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【摘 要】研究电梯实时运行故障,对于保证电梯特别是高速多层电梯安全工作和安全运行有着十分重要的现实意义。本文着重介绍了电梯远程监控系统的技术及发展现状,分析了电梯远程监控系统的特征和具体实现的市场优势,总结了电监远程监控系统软件管理系统实施的主要技术要点,在系统实现中,重点研究了3G无线网络技术、无线传感器系统、信号采集系统的主要实现原理及技术。对于电梯远程监控系统从原理、算法、数据分析等功能模块进行了详细的阐述,使得该系统能够顺利完成打下了良好的基础。
本系统的设计主要应用于KDIS电梯相关产品,通过123天对24部30层1.75M/s安装本系统的电梯进行测试,结果与设计相符,数据传输较为稳定,预警反应及时,信号及提示应答准确,通过相关企业评估。该系统对电梯运行安全方面起到了“防微杜渐,精细入微”的效果。
【关键词】远程监控;数据传输;3G传感器
1 电梯远程监控系统研究的目的及意义
研究电梯实时运行故障,对于保证电梯特别是高速多层电梯安全工作和安全运行有着十分重要的现实意义。随着自动化控制技术的发展,远程实时监控已成为电梯制造公司对自己产品的实时运行情况了解的最佳手段。
通过对电梯维保市场的调查研究后发现:目前我国的大多城市中的电梯维护以一种承包方式,定期、定次,故障发生上门急修的方式运作。这种方式随着电梯用量的不断加大,电梯普及程度的不断提高,上述模式越来越不适应电梯发展的要求,主要原因有几下几点:
(1)现代城市建筑主要以大于10层的高层建筑为主,电梯维保公司往往几十台电梯安置一位专业的维保技师,由于长年形成的工作模式,电梯维保人员主要是故障急修,由于维保人员少,再加上交通、现场实际的复杂情况,如果多台电梯相继发生故障,多数情况下维保人员不能及时到故障现场,从而造成维修延误。
(2)电梯内的通讯工具往往只是五方对讲系统,特别是第五方往往由小区的物业或甲方负责,当故障发生时由保安或值班人员通知相关维保人员,电梯被控人员很难与维保人员直接沟通,由于相关保安人员对电梯的常规知识及原理理解不全面或根本不懂,不能对电梯被困人员进行实时的安抚,加重了被困人员的心理负担,使被困人中精神及心理承受着多重压力。
(3)现在电梯公司对维保记录只是定期复查,很少对电梯故障维修日志进行监测分析,这很难发现电梯在制造中存在什么缺陷,特别是对电梯控制系统发生的一些随机故障很难发现(如电源地线接触不良,噪声源干扰),排除故障难度加大,解除故障的时间往往延长。
对于上述情况,电梯远程监控系统的出现事必会大大减轻维保人员的工作强度及工作难度。远程监控系统的优势是非常明显的,电梯使用业主不仅仅是得到一套系统,更是享受了一种现代网络无处不在,安全周到的服务。
2 电梯远程监控方面国内外概况及发展趋势
国外大型电梯企业几乎都有了成熟的电梯远程监控系统,例如德国蒂森公司的远程监控系统具有控制电梯的功能,能检测和识别滥用或者错误操作紧急呼叫功能,该系统可以较好的掌握电梯的运行情况,并对相关采集数据进行分析与处理,并将结果转化为相应的行驶方向、楼层呼叫次数、呼叫与事件处理曲线表等,该系统还具有自动故障报警功能,对不同厂家的电梯产品有兼容性支持,但是实际在国产的电梯控制中效果并不理想。
目前我国国内大多数的电梯制造企业都在尝试着开发相应的电梯远程监控系统,本文就是一个企业的具体案例。因为开发的水平差异很大,所以一度造成各自自成体系的局面,而且在控制技术开发上主要以32位微机系统控制的电梯进行监控,其操作和相应的设备不同,可能无法用一套系统解决电梯监控问题。因此,现在国内急需一种功能完善、适应性强、价格适中的电梯远程监控系统用以提高电梯运行、维保和监管质量。而要达到以上要求,除了要通过设计、新技术应用、提高制造工艺水平、提高安装质量水平来解决,更要依托完善的维保体系和先进的监测方法。在提高电梯运行、维护、管理水平的基础上,采用现代通讯技术和故障诊断技术及时发现电梯故障,预防电梯意外事故,提高电梯安全管理水平的重要的科学手段。
