Проект Wi-Fi браслет

VIII открытая научно-исследовательская конференция учащихся и студентов «Ступень в будущее»

СЕКЦИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК В ТЕХНОСФЕРЕ

НАСТОЯЩЕГО И БУДУЩЕГО

Wi-Fi браслет

Исследовательская работа

Автор работы: Ахатова Азалия Рамисовна, ученица 10 класса, МБОУ «Ямальская школа-интернат имени Василия Давыдова», с. Яр-Сале Ямальского района ЯНАО

Руководитель: Мухарамова Альвина Рамильевна, учитель физики и информатики, МБОУ «Ямальская школа-интернат имени Василия Давыдова», с. Яр-Сале Ямальского района ЯНАО

Яр-Сале

2019

Wi-Fi браслет

Ахатова Азалия Рамисовна

Ямальский район, с. Яр-Сале

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Ямальская школа – интернат имени Василия Давыдова»

10 класс

Оглавление

Введение……………………………………………………………………………….………………..3

1. Теоретический этап исследования….…………………………….………….…………………......5

1. Структура месторождения ………………………………………...……………….….…..5

2. Чрезвычайные ситуации ……………………………………..…………………………....5

3. Средства мониторинга рабочего персонала на производственных предприятиях…….6

2. Практический этап исследования…………………………….…………………………………….6

2.1 Процесс создания устройства...…………………………………………………….……...8

2.2 Описание принципа работы устройства... ………………………………….….………....8

Заключение……………………………………………………………………………………….…….9

Список источников……………………………………………………………………………...……10

Приложения……………………………………………………………………………………..…….11

Wi-Fi браслет

Ахатова Азалия Рамисовна

Ямальский район, с. Яр-Сале

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Ямальская школа – интернат имени Василия Давыдова»

10 класс

Введение

Опасно чувствовать себя безопасно

в опасности.

Латинская пословица

Полуостров Ямал является стратегическим нефтегазоносным регионом России. Разведанные и предварительно оцененные запасы газа здесь превышают 16,7 трлн. куб. м. В перспективе Ямал станет одним из трех основных центров российской добычи газа с потенциально возможной ежегодной производительностью до 310–360 млрд. куб. м газа [2] (Приложение I).

На всех промыслах нефтегазовых месторождений используются современные системы автоматизации технологических процессов и малолюдные технологии. Но несмотря на оптимизацию количества сотрудников, человеческий фактор играет большую роль в процессе управления технологическими процессами, и рабочие места большинства сотрудников повышенной опасности. Персонал часто находится на площадках обслуживания оборудования для контроля параметров и поддержания оборудования в работоспособном состоянии.

Нефтегазодобывающие предприятия являются опасными производственными объектами, так как они связаны с обращением воспламеняющихся и горючих веществ при высоких температурах и давлениях. Небольшая утечка из технологического оборудования может привести к образованию газообразного легковоспламеняющегося облака, взрыву, неконтролируемому пожару, который может нанести значительный ущерб оборудованию и персоналу в считанные минуты [7].

В связи с тем, что работа на данных объектах является работой повышенной опасности, необходимо постоянное отслеживание и мониторинг персонала с указанием точных мест его нахождения для обеспечения безопасности и предотвращения чрезвычайных ситуаций. Соответственно, для решения вопросов безопасности необходимы устройства для мониторинга персонала.

Цель: изобрести Wi-Fi браслет для мониторинга рабочего персонала, находящегося на месторождении, с целью обеспечения его безопасности.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить структуру нефтегазовых месторождений.

2. Определить наиболее частые чрезвычайные ситуации на месторождениях.

3. Изучить рынок устройств отслеживания персонала на опасных производственных объектах.

4. Создать прототип изобретения для мониторинга местонахождения персонала опасных производственных объектов.

5. Описать принцип работы действия Wi-Fi браслета.

Новизна: Работа заключается в создании нового устройства - прототипа Wi-Fi браслета. Предлагаемое изобретение считаем актуальным, поскольку, изучив рынки устройств мониторинга рабочего персонала, образцов, позволяющих сотрудникам самостоятельно и своевременно получить информацию о своем местонахождении в опасной зоне, не найдено.

Методы:

1. Изучение и анализ литературы и материалов сети Интернет.

2. Анализ, синтез и сравнение существующих средств мониторинга сотрудников.

3. Абстрагирование и определение понятий.

4. Моделирование и эксперимент.

5. Фотографирование.

6. Обобщение результатов.

Wi-Fi браслет

Ахатова Азалия Рамисовна

Ямальский район, с. Яр-Сале

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Ямальская школа – интернат имени Василия Давыдова»

10 класс

1. Теоретический этап исследования

1. Структура месторождения

Современные нефтегазодобывающие предприятия представляют собой сложные комплексы технологических объектов, рассредоточенных на больших площадях, размеры которых достигают десятки и сотни квадратных километров. Технологическими объектами месторождений являются скважины, трубопроводы, насосные станции, установки комплексной подготовки нефти и газа, групповые измерительные и сепарационные установки, сборные пункты, резервуарные парки, а также жилые и социально-культурно-бытовые здания и объекты [3] (Приложение I).

