1. ภาพรวมโครงการ
1.1 ประวัติลูกค้า
ลูกค้าเป็นบริษัทผลิตหมวกนิรภัยอัจฉริยะสำหรับอุตสาหกรรม โดยจำหน่ายสินค้าให้กับกลุ่มก่อสร้าง เหมืองแร่ น้ำมันและก๊าซ และการผลิตขนาดใหญ่ พวกเขามีใบรับรอง PPE มาตรฐาน และมีเครือข่ายตัวแทนจำหน่ายที่แข็งแกร่งครอบคลุมสามทวีป ปัญหาคือคู่แข่งกำลังจัดส่งหมวกนิรภัยที่เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตได้ และบริษัทนี้ไม่มีอะไรจะตอบโต้ได้ โจทย์คือการนำเปลือกหมวกนิรภัยที่ได้รับการรับรองแล้วมาเปลี่ยนให้เป็นอุปกรณ์ IoT ที่ทำงานได้จริง โดยไม่สูญเสียมาตรฐาน EN 397 และ ANSI Z89.1 ไปในกระบวนการ
อ่านเพิ่มเติม: กรณีศึกษาแท็บเล็ตเพื่อการเรียนรู้สำหรับเด็กปฐมวัยอัจฉริยะ
1.2 วัตถุประสงค์ของโครงการ
เราให้ความสำคัญกับผลลัพธ์ที่สำคัญทั้งหกประการตั้งแต่วันแรก
- ติดตาม GPS แบบเรียลไทม์
- ระบบตรวจจับการล้มอัตโนมัติพร้อมระบบแจ้งเตือน
- ระบบตรวจวัดสภาพแวดล้อมสำหรับอุณหภูมิ พร้อมตัวเลือกการตรวจจับก๊าซ
- แบตเตอรี่ใช้งานได้นานอย่างน้อยสิบสองชั่วโมง
- การซีลกันน้ำระดับ IP65 หรือ IP67
- การออกแบบฮาร์ดแวร์ที่สามารถปรับขนาดได้ตั้งแต่ต้นแบบไปจนถึงการผลิตจำนวนมากโดยไม่ต้องเริ่มต้นใหม่ทั้งหมด
ทุกการตัดสินใจทางวิศวกรรมในขั้นตอนถัดไปต้องคำนึงถึงข้อกำหนดทั้งหกประการนี้
2. ความท้าทายในอุตสาหกรรมการพัฒนาหมวกนิรภัยอัจฉริยะ
2.1 สภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่รุนแรง
สถานที่ก่อสร้างมักใช้เครื่องจักรหนักที่ก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่อง อุโมงค์เหมืองแร่มีความชื้นสูงและมีฝุ่นละอองละเอียด แท่นขุดเจาะนอกชายฝั่งมีละอองน้ำเค็มและแรงกระแทกจากการตกของอุปกรณ์ การสร้างระบบเซ็นเซอร์ที่ใช้งานได้ในห้องปฏิบัติการเป็นปัญหาหนึ่ง แต่การรักษาความถูกต้องของการสอบเทียบหลังจากที่มันตกจากความสูงสองเมตรลงบนพื้นคอนกรีต และส่งสัญญาณผ่านขั้วต่อที่อุดตันด้วยฝุ่น เป็นอีกปัญหาหนึ่งโดยสิ้นเชิง
2.2 การระบุตำแหน่งภายในและภายนอกอาคาร
ระบบ GPS จะสูญเสียสัญญาณภายในอาคารโครงเหล็ก ทางเดินใต้ดิน และพื้นโกดังที่มีความหนาแน่นสูง คนงานที่เดินเข้าไปในอุโมงค์จะหายไปจากแผนที่ติดตามทันทีที่สัญญาณดาวเทียมขาดหาย โครงการนี้จึงจำเป็นต้องใช้วิธีการแบบผสมผสาน