2.1 电梯远程监控系统的一般构成
作为电梯远程监控系统首先包括硬件系统和软件系统组成。硬件系统一般由传感器信号采集、信号传输以及信号分析与处理几大部分组成。在此,以KDIS电梯远程监控系统为例进行简单介绍。此系统由现场3G传感器信号发生、采集、传输和位无线传输网络及位于控制柜中的信号采集处理(计算机系统)、信号传输的内部网络及电话网络与控制中心服务器四个部分组成,以及自动辅助电话交换机网络组成。
3 电梯远程监控系统客户端软件设计与实现系统设计概述
电梯远程监控系统的客户端软件作为电梯管理的重要工具需具备十分完善和全面的系统功能,主要应实现系统配置管理、员工管理、设备管理、运行与维护管理功能、电梯监控和故障预警及诊断等功能。
3.1 系统模块中系统配置的设计与实现
系统配置主要包括使用权限管理、监测项目配置、故障报警一预警配置、监控电梯布局配置等功能,配置数据由系统管理员设定。权限管理功能用以定义用户使用权限,电梯使用单位,比如小区物业管理中心一般只能查到该小区的电梯数据。监测项目配置完成对电梯监控的数据采集定义,服务器端数据采集依据该定义完成数据采集工作。故障报警与预警配置完成故障预警、报警数据自动进入数据库。
3.1.1 系统模块的接口定义和数据结构
系统配置中,主要设定了两个接口定义。一个是实时电梯数据请求协议,分为使用单位请求和使用单位电梯请求。第二个是实时电梯数据接收协议,用来显示使用单位或小区内整体电梯及小区内单独电梯的状态。模块的数据结构包括用户使用权限、电梯数据采集配置报警对象等4个表。 3.1.2 权限管理窗体设计与实现
权限管理由用户管理和角色管理两部分组成
3.1.3 权限管理界面控件主要属性和界面工作流程
(1)权限管理界面工作流程。权限管理中,用户管理部分包括用户名称、用户电梯密码、小区标识、角色描述等功能、角色描述、角色所具有的权限等功能,所以数据库记录都可以进行记录的增、删、改、查、数据自动更新等操作。
(2)在用户管理界面中,可设置管理员、超级管理员、操作员等角色名称、使用系统通过自己的用户名和密码加一次性序号码登录系统并对远程电梯实行管理和远程控制等。在角色管理界面中,由具体权限列表规定用户权限,管理员和操作员可对期所拥有的权限进行设置。
3.1.3 电梯远程监控系统故障报警窗体设计与实现
故障报警窗体界面。单击系统菜单下的系统配置选项中的故障报警选项卡进入故障报警查询界面。
3.2 系统设备管理模块设计与实现
设备管理模块主要包括了电梯技术档案管理、电梯配件管理、电梯维修保养计划管理、电梯运行评价等四项功能。其中,电梯技术档案管理完成电梯技术档案的维护;电梯配件管理完成电梯配件的数据维护;电梯维修计划管理完成电梯维修计划的数据维护;电梯运行评价系统依据电梯电梯的运行数据及维修保养记录评价电梯的运行情况。
3.3 运行与维护管理模块设计与实现
运行与维护管理模块程序功能应主要包括开关电梯运行记录、电梯维修保养记录、电梯维修查询、电梯运行状态维护统计分析、电梯维修评价、维修保养计划、维修保养工单、电梯故障记录、故障查询、故障统计分析。其中,开关电梯记录完成电梯的开关梯数据记录统计分析;电梯维护保养记录完成电梯维护保养的登记工作;维护查询完成电梯维护保养的数据查询工作;维护统计分析完成电梯维护保养数据统计分析;电梯维护评价依据电梯维护保养记录及电梯维护保养基本工时表实现对电梯维护保养的评价;维修保养计划依据电梯的各部分器件的使用寿命制定维修保养计划;维修保养工单打印维修保养工单;年检记录电梯的全部年检信息;电梯故障记录电梯的故障记录;故障查询完成对电梯故障信息的各种查询;故障统计分析对故障记录进行统计分析。
