基于小凌派RK2206的工地檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)
??想了解更多關(guān)于開源的內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)L問：??
本項(xiàng)目由黎明職業(yè)大學(xué)薛豪煒、歐思思、盛松同學(xué)，獲得福建省首屆開源鴻蒙開發(fā)者大賽一等獎(jiǎng)，感謝王國(guó)棟老師傾情供稿！
一、項(xiàng)目背景
基于現(xiàn)代社會(huì)大規(guī)模開發(fā)對(duì)環(huán)境和人們正常生活造成不良影響，因此考慮制作一個(gè)對(duì)工地進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目，通過對(duì)環(huán)境和工人的監(jiān)測(cè)來實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境和工人生命安全的目的。
在物聯(lián)網(wǎng)各應(yīng)用行業(yè)，如何合理實(shí)現(xiàn)工地云監(jiān)測(cè)這樣的物聯(lián)網(wǎng)綜合項(xiàng)目的實(shí)施部署與后期運(yùn)維就是我們要實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容。
工地檢測(cè)平臺(tái)是工地監(jiān)管的高效方案，是集移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為一體，依托部署在工地現(xiàn)場(chǎng)的各種傳感和遠(yuǎn)距離無線電（LoRa）、藍(lán)牙及無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)環(huán)境的實(shí)時(shí)采集、自動(dòng)警報(bào)、智能決策、遠(yuǎn)程查看、監(jiān)管部門實(shí)時(shí)監(jiān)管，為廣大工人提供更加安全的工作環(huán)境。
二、項(xiàng)目簡(jiǎn)介
1、項(xiàng)目描述 ?
該項(xiàng)目基于OpenHarmony系統(tǒng)，以RK2206開發(fā)板（小凌派）為感知層核心，利用國(guó)產(chǎn)開源OpenHarmony操作系統(tǒng)為開發(fā)環(huán)境，以云服務(wù)器為基礎(chǔ)構(gòu)建工地檢測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)與傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信連接管理等；構(gòu)建遠(yuǎn)程信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理和控制的應(yīng)用平臺(tái)。充分利用互聯(lián)網(wǎng)和單片機(jī)技術(shù)為用戶提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程管理等功能，使得監(jiān)管部門在一定程度上脫離時(shí)間和空間的限制，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。
2、功能說明 ?
工地施工對(duì)部分工人生命造成威脅，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)“當(dāng)環(huán)境數(shù)值超標(biāo)時(shí)控制污染，當(dāng)工人未履行工地防護(hù)守則時(shí)發(fā)出警報(bào)”的方案，來降低工地事故發(fā)生率和對(duì)自然環(huán)境的污染。
例如：
（1）當(dāng)我們的酒精傳感器監(jiān)測(cè)到工人體內(nèi)酒精含量超標(biāo)，后臺(tái)就會(huì)收到警報(bào)，并且通過播放提示音，強(qiáng)制工人停止工作。
（2）當(dāng)監(jiān)測(cè)到工地內(nèi)環(huán)境數(shù)值超標(biāo)時(shí)，開啟霧化器進(jìn)行降塵。
（3）當(dāng)監(jiān)測(cè)到工地內(nèi)燈光環(huán)境昏暗時(shí)，路燈就會(huì)自啟動(dòng)等。
3、系統(tǒng)功能邏輯 ?
系統(tǒng)的功能邏輯如下圖所示。設(shè)計(jì)方案以小凌派鴻蒙開發(fā)板為核心實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層和感知層的主要功能，運(yùn)行OpenHarmony操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)包括系統(tǒng)外設(shè)初始化、網(wǎng)絡(luò)接入、系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)上報(bào)等功能。平臺(tái)層和應(yīng)用層功能則由云服務(wù)器和小凌派鴻蒙開發(fā)板協(xié)同實(shí)現(xiàn)。
4、項(xiàng)目展示 ?
三、硬件方案
1、硬件總體框架
2、主控芯片?
主控芯片采用瑞芯微RK2206，200MHz主頻，低功耗、高集成支持802.11b/g/n無線和全介質(zhì)接入控制WLAN。
- 采用IoTCluB的E53接口標(biāo)準(zhǔn)，可接入所有的E53案例擴(kuò)展板。
- 主控為瑞芯微RK2206芯片，200MHz主頻，RAM 256KB、ROM 16KB、PSRAM 8M、FLASH 8M。
- 板載NFC Forum Type 2 Tag芯片及天線，可實(shí)現(xiàn)HarmonyOS“碰一碰”功能。
- 支持。
- USB 2.0 、SD card /SPI/I2C 接口、麥克風(fēng)接口、E53 接口（包含 UART、 I2C、ADC、DAC、PWM、5 個(gè) GPIO）。
- 一根TypeC USB線，即可實(shí)現(xiàn)供電、下載等功能。
- 一根TypeC USB線，可支持串口調(diào)試功能。
3、北斗模塊
北斗定位模塊，本質(zhì)上就是個(gè)信號(hào)接收器，可以用無線或有線方式與上位連接，將信號(hào)傳遞給云服務(wù)器做好處理，常用的GPS北斗定位模塊多是應(yīng)用設(shè)備，也就是用戶部分，可以像“收音機(jī)”一樣接收、解調(diào)衛(wèi)/星的傳播C/A碼信號(hào)，播發(fā)信號(hào)，屬于被動(dòng)定位。
定位模塊的運(yùn)用重點(diǎn)在于串口通信協(xié)議上，也就是信號(hào)的輸入輸出格式，主要包含數(shù)據(jù)類型與信息格式，常用Modbus等協(xié)議傳輸。
4、TFT液晶顯示屏
TFT(Thin Film Transistor)即薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，屬于有源矩陣液晶顯示器中的一種。TFT液晶顯示屏的特點(diǎn)是亮度好、對(duì)比度高、層次感強(qiáng)、顏色鮮艷，但也存在著比較耗電和成本較高的不足。
5、溫濕度S HTC3 ?