1.2 Чрезвычайные ситуации

Специфической особенностью большинства объектов нефтегазовой промышленности является наличие значительного объема нефти и газа, что обуславливает возникновение аварий, пожаров, взрывов, затоплений, опасного поражения местности и атмосферы сильнодействующими ядовитыми веществами. Опасность при ведении спасательных работ на объектах нефтегазовой промышленности представляют пожары, возникающие при разрушении технологических емкостей, аппаратов, трубопроводов и оборудования, сильная загазованность, грозящая отравлениями и взрывами, задымленностью и затопленностью нефтью или нефтепродуктами территории [3].

Изучив подробно все чрезвычайные ситуации на нефтегазовых месторождениях, мы пришли к выводу, что наибольшую опасность представляет взрыв газа. Степень разрушения оборудования при взрыве газа представлена в таблице 1 (таблица 1, Приложение II).

Для предотвращения различных чрезвычайных ситуаций разработан целый комплекс мероприятий, например, размещение наиболее ответственных или потенциально опасных звеньев технологической линии в герметических отсеках производственного здания или сооружения, оперативное блокирование работы технологической линии и вспомогательного оборудования при наступлении потенциально опасных чрезвычайных ситуаций.

Несмотря на использование дорогостоящего высокоточного оборудования первостепенной задачей любого производства должно быть сохранение жизни и обеспечение безопасности его сотрудников.

1. Средства мониторинга рабочего персонала

на производственных предприятиях

Убедившись в том, что нефтегазовая промышленность относится к потенциально опасным отраслям, пришли к необходимости изучить рынок средств мониторинга рабочего персонала.

В настоящее время существуют два основных способа отслеживания персонала на опасных производственных объектах:

1. Отслеживание персонала при помощи цифрового видео.

2. Отслеживание персонала при помощи системы ГЛОНАСС, GPS и A-GPS.

Цифровые камеры с высоким разрешением могут обнаруживать и различать персонал, объекты и препятствия на расстоянии до нескольких километров. Камеры могут вращаться для отслеживания движущихся объектов.

Система видеокамер обнаруживает звуки, движения, голоса и сигналы бедствия, также может обнаруживать объекты, классифицировать их и генерировать сигналы тревоги. Видеонаблюдение обеспечивает визуальную информацию о состоянии персонала [7].

Трекеры на базе ГЛОНАСС/GPS предназначены для определения места нахождения человека, его скорости, направления движения, сохранения этой информации и передачи ее посредством сотовой связи. Приемники сигнала могут точно определить широту и долготу местонахождения персонала, а также передавать такие параметры, как температура, кровяное давление и пульс. Но следует отметить, что у этих технологий есть серьезные ограничения: GPS и ГЛОНАСС малопригодны в производствах, где спутниковый сигнал ослабляется бетонные или металлические, а позиционирование по сигналу GSM имеет недостаточную точность [4], [5] (Приложение I).

Таким образом, каждая технология имеет свой собственный набор достоинств и недостатков [5], [7]. На наш взгляд, на территории промышленного предприятия вышеуказанные методы необходимо дополнить использованием беспроводных сетей Bluetooth или Wi-Fi. Технология позиционирования в этом случае базировалась бы на данных о мощности сигналов, принимаемых объектами от различных точек доступа. В качестве базовых станций задействуются стандартные точки доступа Wi-Fi.

Итак, в ходе анализа Интернет-ресурсов, пришли к выводу, о возможности создания прототипа устройства, позволяющего определить местоположение сотрудника на месторождении.

Wi-Fi браслет

Ахатова Азалия Рамисовна

Ямальский район, с. Яр-Сале

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Ямальская школа – интернат имени Василия Давыдова»

10 класс

2. Практический этап исследования

2.1 Процесс создания устройства

Для создания изделия, мы в рамках каникулярной школы по реализации инженерно-технических проектов, проводимой на базе Ямальского Центра Внешкольной Работы технического объединения «ФабЛаб Ямал» и Ямальской школы-интерната имени Василия Давыдова, проработали идею продукта, полученные эскизы, из которых выбрали оптимальный. Реализовали эскиз в программе Fusion360 и построили 3D модель изобретения. Процесс создания моделирования трансформировался в конструирование: освоены приемы пайки, работы со светодиодами, платой NodeMcu и 3D – печати на 3D принтере Picaso. Для оживления собранной конструкции в программе Arduino IDE создана программа управления Wi-Fi браслета (Приложение III).

2.2 Описание принципа работы устройства

По завершению процесса изготовления браслета, нами были проведены эксперименты по его апробации (https://youtu.be/Rj2sFS88vvM - демонстрация работы браслета). Запрограммировав плату NodeMcu к точке доступа Wi-Fi сотового телефона и удаляясь от него на определенные расстояния, фиксировали сигналы, подаваемые браслетом. К примеру, если расстояние сотрудника от точки доступа Wi-Fi в пределах до 50 м. условных единиц, то это означает его нахождение на безопасной территории (сигнал зеленого светодиода и отсутствие сигнала пьезодинамика), от 50-70 м. - приближение к опасной территории(сигнал желтого светодиода и пьезодинамик издает редкие звуки), от 70 м. и более – нахождение в опасной территории (красный сигнал светодиода и пьезодинамик издает частые звуки) (таблица 2, Приложение II).

