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使用Azure Sphere和D6T構(gòu)建疏散

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資料介紹

描述

安全是我們的首要任務(wù)。在美國，每座商業(yè)寫字樓都配備了煙霧探測器、火災(zāi)報警器和灑水裝置。當(dāng)火警響起時，大樓租戶應(yīng)立即撤離大樓；如果出現(xiàn)龍卷風(fēng)等惡劣天氣，火警系統(tǒng)會指示大樓租戶前往地下室“就地避難”。

時不時地，有些人會無法撤離建筑物或無法前往就地避難地點(diǎn)。原因包括：

行動不便人員的輪椅發(fā)生故障。
醫(yī)療緊急情況會導(dǎo)致人失去知覺。
有人認(rèn)為警報“只是另一次演習(xí)”，并留在辦公室完成那個電話。

消防員接受過“清理”建筑物的培訓(xùn)。他們將進(jìn)入每個房間并確認(rèn)沒有人在里面。然而，這個過程通常需要5~10分鐘，期間困在里面的人情況可能會惡化。

技術(shù)可以提供幫助。在我的設(shè)計中，每個房間都有一個傳感器報告里面是否有人，消防員可以使用這些信息來確定進(jìn)入這些房間的優(yōu)先順序。

消防員視角模型

此屏幕說明了消防員可能從系統(tǒng)中看到的內(nèi)容。共有三個房間，但傳感器讀數(shù)顯示房間 1 更有可能有人，因此消防員應(yīng)首先進(jìn)入房間 1。

介紹 D6T

安裝在燈下的 D6T 傳感器

我的設(shè)計使用 D6T 傳感器來檢測人的存在。D6T 是一款 MEMS 熱傳感器。D6T 可以將它前面的區(qū)域“看”為 16 個像素的 4x4 網(wǎng)格，并測量每個像素的溫度。D6T 在傳感器內(nèi)部還有一個參考溫度傳感器。由于人體的溫度高于環(huán)境溫度，當(dāng)某些像素點(diǎn)的溫度讀數(shù)高于參考溫度時，表明可能存在人體。

許多現(xiàn)有應(yīng)用程序（例如防盜警報器）使用 PIR 傳感器來檢測人員的存在。與PIR相比，D6T有一個獨(dú)特的優(yōu)勢：D6T能夠檢測靜止的人員，而PIR只能檢測運(yùn)動。此屬性在建筑物疏散應(yīng)用中很重要，因?yàn)槟切┪茨苁枭⒔ㄖ锏娜丝赡懿粫苿印?/font>

設(shè)備

連接到 Azure Sphere 板的 D6T 傳感器

該設(shè)備由 Azure Sphere MT3620 板和 D6T 傳感器組成。D6T是一個使用5V供電和邏輯電平的I2C傳感器設(shè)備；正如我測試的那樣，它在 3.3V 電壓下無法正常工作。因此，需要一個電平轉(zhuǎn)換器來連接 Azure Sphere 的 mikro BUS 1 和 D6T 傳感器之間的 SDA 和 SCL 線。

為了便于測試，我還將加載了“WiFiTelnetToSerial”示例固件的 ESP8266 連接到 Azure Sphere 的 mikro BUS 2 上的串行線路，以便我能夠通過 telnet 無線讀取調(diào)試消息。

在軟件方面，我嘗試了 Visual Studio 一段時間，但認(rèn)為PlatformIO是更好的選擇，因?yàn)樗峁┝烁呒墑e的 API，使我能夠更多地關(guān)注業(yè)務(wù)邏輯而不是低級別的細(xì)節(jié)。程序邏輯很簡單：

連接到 Azure IoT Central。
讀取 D6T 傳感器，計算有多少像素“熱”（溫度高于參考溫度），并將其報告給 Azure IoT Central。

在軟件開發(fā)期間，我必須為 Azure IoT Central 連接和讀取 D6T 傳感器構(gòu)建 Arduino 庫。

云端

Azure Sphere 可以連接到 Azure IoT HUB 或 Azure IoT Central。我擲硬幣決定使用 Azure IoT Central。

Azure IoT Central，設(shè)備模板設(shè)置

Azure IoT Central 上的設(shè)置過程包括：

啟用“現(xiàn)收現(xiàn)付”計劃計費(fèi)，并創(chuàng)建 Azure IoT Central。
創(chuàng)建一個名為“疏散”的設(shè)備模板。
創(chuàng)建一個名為“hot”的 Telemetry，最小值為 0，最大值為 16，小數(shù)位數(shù)為 0。
使用模板創(chuàng)建設(shè)備“room 1”。
為設(shè)備生成連接字符串，并將其編程到設(shè)備中。
創(chuàng)建一個儀表板，使用 Last Known Value 元素顯示每個傳感器的熱點(diǎn)數(shù)。

Azure IoT Central，儀表板設(shè)置

在完成這些設(shè)置并連接傳感器后，我們可以在儀表板上看到傳感器讀數(shù)：

當(dāng)需要疏散建筑物時，消防員可以打開儀表板查看哪些房間的讀數(shù)非零。非零讀數(shù)表示有人可能在該房間內(nèi)，因此他們可以優(yōu)先訪問該房間。

運(yùn)營成本

使用一個傳感器一個月時我的 Azure 發(fā)票

Azure IoT Central 每臺設(shè)備收費(fèi) 2 美元，每百萬條消息收費(fèi) 5 美元，免費(fèi)套餐包含 5 臺設(shè)備和每臺設(shè)備 50000 條消息。為了保持在免費(fèi)套餐內(nèi)，傳感器每 52 秒只能發(fā)送一個讀數(shù)，這對于分秒必爭的安全應(yīng)用來說是不夠的。目前，我的程序每秒發(fā)送一個讀數(shù)。一棟擁有 100 個房間的大樓的運(yùn)營成本為每月 1461 美元，如果它可以挽救一條生命并避免訴訟，那么這個成本并不高。

可以通過兩種方式降低成本：

稍微減少發(fā)送間隔。每 5 秒發(fā)送一次讀數(shù)可將 100 個房間的運(yùn)營成本降低至每月 449 美元。
按需報告。傳感器可以保持連接狀態(tài)，而不是定期發(fā)送傳感器讀數(shù)，但僅在收到指示疏散正在進(jìn)行的信號后才開始發(fā)送 D6T 讀數(shù)。這會將成本進(jìn)一步降低至每月 190 美元（連接 100 臺設(shè)備的基本成本）。然而，這種方法需要與火災(zāi)報警系統(tǒng)集成，這可能存在監(jiān)管障礙。

操作測試

我在我的公寓里測試了這個系統(tǒng)。我發(fā)現(xiàn) D6T 可以有效地檢測到我的存在，但前提是燈亮著。如果房間完全黑暗，D6T 就看不到我。因此，該方案對于商業(yè)樓宇，在房間有人時開著辦公燈是有用的，但對于居民睡覺時可能會關(guān)燈的住宅樓宇來說是無效的。

如果我將一杯熱茶放在 D6T 傳感器前面，就會出現(xiàn)誤報。然而，這在實(shí)際部署中并不是主要問題：當(dāng)傳感器安裝在墻上時，熱茶杯只能觸發(fā)一個像素。消防員可以首先對熱像素數(shù)量較多的房間作出反應(yīng)，因?yàn)檩^高的數(shù)字表明那里很可能有人。

出于安全原因，我無法在建筑物實(shí)際著火時測試系統(tǒng)的有效性。