED状态指示

    6个LED指示当前多功能网关工作状态，为安装、调试及排查问题提供直观依据。

    （8）以太网口获取网络连接

    多功能网关可以通过网口eth1接入路由器或交换机的LAN口获取网络，从而不用无线通信模块，直接通过有线上网和远端服务通讯。也可以通过带有中继功能的无线路由器，将WiFi信号转到网口网络输出，实现外网连接。

    （9）网络路由

    多功能网关具有软路由功能，可以将到eth0口数据路由到4G模块或者eth1提供的网络上，eth0接网线或电力线载波模块，为其他终端设备（如轿顶智能终端/物联网LCD屏）提供网络连接。

    （10）网络诊断

    该多功能网关使用在WEN小区组网的物联网系统中，可以诊断局域网网络稳定性，并报告异常结点号。

    （11）局域网测试

    提供故障测试/困人测试，方便现场调试。

    （12）多通道服务器连接

    提供多个通道分别与多个服务器通讯。

    （13）下发电梯状态数据

    多功能网关的JP8端口可以接定向WiFi的串口，给轿厢内LCD屏下发电梯状态信息；eth0标准网口这可以通过网线或者PLC电力线载波模块给轿内多媒体LCD屏下发电梯实时运行状态、当前提速、高度数据。

    （14）支持视频/语音信号传输

4.2关键功能

4.2.1智能联网

    网关在拨号上网、宽带联网过程中设计了严格联网步骤，联网过程每一环节都被记录，每一环节环环相扣，保证联网的严谨和准确，并输出联网诊断信息供调试员分析；联网环节后续设置了网络状态监视环节，因移动网络易受干扰，当出现异常事件时，网关能记录该事件，并根据异常事件类型并对应跳转到指定环节重新联网，确保联网环节形成闭环。

4.2.2软路由功能

    软路由实现方式有多种，多功能网关采用Iptable实现双网卡的NAT（NetworkAddressTranslation）功能。首先开启IP转发功能，然后清除Iptable表、IptableNAT表，将内网IP伪装成外网IP以连接到Internet，最后开启IP转发功能。

    网关的eth0接口专门预留外围设备如电力线载波设备、语音视频传输设备通过此接口，借助网关内部的软路由功能，将eth0接口的数据路由至公网上。

4.2.3调试功能

    电梯状态查看功能：现场安装人员若需要查看当前网络的电梯监控效果，可通过手持操作器连接多通道网关查询电梯的运行状态：显示楼层、运行方向、自动/检修状态、故障/正常门锁，每页面显示5台电梯状态，通过向上键或向下键进行切换，最大支持50台电梯。

    结点在线状态查看：在线用*表示，离线用-表示，并显示总在线个数，最大支持50个结点。现场安装人员若需要查看所装的结点是否都已经在线，通过手持操作器可以清晰查看当前网络中结点的在线状态。

    局域网网络测试：压力测试，测试局域网中无线网络是否符合要求，并列出测试失败结点号。安装人员最关心的是，现场局域网是否已经稳定，确保安装人员离开现场之后，网络还能正常工作。此菜单提供局域网网络测试功能，通过量化的指标判断当前网络是否符合稳定性要求，并提示测试结果，若测试失败，则列出当前网络不稳定的结点号，方便安装人员排查。

    局域网故障报警测试：现场安装完成之后，需要确定现场电梯故障时（现场测试时制造故障），网络能否正确送出故障报警信号到网关；通过局域网故障测试功能，用户可方便判断故障报警功能能否实现。

    局域网困人报警测试：现场安装完成之后，需要确定现场电梯困人时（测试现场制造困人故障时），网络能否正确送出困人信号到网关；通过局域网困人测试功能，用户可方便判断困人报警功能能否实现。

5结束语

    电梯星辰物联网充分利用了的互联网技术与无线通讯技术，采用先进的组网技术，提供不同场合对应的解决方案，给电梯各相关利益方都带来极大的利益。多功能网关在电梯物联网中的使用既满足传统电梯物联网数据采集与传输的需求，同时也满足语音对讲、视频传输等大数据传输。其简单的配置、智能稳定的联网性能、丰富的网络/外设接口、强大的处理能力在电梯物联网应用中有一定的推广作用。