数据结构包括电梯开关记录、电梯维修记录、电梯维护查询、电梯统计分析、电梯维护评价、电梯维修保养计划、电梯维修保养工单、电梯年检记录、电梯故障记录、故障查询、故障统计分析等10个数据表。
3.4 电梯监控模块设计与实现
程序监控系统运行时,完成电梯的整体监控及重点电梯的实时动态监控,系统导航由界面操作完成。电梯监控模块程序界面如图1所示:
图1 电梯监控模块程序界面
4 电梯远程监控系统的实现效果
4.1 本系统设计上主要完成几项工作
(1)在电梯远程监控系统的设计上,完成了相应的3G无线网络的系统结构设计,并且较为详细的设计和介绍了电梯远程监控系统的硬件框架、网络组成等多个模块功能的硬件设计,特别是电梯远程监控系统的视频系统监控文中更是较为详细的给出了相关方案的设计及其硬件结构。
(2)对电梯远程监控系统进行了较为详细的系统建模,设计了多个系统的硬件模块如电源、无线传感器节点、GPS等功能模块,对每一模块都给出了实际的设计方案,尤其是在软件设计方面,对需求分析及设计方案等较完备的实现了当初设计工作。
(3)详细的设计了电梯远程监控系统的监测与控制功能,包括远程3G无线监测、分析报告、预警与分析、远程操作及软件控制系统等功能。硬件实现功能较为实用,软件分析基本满足设计要求,但在数据分析上还较为固定,特别是在定期巡查上,提示信息要求较为单一,反映内容较为粗略,需进一步完成故障库的数据建立工作。
(4)在对该系统的设计中,设计了很多可移植的适用于电梯远程监控系统的数据库模型,能够对监测的数据进行分类别存储,而且支持数据动态提取以及征对不同用户的电梯运行状况的动态评估和数据完整的备份等工作。
(5)在系统的软件设计中提供了较为有亲和力的软件界面,软件操作较为简单,实际用户使用较为满意。
4.2 电梯远程监控系统中的技术创新和改进
该系统在电梯监控系统的基础上增加了无线语音安抚及动态视频监控,特别是井道动态视频信号采集系统,从而使得电梯在监控方面不再是以往的单一数据监测控制系统,更是一个集动态人员安防、预警监测与突发事件应对的一个综合性管理系统,3G网络的应用,进一步拓宽了系统开发的空间,为今后的第三代移动通讯平台与现代远程控制结合开了一个好头儿。
在该系统的软件设计中,特别是电梯运行算法上除使用一些经典的算法外,最为突出的一点是将慢启动—倍增降低算法引到具体软件的设计工作中,并对一些设计中的算法进行了部分改进,特别是在无线网络传输上减少了数据丢包率和数据传输的QOS要求,加强了系统的实时性操作要求。
4.3 电梯远程监控系统今后的展望与改进
根据现在电梯市场来看,电梯的普及率不断提高,技术来断的更新和完善,它会扩大到整个工业控制领域,但是由于各大企业生产的组态软件水平不一,导致组态软件支持的程度不够高,而且相当一部分产品缺小更详尽的技术支持;现在的组态软件中除了一些标准规范的控制中必须要用到的一部分基本功能外,其他功能的实现就完全由各大生产厂商来掌握,所以造成了功能的不规范,根据KDIS远程监控系统的设计要求和实际实施情况,组态软件的采用并不完全实用,但是在不久的将来肯定能够解决上述一系列问题,组态软件在今后将更加成熟,对组态软件技术应用在相应的电梯远程监控系统的前景将更加光明。
5 结语
该系统只是第一代产品,存在的问题还很多,但我相信在不久的将来,厂商会揽入更多的人力、物力、财力来不断的完善和实现相应的功能,从而不断提升产品的质量,使电梯远程监控系统成为该企业的标配设备,使电梯远程监控系统真正做到“防微杜渐,精细入微”。
参考文献:
[1]毛宗源.微机控制电梯[M].第1版.北京:国防工业出版社,1996
[2]郭军.网络管理与控制技术.第1版.北京:人民邮电出版社,1999
[3]刘连昆,樊运华,冯国庆.电梯使用技术手册[M].第1版.北京:中国纺织出版社,2001
[4]刘毓敏,李剑琴,姚彬.数字音视频技术开发与应用.第1版.北京:国防工业出社,2003