Wi-Fi браслет

Ахатова Азалия Рамисовна

Ямальский район, с. Яр-Сале

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Ямальская школа – интернат имени Василия Давыдова»

10 класс

Заключение

В результате проведенного эксперимента, мы убедились в том, что наш Wi-Fi браслет, выполняет поставленные нами задачи. На наш взгляд сотрудники, имеющие подобный браслет, будут иметь возможность контролировать свое безопасное местонахождение и в случае чрезвычайной ситуации смогут незамедлительно покинуть опасную территорию. В перспективе предполагаем возможность усовершенствования браслета по расширению его возможностей. Усовершенствовать браслет можно, дополнив его датчиками для измерения шагов, пульса и др. На месторождении можно установить несколько Wi-Fi точек и, соответственно, с большей точностью определять местоположение сотрудников. Информация с данных точек будет передаваться на главный компьютер, и у оператора на карте будут высвечиваться координаты сотрудников.

Wi-Fi браслет

Ахатова Азалия Рамисовна

Ямальский район, с. Яр-Сале

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Ямальская школа – интернат имени Василия Давыдова»

10 класс

Список источников

1. Конспект хакера. 20 мини-проектов. – Амперка. - 84 с.

2. Месторождение [Электронный ресурс]. – Режим доступа к ст.: http://www.gazprom.ru/projects/kharasaveyskoye/

3. Нормативы месторождения [Электронный ресурс]. – Режим доступа к ст.: http://aquagroup.ru/normdocs/2273

4. Основные чрезвычайные ситуации техногенного характера [Электронный ресурс]. – Режим доступа к ст.: https://studbooks.net/1788554/geografiya/osnovnye _chrezvychaynye_situatsii_tehnogennogo_haraktera

5. Позиционирование: Определение местоположения объектов в закрытых помещениях, под землей и на открытом пространстве [Электронный ресурс]. – Режим доступа к ст.: https://real-trac.com/ru/system/realtrac-rtls/

6. Смарт браслеты [Электронный ресурс]. – Режим доступа к ст.: http://fb.ru/article/185916/glonass---eto-globalnyie-navigatsionnyie-sputnikovyie-sistemyi-chto-takoe-glonass-i-chem-on-otlichaetsya-ot-gps

7. Эффективное отслеживание персонала на опасных производственных объектах [Электронный ресурс]. – Режим доступа к ст.: http://chemtech.ru/jeffektivnoe-otslezhivanie-personala-na-opasnyh-proizvodstvennyh-obektah/

Wi-Fi браслет

Ахатова Азалия Рамисовна

Ямальский район, с. Яр-Сале

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Ямальская школа – интернат имени Василия Давыдова»

10 класс

Приложение I

Карта месторождений Ямала Фото 1

Трубопроводы Фото 2

Хранение газа Фото 3

Транспорт газа Фото 4

Храм расположенный на месторождении Бованенково Фото 5

Разработка 3D – модели Фото 6

Пайка светодиодов, пьезодинамика, платы и аккумулятора Фото 7

Загрузка программы в плату Фото 8

Готовое изделие Фото 9

Цифровая видеокамера Фото 10

Трекер на базе ГЛОНАСС/GPS Фото 11

Приложение II

О мере разрушения оборудования при взрыве газа Таблица 1

Результаты эксперимента Таблица 2

Приложение III

Программный код Wi-Fi браслета:

int red = 12;

int yeol = 13;

int green = 15;

int buz = 14;

#include "ESP8266WiFi.h"

int sig;

void setup() {

WiFi.mode(WIFI_STA);

WiFi.disconnect();

delay(100);

pinMode(green, OUTPUT);

pinMode(yeol, OUTPUT);

pinMode(red, OUTPUT);

pinMode(buz, OUTPUT);

Serial.begin(9600);

}

void loop() {

int n = WiFi.scanNetworks();

if (n == 0) {

Serial.println("no networks found");

} else {

Serial.print(n);

Serial.println(" networks found");

for (int i = 0; i

if (WiFi.SSID(i) == "iPhone") {

Serial.println("akynamatata");

sig = -WiFi.RSSI(i);

Serial.print("sig=");

Serial.println(sig);

}

}

if (sig 70) {

digitalWrite (green, 0);

digitalWrite (red, 1);

digitalWrite (yeol, 0);

digitalWrite (buz, 1);

delay(100);

digitalWrite (buz, 0);

delay(100);

Serial.println("red");

}

if ((sig 50) and (sig

digitalWrite (green, 0);

digitalWrite (yeol, 1);

digitalWrite (buz, 1);

digitalWrite (red, 0);

delay(100);

digitalWrite(buz, 0);

delay(900);

}

if (sig

digitalWrite (yeol, 0);

digitalWrite (red, 0);

digitalWrite (green, 1);

digitalWrite (buz, 0);

}

}

}