大胜达智能环境感知系统

1. 背景及动机

印刷和包装行业中大量使用油墨，润版液，废定影液，油性上光材料等不可避免地会对生产环境造成危害，会对工人的健康造成威胁，会对产品的质量造成损害。浙江大胜达包装股份有限公司非常重视生产环境保护，以工人健康为己任，积极提高产品质量。基于此背景，大胜达智能环境智能感知系统应运而生。

大胜达智能环境感知系统主要采集PM1.0、PM2.5、PM10、AQS、TVOC、甲醛、乙醇、二氧化碳、噪音、甲烷、温度、湿度、气压、风速、风向等环境因子，此外还包括部分机器电能消耗的监测。当印刷机高速运转时，墨膜分裂产生断片，进而形成细小球状墨滴散落在空气中，形成飞墨，所以对PM1.0，PM2.5，PM10三种参数的监测可以有效反映飞墨现象在印刷过程的严重程度，从而对高精度印刷产品质量的保障提供精准控制的参数支持。印刷过程中油墨溶剂包含了芳香烃类，酯类，酮类，醚类等有机化合物，这些化合物或多或少具有一定毒性。同时，在印刷原材料中对甲醛和乙醇使用也较为广泛，所以对TVOC和AQS的监测可以有效监测空气中这些有机化合物的浓度，对工人的健康保护起到提示和预警作用，对甲醛和乙醇这些挥发性较大的有机物的监测，可以反映出原材料使用和管控的精细程度，为企业节约原材料成本提供参数支持。大量的印刷机同时运转时会产生大强度的机器噪音和消耗大量的电能，所以对噪音和电能的监测不仅可以帮助工人排查噪音干扰提高工作效率，而且更为企业合理安排印刷机器的开机数量和节能减排提供依据。甲烷，温度，湿度，气压和空气流动性等指标是印刷产品质量保证和安全生产必须参考的参数。

2. 基于XiUOS的环境智能感知系统

丰富的环境参数需要多种类型的传感器设备支持，然而丰富的传感器类型涉及很多异构接口和不同的驱动程序。XiUOS提供的操作系统方案能够以统一设备驱动模型管理各种异构传感设备，降低管理众多传感设备的复杂性。进一步地，各种不同的传感器将实时的采集到大量的物理环境参数，有效的传输和管理这些数据也颇为复杂。XiUOS提供的“感”子框架以用户需求为主旨，采用了以物理环境参数为中心的抽象方式，在应用开发时只需要考虑用户需要感知的物理量种类，无需把重点放在实际采集物理量的传感器设备。这种“感”子框架有效地隐藏了底层传感器设备的硬件细节，以操作系统的视角对外提供统一的数据采集接口，有效地简化了传感器应用与驱动的开发。

3. 部署架构

目前，大胜达智能环境智能感知系统部署于中国胜达产业园彩印车间，主要部署架构如图所示

大胜达智能环境感知系统由1个网关 + 1个电表监测节点 + 6组环境监测节点组成，每组包含8个监测节点，共50台设备。

• 监测节点由终端设备携带若干传感器组成，搭载XiUOS系统，负责采集数据并发送
• 网关与监测节点之间采用LoRa网络通信，网关负责接收数据并转储到分布式内存数据库和分布式磁盘数据库
• 最后通过web UI展示