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[摘 要]为了减少电梯超重现象，提高电梯运行效率，设计了一种优化算法。这种算法引入了优先级的想法，对电梯算法进行优化，在搭配简单的硬件电路后，通过单片机控制，经过仿真验证，对提高电梯的效率和减少超重有一定的效果。
[关键词]电梯 效率 超重 单片机
中图分类号：TD156 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）04-0259-01
1 引言
电梯作为我们生活中不可缺少的一部分，已经被大多数人熟悉，但是常见电梯的控制策略效率很低，尤其是在高峰期，会造成大量人员滞留现象。并且通过观察发现，很多时候，因为超重，或者因个别人乘坐电梯，使电梯频繁上下，令电梯运行效率低下。因此本文基于优先级的相关原理，运用单片机和传感器的相关应用，提出一种又能提高电梯运载效率，又能大幅度减少人员超重现象的一种思路。
2 硬件设计
电梯系统的系统将要梯信号锁存，待单片机查询到电梯信号后，根据电梯信号的位置（即楼层数）和电梯所处的位置，决定电梯运行方向，并启动电梯到目的层停梯、开门，待乘客进入电梯关门后，再根据乘客要求把乘客送到目的层。本设计需要如下硬件支持：单片机最小系统，A/D转换芯片电路（包含对重力传感器信号的放大和滤波），重力测量计，液晶显示器等。其中单片机系统是控制整个设计的逻辑部分，每个楼层的按键均有连线与之管脚相连从而识别哪个楼层按键被按下。A/D转换电路把有关质量的信息传送给单片机进行处理，而重力测量计的放置比较特殊，在此，除了需要测量电梯实际载重以外，还需要在每个楼层电梯门口设置一个等待区域，并在等待区域放置重力测量计以便测量每个楼层等待区的人的质量以便单片机分析是否可能会超重。并且在每个楼层多加一个液晶显示器，实时显示是否超重信息和被忽略次数m（这个0≤m<3，后面会介绍其作用），从而给等待人群一个参考。硬件原理框图如下图1。
3 参数的定义
设电梯内部按下的楼层为Nm（1≤m<10），电梯外部按下的楼层为Wn（1 4 算法设计及仿真
本设计以减少超重现象为主，在此之上提高电梯调度的效率，因此，把以下情形设置了如下优先级（优先级由高到低）：①若在检测时候发现L楼层的被忽略次数m>=3，优先响应这一层②“第L层只有电梯内部按下（要出去人），外部没有按下或者该楼层内外都有按下，且”④“第L层电梯仅外部按下，且满足” ③“第L层的电梯仅外部按下满足条件” ⑤“第L层电梯楼层内外都有按下，符合条件”⑥第L层电梯仅外部按下且满足. 在这个设计中，为了提高电梯的运行效率，采用先检测与当前楼层接近的2个按下楼层的状态是否为①，再检测次2个楼层状态，如此直至检测不到按下楼层的情况，则改检测状态②，设想最坏的情况是检测到状态⑥了还没有符合要求的，则到达最近的按下的楼层，并重新进行检测，直至没有电梯楼层按下为止。（在有2个或者以上都符合情况下，按照与当前楼层的距离优先选择近的）
下面，对上述算法的合理性进行分析：因为本文主要是为了减少因超载而导致一些人无法进入电梯和因超载而造成的种种使电梯运行效率下降（比如重复开关门等）的情况发生，所以，一切超载的情况，优先级都设置的很低。，但为了避免一个楼层因为被忽略次数太多而造成该楼层大量人员阻塞，在程序中给每个楼层加了一个计数器m，当被忽略次数达到3次，则优先响应，这是情况一。第二种情况和第三种情况都是没有超载的情况，但是设置不同优先级，是为了在未超载的情况下，能优先选择让一部分人出去的楼层（即电梯内部有人按下该楼层），这样对于缓解电梯压力，提高电梯效率有很大帮助；第三种和第四种情况区别在于，虽然都没有超载，但第四种情况显示，外面等待进入的人并不多，这样在与第三种情况比较下，优先选择第三种情况，来提高电梯的使用效率。后两种情况属于超重情况，在超重的情况下，有进有出的情况应该优先考虑，因为这种情况下，当出去的人数大于进入人数重量时候，电梯不会超重。最坏的情况就是第六种了，一定超重，在没有其他楼层有停靠需求的情况下，不停必然导致大量人员滞留，故把该情况优先级设置最低。
