基于小凌派RK2206的工地檢測平臺設(shè)計

本項目由黎明職業(yè)大學(xué)薛豪煒、歐思思、盛松同學(xué)，獲得福建省首屆OpenHarmony開發(fā)者大賽一等獎，感謝王國棟老師傾情供稿！

一、項目背景

基于現(xiàn)代社會大規(guī)模開發(fā)對環(huán)境和人們正常生活造成不良影響，因此考慮制作一個對工地進行環(huán)境監(jiān)測的項目，通過對環(huán)境和工人的監(jiān)測來實現(xiàn)保護環(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)，如何合理實現(xiàn)工地云監(jiān)測這樣的物聯(lián)網(wǎng)綜合項目的實施部署與后期運維就是我們要實現(xiàn)的內(nèi)容。

工地檢測平臺是工地監(jiān)管的高效方案，是集移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為一體，依托部署在工地現(xiàn)場的各種傳感和遠距離無線電（LoRa）、藍牙及無線通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)環(huán)境的實時采集、自動警報、智能決策、遠程查看、監(jiān)管部門實時監(jiān)管，為廣大工人提供更加安全的工作環(huán)境。

二、項目簡介

1、項目描述

該項目基于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)建工地檢測平臺，實現(xiàn)云平臺與傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信連接管理等；構(gòu)建遠程信息實時監(jiān)測管理和控制的應(yīng)用平臺。充分利用互聯(lián)網(wǎng)和單片機技術(shù)為用戶提供實時監(jiān)測、遠程管理等功能，使得監(jiān)管部門在一定程度上脫離時間和空間的限制，實現(xiàn)對現(xiàn)場的遠程監(jiān)控和管理。

2、功能說明

工地施工對部分工人生命造成威脅，設(shè)計實現(xiàn)“當(dāng)環(huán)境數(shù)值超標(biāo)時控制污染，當(dāng)工人未履行工地防護守則時發(fā)出警報”的方案，來降低工地事故發(fā)生率和對自然環(huán)境的污染。

例如：

（1）當(dāng)我們的酒精傳感器監(jiān)測到工人體內(nèi)酒精含量超標(biāo)，后臺就會收到警報，并且通過播放提示音，強制工人停止工作。

（2）當(dāng)監(jiān)測到工地內(nèi)環(huán)境數(shù)值超標(biāo)時，開啟霧化器進行降塵。

（3）當(dāng)監(jiān)測到工地內(nèi)燈光環(huán)境昏暗時，路燈就會自啟動等。

3、系統(tǒng)功能邏輯

系統(tǒng)的功能邏輯如下圖所示。設(shè)計方案以小凌派Harmony開發(fā)板為核心實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層和感知層的主要功能，運行OpenHarmony操作系統(tǒng)，實現(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)上報等功能。平臺層和應(yīng)用層功能則由云服務(wù)器和小凌派Harmony開發(fā)板協(xié)同實現(xiàn)。

4、項目展示

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，可實現(xiàn)HarmonyOS“碰一碰”功能。

·支持 IEEE 802.11b/g/n 制式，AP 模式。

·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 GPIO）。

·一根TypeC USB線，即可實現(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)上就是個信號接收器，可以用無線或有線方式與上位連接，將信號傳遞給云服務(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”一樣接收、解調(diào)衛(wèi)星的傳播C/A碼信號，播發(fā)信號，屬于被動定位。

定位模塊的運用重點在于串口通信協(xié)議上，也就是信號的輸入輸出格式，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液晶顯示屏的特點是亮度好、對比度高、層次感強、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SHTC3

SHTC3是一個檢測溫度、濕度的傳感器，可以檢測-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，因為感測基于所述感測材料的電阻的變化。因此，通過將其放置在簡單的分壓器網(wǎng)絡(luò)中，可以檢測到酒精濃度。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25至500 ppm范圍內(nèi)的酒精濃度。

7、其他硬件

舵機、USB霧化加濕器、LED信號燈、光敏傳感器等通過開發(fā)板接口實現(xiàn)控制。音響通過功放模塊MAX98357驅(qū)動。

四、軟件方案

1、開發(fā)環(huán)境簡介

軟件開發(fā)在OpenHarmony內(nèi)核抽象層之上進行。內(nèi)核抽象層為用戶提供進程管理、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。Harmony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)采用輕量級系統(tǒng)中常用的CMSIS標(biāo)準(zhǔn)。

本項目開發(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語言編寫，在VSCode上實現(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Harmony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)不合格時自動打開灑水降塵，當(dāng)光照強度不夠時自動打開工地所有燈光。

五、項目總結(jié)及展望

“工地檢測云平臺”是我們?yōu)楣と藗兇蛟斓囊粋€系統(tǒng)，意在減少工人施工時所受環(huán)境的污染，保護工人人生安全。我們希望此系統(tǒng)在以后可以得到完善和升級，并且應(yīng)用在實際工作中，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Harmony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)想要實現(xiàn)的功能。所以加入了酒精、光敏、溫濕度傳感器等，達到監(jiān)測工地環(huán)境和保護工人施工安全的目的。期間我們了一些困難，調(diào)試設(shè)備期間因為我們的接口出現(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)頁顯示時一直頻繁閃爍，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都變動更加默契，對小凌派和Harmony也加深了了解，以及系統(tǒng)化的理解了各個模塊之間的運作，相信本次比賽對我們今后的生涯帶來的莫大的收獲。