[5]刘连昆.电梯安全结构:结构.标准.故障排除.事故分析.第1版.北京机械工业出版社,2003
[6]赵小林.网络安全技术教程.第1版.北京:国防工业出版社,2002
[7]陈东升.现代通信接入网技术及标准规范手册,第1版.北京:中国科技文化出版社,2005
[8]王松,周靖,孟纯城译.网络管理.第1版.北京:清华大学出版社,2003
[9]王中伟.计算机网络管理与安全技术.第1版.北京:人民邮电出版,2004
[10]杨欣,王玉凤,刘湘黔,张延强.51单片机应用实例详解.第1版,北京:清华大学出版社,2010
本系统的设计主要应用于KDIS电梯相关产品,通过123天对24部30层1.75M/s安装本系统的电梯进行测试,结果与设计相符,数据传输较为稳定,预警反应及时,信号及提示应答准确,通过相关企业评估。该系统对电梯运行安全方面起到了“防微杜渐,精细入微”的效果。
【关键词】远程监控;数据传输;3G传感器
1 电梯远程监控系统研究的目的及意义
研究电梯实时运行故障,对于保证电梯特别是高速多层电梯安全工作和安全运行有着十分重要的现实意义。随着自动化控制技术的发展,远程实时监控已成为电梯制造公司对自己产品的实时运行情况了解的最佳手段。
通过对电梯维保市场的调查研究后发现:目前我国的大多城市中的电梯维护以一种承包方式,定期、定次,故障发生上门急修的方式运作。这种方式随着电梯用量的不断加大,电梯普及程度的不断提高,上述模式越来越不适应电梯发展的要求,主要原因有几下几点:
(1)现代城市建筑主要以大于10层的高层建筑为主,电梯维保公司往往几十台电梯安置一位专业的维保技师,由于长年形成的工作模式,电梯维保人员主要是故障急修,由于维保人员少,再加上交通、现场实际的复杂情况,如果多台电梯相继发生故障,多数情况下维保人员不能及时到故障现场,从而造成维修延误。
(2)电梯内的通讯工具往往只是五方对讲系统,特别是第五方往往由小区的物业或甲方负责,当故障发生时由保安或值班人员通知相关维保人员,电梯被控人员很难与维保人员直接沟通,由于相关保安人员对电梯的常规知识及原理理解不全面或根本不懂,不能对电梯被困人员进行实时的安抚,加重了被困人员的心理负担,使被困人中精神及心理承受着多重压力。
(3)现在电梯公司对维保记录只是定期复查,很少对电梯故障维修日志进行监测分析,这很难发现电梯在制造中存在什么缺陷,特别是对电梯控制系统发生的一些随机故障很难发现(如电源地线接触不良,噪声源干扰),排除故障难度加大,解除故障的时间往往延长。
对于上述情况,电梯远程监控系统的出现事必会大大减轻维保人员的工作强度及工作难度。远程监控系统的优势是非常明显的,电梯使用业主不仅仅是得到一套系统,更是享受了一种现代网络无处不在,安全周到的服务。
2 电梯远程监控方面国内外概况及发展趋势
国外大型电梯企业几乎都有了成熟的电梯远程监控系统,例如德国蒂森公司的远程监控系统具有控制电梯的功能,能检测和识别滥用或者错误操作紧急呼叫功能,该系统可以较好的掌握电梯的运行情况,并对相关采集数据进行分析与处理,并将结果转化为相应的行驶方向、楼层呼叫次数、呼叫与事件处理曲线表等,该系统还具有自动故障报警功能,对不同厂家的电梯产品有兼容性支持,但是实际在国产的电梯控制中效果并不理想。
目前我国国内大多数的电梯制造企业都在尝试着开发相应的电梯远程监控系统,本文就是一个企业的具体案例。因为开发的水平差异很大,所以一度造成各自自成体系的局面,而且在控制技术开发上主要以32位微机系统控制的电梯进行监控,其操作和相应的设备不同,可能无法用一套系统解决电梯监控问题。因此,现在国内急需一种功能完善、适应性强、价格适中的电梯远程监控系统用以提高电梯运行、维保和监管质量。而要达到以上要求,除了要通过设计、新技术应用、提高制造工艺水平、提高安装质量水平来解决,更要依托完善的维保体系和先进的监测方法。在提高电梯运行、维护、管理水平的基础上,采用现代通讯技术和故障诊断技术及时发现电梯故障,预防电梯意外事故,提高电梯安全管理水平的重要的科学手段。
