Атмосфера рабочей зоны промышленного предприятия — это сложная многокомпонентная система. Согласно ГОСТ и нормам охраны труда, ключевыми контролируемыми параметрами являются концентрация вредных веществ (газов, аэрозолей, паров), запыленность, температура, влажность и скорость движения воздуха. Однако разовые замеры, проводимые раз в квартал, не отражают реальной картины: выбросы часто носят аварийный или циклический характер. Современный мониторинг параметров воздуха переходит от дискретного контроля к непрерывному онлайн-наблюдению.

Использование связки датчиков газа (MQ-135), пыли (GP2Y1010AU0F) и температуры-влажности (DHT22) на единой платформе позволяет создавать прототипы недорогих, но эффективных систем контроля, способных в режиме реального времени отслеживать ключевые параметры, влияющие на безопасность персонала, сохранность оборудования и качество продукции. Внедрение таких систем на производстве способно стать основой для предиктивного обслуживания, предотвращения аварийных ситуаций и формирования объективной доказательной базы для экологической отчетности. Таким образом, разработка и обоснование эффективности подобного прототипа представляется высокоактуальной научно-практической задачей.

Ниже представлена таблица, в которой представлены параметры качества воздуха, подлежащие измерению, а также методы и технические средства измерения.

Таблица 1

Параметры качества воздуха, методы и технические средства измерения.

Исходя из основных задач системы выбран локальный мониторинг 5 параметров, таких как запылённость, температура, влажность, загазованность и угарный газ, выведена световая и звуковая сигнализация, в случае если ПДК превышает норму, а также возможность записи данных на SD-карту для анализа. В качестве микроконтроллера используется Arduino Uno.

Представлена электрическая схема измерительной системы на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема измерительной системы на базе Arduino.

Разработанная система мониторинга воздуха представляет собой киберфизическую систему, состоящую из трех основных компонентов:

Физический уровень — датчики для измерения параметров воздуха

Вычислительный уровень — микроконтроллер для обработки данных

Интерфейсный уровень — устройства отображения и сигнализации

Принцип действия системы основан на цикличном опросе датчиков с последующей обработкой полученных данных, анализом их на соответствие нормативным требованиям и выдачей управляющих воздействий на исполнительные устройства.

Всю работу системы можно описать в 4 шагах:

Инициализация и настройка, в которую входит загрузка программы в микроконтроллер, настройка переферии, установка пороговых значений и прогрев датчиков газа.

Измерение параметров воздуха, где происходит опрос датчиков.

Обработка и анализ данных. На этом этапе происходит конвертация значений в физические величины, фильтрация данных и сравнение этих данных с пороговыми значениями, после чего определение общего статуса.

Визуализация и сигнализация. Вывод данных на LCD дисплей, индикация и управление звуковым оповещением.

Хочется отметить, что не менее важно учитывать временные   параметры системы, приведённые ниже в таблице 2.

Таблица 2

Временные параметры системы.

Программа для управления микроконтролерром и успешная компиляций данной программы также представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Успешная компиляция программы и сама программа управления.

Система имеет три уровни опасности, это зеленый, желтый и красный.

Зеленый уровень – нормальные условия для работы, нет повода паниковать. При желтом уровне опасности стоит обратить внимание на экран и предпринять нужные меры, например включить вентиляцию и проветрить помещение. При красном уровне опасности стоит остановить работу и предпринять нужные меры.
Можно выделить плюсы этой системы, такие как простота и надежность. Сборка этой системы выйдет очень дешево, а ломаться просто напросто тут нечему. Также это гарантирует юридическую защиту предприятию, поскольку работодатель будет осуществлять контроль за состоянием условий труда. Исходя из показателей системы можно сделать вывод какое оборудовние стоит докупить, например, если пыль превышает норму, то стоит добавить в цех пылеуловитель. Все это благотворительно скажется на здоровье рабочих.

Таким образом, была успешно разработана, собрана и программно реализована система мониторинга параметров воздуха на базе микроконтроллерной платформы Arduino. Данная система представляет собой интегрированный комплекс, включающий в себя датчики температуры и влажности DHT22, оптический датчик пыли GP2Y1010AU0F, газоаналитический датчик MQ-135, а также модуль индикации на базе LCD дисплея с интерфейсом I2C.