下面就对10层电梯的一些典型情况进行分析对比：（对情形2给出Proteus仿真结果）
情形1：假设电梯外部的1层和10层都按下按钮，内部按下了一层，现在是在9层向下。则一般情况下，电梯会先到1层，然后再向上跑到10层接人，这样会走了（8+9+9=）26层；如果用上述方法，如果没有超载现象，他会先选择第十层接人，然后直接到达一楼，仅相当于走了（1+9=）10层；如果10层人过多，情况与一般情况就一样，但是效率不会低于现在一般电梯运行效率。
情形2： 假设电梯外部的6层，8层按下，内部按下1层，电梯在5层，其中6层人过多（可能发生超载），电梯在5层向上。仿真如图2，3，其中，每次脉冲，代表开一次门，间隔长度与层数成正比（假设电梯运行速度不变）。如图可以发现：优化前，电梯会先到六层停，再到八层停，因为超载原因，六层八层人员并没有全上去，因此电梯在下降过程中在六八层还停靠，再到一层，然后再回6，8层接人，绝对路程为（3+7+7+7=）24层；而经过优化的算法，会在检测六层人数过多的情况下先到1层，然后再回到6，8层，这样能大大减少电梯停留次数，这样绝对路程为（4+7+7=）18层。验证了算法有效性。
图2 优化前的仿真结果 图3经过优化的仿真结果
5.结论：
经过以上的分析和仿真，我们发现，该种算法在实际应用中会起到一定的提高电梯效率的，尤其是在人流高峰时候，但是对于人流少的情況下会比较浪费效率。并且，因为优先级的设置，能比较大程度上的减少人员因为超载而造成的多次电梯门开关而造成的时间浪费。通过分析可以知道，一方面，如果外面的人看见超载提示，会有一部分主动离开而减少等待人数，另一方面程序上面控制，可以减少多次在某一楼层接人现象的发生（一次接不完）。经过一些典型的情形，我们也发现，该算法在人流高峰期时候确实有一定的效果。对于该算法在人流低峰时候的缺陷，可以采用分时用不同策略的形式解决这个问题。
参考文献
[1] 张毅坤，陈善久，裘雪红.单片微型计算机原理及应用[M].西安电子科技大学出版社.
[2] 宋德杰.用单片机实现电梯控制系统[Z].
[关键词]电梯 效率 超重 单片机
中图分类号：TD156 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）04-0259-01
1 引言
电梯作为我们生活中不可缺少的一部分，已经被大多数人熟悉，但是常见电梯的控制策略效率很低，尤其是在高峰期，会造成大量人员滞留现象。并且通过观察发现，很多时候，因为超重，或者因个别人乘坐电梯，使电梯频繁上下，令电梯运行效率低下。因此本文基于优先级的相关原理，运用单片机和传感器的相关应用，提出一种又能提高电梯运载效率，又能大幅度减少人员超重现象的一种思路。
2 硬件设计
电梯系统的系统将要梯信号锁存，待单片机查询到电梯信号后，根据电梯信号的位置（即楼层数）和电梯所处的位置，决定电梯运行方向，并启动电梯到目的层停梯、开门，待乘客进入电梯关门后，再根据乘客要求把乘客送到目的层。本设计需要如下硬件支持：单片机最小系统，A/D转换芯片电路（包含对重力传感器信号的放大和滤波），重力测量计，液晶显示器等。其中单片机系统是控制整个设计的逻辑部分，每个楼层的按键均有连线与之管脚相连从而识别哪个楼层按键被按下。A/D转换电路把有关质量的信息传送给单片机进行处理，而重力测量计的放置比较特殊，在此，除了需要测量电梯实际载重以外，还需要在每个楼层电梯门口设置一个等待区域，并在等待区域放置重力测量计以便测量每个楼层等待区的人的质量以便单片机分析是否可能会超重。并且在每个楼层多加一个液晶显示器，实时显示是否超重信息和被忽略次数m（这个0≤m<3，后面会介绍其作用），从而给等待人群一个参考。硬件原理框图如下图1。
3 参数的定义
设电梯内部按下的楼层为Nm（1≤m<10），电梯外部按下的楼层为Wn（1