2.1 电梯远程监控系统的一般构成
作为电梯远程监控系统首先包括硬件系统和软件系统组成。硬件系统一般由传感器信号采集、信号传输以及信号分析与处理几大部分组成。在此,以KDIS电梯远程监控系统为例进行简单介绍。此系统由现场3G传感器信号发生、采集、传输和位无线传输网络及位于控制柜中的信号采集处理(计算机系统)、信号传输的内部网络及电话网络与控制中心服务器四个部分组成,以及自动辅助电话交换机网络组成。
3 电梯远程监控系统客户端软件设计与实现系统设计概述
电梯远程监控系统的客户端软件作为电梯管理的重要工具需具备十分完善和全面的系统功能,主要应实现系统配置管理、员工管理、设备管理、运行与维护管理功能、电梯监控和故障预警及诊断等功能。
3.1 系统模块中系统配置的设计与实现
系统配置主要包括使用权限管理、监测项目配置、故障报警一预警配置、监控电梯布局配置等功能,配置数据由系统管理员设定。权限管理功能用以定义用户使用权限,电梯使用单位,比如小区物业管理中心一般只能查到该小区的电梯数据。监测项目配置完成对电梯监控的数据采集定义,服务器端数据采集依据该定义完成数据采集工作。故障报警与预警配置完成故障预警、报警数据自动进入数据库。
3.1.1 系统模块的接口定义和数据结构
系统配置中,主要设定了两个接口定义。一个是实时电梯数据请求协议,分为使用单位请求和使用单位电梯请求。第二个是实时电梯数据接收协议,用来显示使用单位或小区内整体电梯及小区内单独电梯的状态。模块的数据结构包括用户使用权限、电梯数据采集配置报警对象等4个表。 3.1.2 权限管理窗体设计与实现
权限管理由用户管理和角色管理两部分组成
3.1.3 权限管理界面控件主要属性和界面工作流程
(1)权限管理界面工作流程。权限管理中,用户管理部分包括用户名称、用户电梯密码、小区标识、角色描述等功能、角色描述、角色所具有的权限等功能,所以数据库记录都可以进行记录的增、删、改、查、数据自动更新等操作。
(2)在用户管理界面中,可设置管理员、超级管理员、操作员等角色名称、使用系统通过自己的用户名和密码加一次性序号码登录系统并对远程电梯实行管理和远程控制等。在角色管理界面中,由具体权限列表规定用户权限,管理员和操作员可对期所拥有的权限进行设置。
3.1.3 电梯远程监控系统故障报警窗体设计与实现
故障报警窗体界面。单击系统菜单下的系统配置选项中的故障报警选项卡进入故障报警查询界面。
3.2 系统设备管理模块设计与实现
设备管理模块主要包括了电梯技术档案管理、电梯配件管理、电梯维修保养计划管理、电梯运行评价等四项功能。其中,电梯技术档案管理完成电梯技术档案的维护;电梯配件管理完成电梯配件的数据维护;电梯维修计划管理完成电梯维修计划的数据维护;电梯运行评价系统依据电梯电梯的运行数据及维修保养记录评价电梯的运行情况。
3.3 运行与维护管理模块设计与实现
运行与维护管理模块程序功能应主要包括开关电梯运行记录、电梯维修保养记录、电梯维修查询、电梯运行状态维护统计分析、电梯维修评价、维修保养计划、维修保养工单、电梯故障记录、故障查询、故障统计分析。其中,开关电梯记录完成电梯的开关梯数据记录统计分析;电梯维护保养记录完成电梯维护保养的登记工作;维护查询完成电梯维护保养的数据查询工作;维护统计分析完成电梯维护保养数据统计分析;电梯维护评价依据电梯维护保养记录及电梯维护保养基本工时表实现对电梯维护保养的评价;维修保养计划依据电梯的各部分器件的使用寿命制定维修保养计划;维修保养工单打印维修保养工单;年检记录电梯的全部年检信息;电梯故障记录电梯的故障记录;故障查询完成对电梯故障信息的各种查询;故障统计分析对故障记录进行统计分析。
