Проект по разработке системы датчиков мониторинга газов представлен на конференции ИПМЭиТ СПбПУ

Ведущий инженер Анна Овсянникова и инженер Георгий Васильянов выступили на конференции с докладом «Система беспроводных датчиков измерения концентрации различных газов для долговременного автономного мониторинга», в котором описали работу над текущим проектом по созданию системы сбора и обработки данных с датчиков-газоанализаторов. Создание системы ведется в сотрудничестве с Высшей школой физики и технологий материалов Института машиностроения, материалов и транспорта (ВШФиТМ ИММИТ) СПбПУ при поддержке Проекта повышения конкурентоспособности 5-100 в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого «Разработка биофункциональных стеклообразных и композитных материалов для сенсоров носимой электроники».

В системе мониторинга задействованы разрабатываемые ВШФиТМ ИММИТ газовые датчики MDS-4-2 с уникальными линзами из полупроводникового халькогенидного стекла, которые позволяют повысить чувствительность датчика и уменьшить шум сигнала. Датчики представляют собой недиспергирующие инфракрасные анализаторы для определения концентрации метана в воздухе. Они состоят из компактной двухканальной оптической ячейки, электроники и прошивки для обработки сигнала.

В лаборатории ПСПОД разработана структура системы, осуществляющей беспроводной съем и обработку данных с группы данных датчиков. Разработка направлена на решение задач, связанных с мониторингом качества воздуха в реальном времени на промышленных предприятиях, и позволяет избежать трат на приобретение дорогостоящего измерительного оборудования.

Система представляет собой набор датчиков, размещенных в наиболее критичных узлах оборудования или по всему объему помещения, и передающих данные измерений через шлюз низкопотребляющей локальной беспроводной сети.

В качестве стандарта беспроводной передачи данных был выбран Long Range Wireless Personal Area Networks (LRWPAN), который дает высокую энергоэффективность при сравнительно большой дальности передачи данных и оптимален для их постоянной передачи. Данные будут передаваться на частоте 868 МГц, которая характеризуется высокой пропускной способностью и требует небольшую по размеру антенну. Для достижения наилучших показателей энергоэффективности использована топология «звезда» с упрощенной маршрутизацией.

Шлюз, осуществляющий передачу данных из сети LRWPAN в облачную информационную систему, представляет собой одноплатный промышленный компьютер под управлением ОС Debian 9. ПО шлюза выполняет следующие функции:

• сбор данных с датчиков по беспроводной сети LRWPAN в режимах передачи необработанных данных и передачи только первичных характеристик (результатов агрегации данных непосредственно на датчике);
• управление беспроводной сетью датчиков, обеспечение подключения новых датчиков, отслеживание их работы, передача конфигурационных сообщений, удаленное обновление программного обеспечения датчиков.

Использование универсального микроконтроллера позволяет подключать к устройству не только газовые датчики, но и датчики другого типа.

До конца 2020 года участники проекта планируют исследовать возможности применения данного решения не только на промышленных предприятиях, но и в других отраслях, таких, как медицина, охрана окружающей среды, экологический контроль, ЖКХ и др.

 «Актуальность данного аппаратно-программного решения заключается в модернизации уже апробированной ранее системы для дальнейшего расширения области применения, – отмечает руководитель лаборатории ПСПОД Центра НТИ СПбПУ Марина Владимировна Болсуновская. – В том же промышленном секторе есть множество прикладных задач, которые можно решить посредством внедрения уже существующих в других отраслях технологий. Проверка гипотезы их применимости требует проведения испытаний и доработок существующих технологий».

На следующем этапе реализации проекта, представленного на конференции, будут проведены испытания датчиков. В настоящий момент специалисты ВШФиТМ ИММИТ СПбПУ работают над подготовкой стенда для тестирования.