本设计以减少超重现象为主，在此之上提高电梯调度的效率，因此，把以下情形设置了如下优先级（优先级由高到低）：①若在检测时候发现L楼层的被忽略次数m>=3，优先响应这一层②“第L层只有电梯内部按下（要出去人），外部没有按下或者该楼层内外都有按下，且”④“第L层电梯仅外部按下，且满足” ③“第L层的电梯仅外部按下满足条件” ⑤“第L层电梯楼层内外都有按下，符合条件”⑥第L层电梯仅外部按下且满足. 在这个设计中，为了提高电梯的运行效率，采用先检测与当前楼层接近的2个按下楼层的状态是否为①，再检测次2个楼层状态，如此直至检测不到按下楼层的情况，则改检测状态②，设想最坏的情况是检测到状态⑥了还没有符合要求的，则到达最近的按下的楼层，并重新进行检测，直至没有电梯楼层按下为止。（在有2个或者以上都符合情况下，按照与当前楼层的距离优先选择近的）
下面，对上述算法的合理性进行分析：因为本文主要是为了减少因超载而导致一些人无法进入电梯和因超载而造成的种种使电梯运行效率下降（比如重复开关门等）的情况发生，所以，一切超载的情况，优先级都设置的很低。，但为了避免一个楼层因为被忽略次数太多而造成该楼层大量人员阻塞，在程序中给每个楼层加了一个计数器m，当被忽略次数达到3次，则优先响应，这是情况一。第二种情况和第三种情况都是没有超载的情况，但是设置不同优先级，是为了在未超载的情况下，能优先选择让一部分人出去的楼层（即电梯内部有人按下该楼层），这样对于缓解电梯压力，提高电梯效率有很大帮助；第三种和第四种情况区别在于，虽然都没有超载，但第四种情况显示，外面等待进入的人并不多，这样在与第三种情况比较下，优先选择第三种情况，来提高电梯的使用效率。后两种情况属于超重情况，在超重的情况下，有进有出的情况应该优先考虑，因为这种情况下，当出去的人数大于进入人数重量时候，电梯不会超重。最坏的情况就是第六种了，一定超重，在没有其他楼层有停靠需求的情况下，不停必然导致大量人员滞留，故把该情况优先级设置最低。
下面就对10层电梯的一些典型情况进行分析对比：（对情形2给出Proteus仿真结果）
情形1：假设电梯外部的1层和10层都按下按钮，内部按下了一层，现在是在9层向下。则一般情况下，电梯会先到1层，然后再向上跑到10层接人，这样会走了（8+9+9=）26层；如果用上述方法，如果没有超载现象，他会先选择第十层接人，然后直接到达一楼，仅相当于走了（1+9=）10层；如果10层人过多，情况与一般情况就一样，但是效率不会低于现在一般电梯运行效率。
情形2： 假设电梯外部的6层，8层按下，内部按下1层，电梯在5层，其中6层人过多（可能发生超载），电梯在5层向上。仿真如图2，3，其中，每次脉冲，代表开一次门，间隔长度与层数成正比（假设电梯运行速度不变）。如图可以发现：优化前，电梯会先到六层停，再到八层停，因为超载原因，六层八层人员并没有全上去，因此电梯在下降过程中在六八层还停靠，再到一层，然后再回6，8层接人，绝对路程为（3+7+7+7=）24层；而经过优化的算法，会在检测六层人数过多的情况下先到1层，然后再回到6，8层，这样能大大减少电梯停留次数，这样绝对路程为（4+7+7=）18层。验证了算法有效性。
图2 优化前的仿真结果 图3经过优化的仿真结果
5.结论：
经过以上的分析和仿真，我们发现，该种算法在实际应用中会起到一定的提高电梯效率的，尤其是在人流高峰时候，但是对于人流少的情況下会比较浪费效率。并且，因为优先级的设置，能比较大程度上的减少人员因为超载而造成的多次电梯门开关而造成的时间浪费。通过分析可以知道，一方面，如果外面的人看见超载提示，会有一部分主动离开而减少等待人数，另一方面程序上面控制，可以减少多次在某一楼层接人现象的发生（一次接不完）。经过一些典型的情形，我们也发现，该算法在人流高峰期时候确实有一定的效果。对于该算法在人流低峰时候的缺陷，可以采用分时用不同策略的形式解决这个问题。
参考文献
[1] 张毅坤，陈善久，裘雪红.单片微型计算机原理及应用[M].西安电子科技大学出版社.
[2] 宋德杰.用单片机实现电梯控制系统[Z].