SHTC3是一個(gè)檢測(cè)溫度、濕度的傳感器，可以檢測(cè)-40℃125℃的溫度范圍和0%100%的濕度范圍。SHTC3的工作電壓范圍為：1.62V~3.6V。SHTC3使用的通訊方式是I2C，通訊速率可以達(dá)到400KHz。
6、MQ-3酒精傳感器
MQ3是MQ傳感器系列中最常用的傳感器之一。它是金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）類型的傳感器。金屬氧化物傳感器也被稱為化學(xué)電阻在暴露于醇，因?yàn)楦袦y(cè)基于所述感測(cè)材料的電阻的變化。因此，通過將其放置在簡(jiǎn)單的分壓器網(wǎng)絡(luò)中，可以檢測(cè)到酒精濃度。MQ3酒精傳感器可在5V直流電壓下工作，功耗約800mW。它可以檢測(cè)25至500 ppm范圍內(nèi)的酒精濃度。
7、其他硬件
舵機(jī)、USB霧化加濕器、LED信號(hào)燈、光敏傳感器等通過開發(fā)板接口實(shí)現(xiàn)控制。音響通過功放模塊MAX98357驅(qū)動(dòng)。
四、軟件方案
1、開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介 ?
軟件開發(fā)在OpenHarmony內(nèi)核抽象層之上進(jìn)行。內(nèi)核抽象層為用戶提供進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理和外設(shè)管理等操作系統(tǒng)功能。鴻蒙的內(nèi)核抽象層支持CMSIS應(yīng)用程序標(biāo)準(zhǔn)接口，本次開發(fā)采用輕量級(jí)系統(tǒng)中常用的CMSIS標(biāo)準(zhǔn)。
本項(xiàng)目開發(fā)環(huán)境布置在Window以及Linux操作系統(tǒng)上面。系統(tǒng)編譯環(huán)境在Linux系統(tǒng)性建立，應(yīng)用程序使用C語(yǔ)言編寫，在VSCode上實(shí)現(xiàn)編程。需要安裝配置Python及gcc編譯器的支持，開發(fā)環(huán)境還需要安裝npm和hpm等鴻蒙操作系統(tǒng)的組包和發(fā)行版管理工具。
2、環(huán)境參數(shù)采集 ?
環(huán)境參數(shù)通過操作溫濕度傳感器、光敏傳感器、一氧化碳濕度傳感器、酒精傳感器實(shí)現(xiàn)。獲取到的環(huán)境數(shù)據(jù)通過MQTT協(xié)議發(fā)送到云端處理，空氣數(shù)據(jù)不合格時(shí)自動(dòng)打開灑水降塵，當(dāng)光照強(qiáng)度不夠時(shí)自動(dòng)打開工地所有燈光。
五、項(xiàng)目總結(jié)及展望
“工地檢測(cè)云平臺(tái)”是我們?yōu)楣と藗兇蛟斓囊粋€(gè)系統(tǒng)，意在減少工人施工時(shí)所受環(huán)境的污染，保護(hù)工人人生安全。我們希望此系統(tǒng)在以后可以得到完善和升級(jí)，并且應(yīng)用在實(shí)際工作中，減少工人發(fā)生事故的概率，讓工人兄弟們可以安全、放心的工作！
本次開源鴻蒙大賽的過程可以說是跌宕起伏。在確認(rèn)小組主題后我們開始設(shè)想要實(shí)現(xiàn)的功能。所以加入了酒精、光敏、溫濕度傳感器等，達(dá)到監(jiān)測(cè)工地環(huán)境和保護(hù)工人施工安全的目的。期間我們了一些困難，調(diào)試設(shè)備期間因?yàn)槲覀兊慕涌诔霈F(xiàn)了問題，導(dǎo)致工作節(jié)奏慢，最有難度的或許是北斗定位的地圖刷新，在網(wǎng)頁(yè)顯示時(shí)一直頻繁閃爍，查詢了許多資料才得以解決。
參加了本次比賽我們小組的成員都收獲頗豐，不管是想法還是行動(dòng)都變動(dòng)更加默契，對(duì)小凌派和鴻蒙也加深了了解，以及系統(tǒng)化的理解了各個(gè)模塊之間的運(yùn)作，相信本次比賽對(duì)我們今后的生涯帶來的莫大的收獲。
