基于小凌派RK2206的工地检测平台设计

本项目由黎明职业大学薛豪炜、欧思思、盛松同学，获得福建省首届OpenHarmony开发者大赛一等奖，感谢王国栋老师倾情供稿！

一、项目背景

基于现代社会大规模开发对环境和人们正常生活造成不良影响，因此考虑制作一个对工地进行环境监测的项目，通过对环境和工人的监测来实现保护环境和工人生命安全的目的。

在物联网各应用行业，如何合理实现工地云监测这样的物联网综合项目的实施部署与后期运维就是我们要实现的内容。

工地检测平台是工地监管的高效方案，是集移动互联网和物联网技术为一体，依托部署在工地现场的各种传感和远距离无线电（LoRa）、蓝牙及无线通信网络实现环境的实时采集、自动警报、智能决策、远程查看、监管部门实时监管，为广大工人提供更加安全的工作环境。

二、项目简介

1、项目描述

该项目基于OpenHarmony系统，以RK2206开发板（小凌派）为感知层核心，利用国产开源OpenHarmony操作系统为开发环境，以云服务器为基础构建工地检测平台，实现云平台与传感网络系统的通信连接管理等；构建远程信息实时监测管理和控制的应用平台。充分利用互联网和单片机技术为用户提供实时监测、远程管理等功能，使得监管部门在一定程度上脱离时间和空间的限制，实现对现场的远程监控和管理。

2、功能说明

工地施工对部分工人生命造成威胁，设计实现“当环境数值超标时控制污染，当工人未履行工地防护守则时发出警报”的方案，来降低工地事故发生率和对自然环境的污染。

例如：

（1）当我们的酒精传感器监测到工人体内酒精含量超标，后台就会收到警报，并且通过播放提示音，强制工人停止工作。

（2）当监测到工地内环境数值超标时，开启雾化器进行降尘。

（3）当监测到工地内灯光环境昏暗时，路灯就会自启动等。

3、系统功能逻辑

系统的功能逻辑如下图所示。设计方案以小凌派Harmony开发板为核心实现网络层和感知层的主要功能，运行OpenHarmony操作系统，实现包括系统外设初始化、网络接入、系统管理、数据采集、数据联网上报等功能。平台层和应用层功能则由云服务器和小凌派Harmony开发板协同实现。

4、项目展示

三、硬件方案

1、硬件总体框架

2、主控芯片

主控芯片采用瑞芯微RK2206，200MHz主频，低功耗、高集成支持802.11b/g/n无线和全介质接入控制WLAN。

·采用IoTCluB的E53接口标准，可接入所有的E53案例扩展板。

·主控为瑞芯微RK2206芯片，200MHz主频，RAM 256KB、ROM 16KB、PSRAM 8M、FLASH 8M。

·板载NFC Forum Type 2 Tag芯片及天线，可实现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、麦克风接口、E53 接口（包含 UART、 I2C、ADC、DAC、PWM、5 个 GPIO）。

·一根TypeC USB线，即可实现供电、下载等功能。

·一根TypeC USB线，可支持串口调试功能。

3、北斗模块

北斗定位模块，本质上就是个信号接收器，可以用无线或有线方式与上位连接，将信号传递给云服务器做好处理，常用的GPS北斗定位模块多是应用设备，也就是用户部分，可以像“收音机”一样接收、解调卫星的传播C/A码信号，播发信号，属于被动定位。

定位模块的运用重点在于串口通信协议上，也就是信号的输入输出格式，主要包含数据类型与信息格式，常用Modbus等协议传输。

4、TFT液晶显示屏

TFT(Thin Film Transistor)即薄膜场效应晶体管，属于有源矩阵液晶显示器中的一种。TFT液晶显示屏的特点是亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳，但也存在着比较耗电和成本较高的不足。

5、温湿度SHTC3

SHTC3是一个检测温度、湿度的传感器，可以检测-40℃~125℃的温度范围和0%~100%的湿度范围。SHTC3的工作电压范围为：1.62V~3.6V。SHTC3使用的通讯方式是I2C，通讯速率可以达到400KHz。

6、MQ-3酒精传感器

MQ3是MQ传感器系列中最常用的传感器之一。它是金属氧化物半导体（MOS）类型的传感器。金属氧化物传感器也被称为化学电阻在暴露于醇，因为感测基于所述感测材料的电阻的变化。因此，通过将其放置在简单的分压器网络中，可以检测到酒精浓度。MQ3酒精传感器可在5V直流电压下工作，功耗约800mW。它可以检测25至500 ppm范围内的酒精浓度。

7、其他硬件

舵机、USB雾化加湿器、LED信号灯、光敏传感器等通过开发板接口实现控制。音响通过功放模块MAX98357驱动。

四、软件方案

1、开发环境简介

软件开发在OpenHarmony内核抽象层之上进行。内核抽象层为用户提供进程管理、内存管理、文件系统、网络管理和外设管理等操作系统功能。Harmony的内核抽象层支持CMSIS应用程序标准接口，本次开发采用轻量级系统中常用的CMSIS标准。

本项目开发环境布置在Window以及Linux操作系统上面。系统编译环境在Linux系统性建立，应用程序使用C语言编写，在VSCode上实现编程。需要安装配置Python及gcc编译器的支持，开发环境还需要安装npm和hpm等Harmony操作系统的组包和发行版管理工具。

2、环境参数采集

环境参数通过操作温湿度传感器、光敏传感器、一氧化碳湿度传感器、酒精传感器实现。获取到的环境数据通过MQTT协议发送到云端处理，空气数据不合格时自动打开洒水降尘，当光照强度不够时自动打开工地所有灯光。

五、项目总结及展望

“工地检测云平台”是我们为工人们打造的一个系统，意在减少工人施工时所受环境的污染，保护工人人生安全。我们希望此系统在以后可以得到完善和升级，并且应用在实际工作中，减少工人发生事故的概率，让工人兄弟们可以安全、放心的工作！

本次开源Harmony大赛的过程可以说是跌宕起伏。在确认小组主题后我们开始设想要实现的功能。所以加入了酒精、光敏、温湿度传感器等，达到监测工地环境和保护工人施工安全的目的。期间我们了一些困难，调试设备期间因为我们的接口出现了问题，导致工作节奏慢，最有难度的或许是北斗定位的地图刷新，在网页显示时一直频繁闪烁，查询了许多资料才得以解决。

参加了本次比赛我们小组的成员都收获颇丰，不管是想法还是行动都变动更加默契，对小凌派和Harmony也加深了了解，以及系统化的理解了各个模块之间的运作，相信本次比赛对我们今后的生涯带来的莫大的收获。