数据结构包括电梯开关记录、电梯维修记录、电梯维护查询、电梯统计分析、电梯维护评价、电梯维修保养计划、电梯维修保养工单、电梯年检记录、电梯故障记录、故障查询、故障统计分析等10个数据表。
3.4 电梯监控模块设计与实现
程序监控系统运行时,完成电梯的整体监控及重点电梯的实时动态监控,系统导航由界面操作完成。电梯监控模块程序界面如图1所示:
图1 电梯监控模块程序界面
4 电梯远程监控系统的实现效果
4.1 本系统设计上主要完成几项工作
(1)在电梯远程监控系统的设计上,完成了相应的3G无线网络的系统结构设计,并且较为详细的设计和介绍了电梯远程监控系统的硬件框架、网络组成等多个模块功能的硬件设计,特别是电梯远程监控系统的视频系统监控文中更是较为详细的给出了相关方案的设计及其硬件结构。
(2)对电梯远程监控系统进行了较为详细的系统建模,设计了多个系统的硬件模块如电源、无线传感器节点、GPS等功能模块,对每一模块都给出了实际的设计方案,尤其是在软件设计方面,对需求分析及设计方案等较完备的实现了当初设计工作。
(3)详细的设计了电梯远程监控系统的监测与控制功能,包括远程3G无线监测、分析报告、预警与分析、远程操作及软件控制系统等功能。硬件实现功能较为实用,软件分析基本满足设计要求,但在数据分析上还较为固定,特别是在定期巡查上,提示信息要求较为单一,反映内容较为粗略,需进一步完成故障库的数据建立工作。
(4)在对该系统的设计中,设计了很多可移植的适用于电梯远程监控系统的数据库模型,能够对监测的数据进行分类别存储,而且支持数据动态提取以及征对不同用户的电梯运行状况的动态评估和数据完整的备份等工作。
(5)在系统的软件设计中提供了较为有亲和力的软件界面,软件操作较为简单,实际用户使用较为满意。
4.2 电梯远程监控系统中的技术创新和改进
该系统在电梯监控系统的基础上增加了无线语音安抚及动态视频监控,特别是井道动态视频信号采集系统,从而使得电梯在监控方面不再是以往的单一数据监测控制系统,更是一个集动态人员安防、预警监测与突发事件应对的一个综合性管理系统,3G网络的应用,进一步拓宽了系统开发的空间,为今后的第三代移动通讯平台与现代远程控制结合开了一个好头儿。
在该系统的软件设计中,特别是电梯运行算法上除使用一些经典的算法外,最为突出的一点是将慢启动—倍增降低算法引到具体软件的设计工作中,并对一些设计中的算法进行了部分改进,特别是在无线网络传输上减少了数据丢包率和数据传输的QOS要求,加强了系统的实时性操作要求。
4.3 电梯远程监控系统今后的展望与改进
根据现在电梯市场来看,电梯的普及率不断提高,技术来断的更新和完善,它会扩大到整个工业控制领域,但是由于各大企业生产的组态软件水平不一,导致组态软件支持的程度不够高,而且相当一部分产品缺小更详尽的技术支持;现在的组态软件中除了一些标准规范的控制中必须要用到的一部分基本功能外,其他功能的实现就完全由各大生产厂商来掌握,所以造成了功能的不规范,根据KDIS远程监控系统的设计要求和实际实施情况,组态软件的采用并不完全实用,但是在不久的将来肯定能够解决上述一系列问题,组态软件在今后将更加成熟,对组态软件技术应用在相应的电梯远程监控系统的前景将更加光明。
5 结语
该系统只是第一代产品,存在的问题还很多,但我相信在不久的将来,厂商会揽入更多的人力、物力、财力来不断的完善和实现相应的功能,从而不断提升产品的质量,使电梯远程监控系统成为该企业的标配设备,使电梯远程监控系统真正做到“防微杜渐,精细入微”。
参考文献:
[1]毛宗源.微机控制电梯[M].第1版.北京:国防工业出版社,1996
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[9]王中伟.计算机网络管理与安全技术.第1版.北京:人民邮电出版,2004
[10]杨欣,王玉凤,刘湘黔,张延强.51单片机应用实例详解.第1版,北京:清华大学出版社,2010