กลางแจ้ง ระบบ GPS ให้ความแม่นยำ 5-10 เมตร ซึ่งเพียงพอสำหรับการรับรู้ตำแหน่งในระดับพื้นที่ ส่วนในอาคาร การระบุตำแหน่งโดยใช้บีคอน BLE จะเข้ามาช่วย และในกรณีที่การระบุตำแหน่งระดับต่ำกว่าเมตรมีความสำคัญ เช่น ในเขตห้ามเข้าของเครื่องจักร อุปกรณ์รับสัญญาณ UWB จะเข้ามาช่วยเติมเต็มช่องว่าง การสลับโหมดจะเกิดขึ้นโดยอัตโนมัติตามความแรงของสัญญาณดาวเทียม โดยไม่ต้องมีการป้อนข้อมูลจากผู้ปฏิบัติงาน
2.3 ความน่าเชื่อถือของการแจ้งเตือนแบบเรียลไทม์
หากมีคนล้มลง สัญญาณเตือนภัยที่ใช้เวลาถึงสี่สิบวินาทีในการมาถึงนั้นช้าเกินไปที่จะช่วยได้
นี่คือรายละเอียดง่ายๆ:
1. การเชื่อมต่อ (LTE Cat-1)
อุปกรณ์ส่วนใหญ่ใช้ LTE Cat-1 สำหรับข้อมูล นี่คือตัวเลือกที่ดีที่สุดเพราะ:
- มันใช้แบบเดียวกัน สัญญาณ 4G โทรศัพท์ของคุณใช้...
- มันส่งข้อความได้อย่างรวดเร็ว
- ใช้พลังงานแบตเตอรี่น้อยมากเมื่อเทียบกับอินเทอร์เน็ตความเร็วสูงทั่วไป
2. สัญญาณสำรอง
หากพนักงานอยู่ในพื้นที่ห่างไกลที่ไม่มีสัญญาณโทรศัพท์มือถือ อุปกรณ์จะใช้... Lora.
- มันสามารถส่งสัญญาณ "SOS" และตำแหน่งที่ตั้งของคุณ (GPS) ได้ หลายกิโลเมตร.
- มันช้ามาก แต่ก็ใช้งานได้แม้ไม่มีสัญญาณ 4G
3. หน่วยความจำภายในเครื่อง
ทุกครั้งที่มีการแจ้งเตือนเกิดขึ้น อุปกรณ์จะบันทึกสำเนาข้อมูลไว้ภายในด้วย หน่วยความจำภายใน.
- หากสัญญาณขาดหายขณะส่งข้อมูล ข้อมูลจะไม่สูญหาย
- อุปกรณ์จะรอจนกว่าคนงานจะกลับเข้ามาในพื้นที่ที่มีสัญญาณ
2.4 การจัดการพลังงาน
แบตเตอรี่ขนาด 4,000 mAh ที่ติดตั้งไว้ด้านหน้าของหมวกกันน็อคจะทำให้จุดศูนย์ถ่วงเลื่อนไปข้างหน้าและทำให้เกิดอาการเมื่อยล้าที่คอภายในไม่กี่ชั่วโมง แบตเตอรี่ที่ใช้ในการผลิตจริงมีขนาด 3,200 mAh ติดตั้งไว้ที่ด้านหลังของหมวกเพื่อถ่วงดุลกับโมดูลอิเล็กทรอนิกส์ด้านหน้า การดึงข้อมูล GPS จะทำงานทุกๆ หนึ่งวินาทีขณะเคลื่อนไหว และลดลงเหลือสิบห้าวินาทีเมื่อเซ็นเซอร์วัดความเร่งตรวจไม่พบการเคลื่อนไหว โมเด็ม LTE จะเข้าสู่โหมดพักระหว่างช่วงเวลาการส่งสัญญาณ การปรับเปลี่ยนเหล่านี้ทำให้ระยะเวลาการใช้งานจริงเพิ่มขึ้นเป็นสิบห้าชั่วโมง ซึ่งเกินเป้าหมายสิบสองชั่วโมงไปพอสมควร
3. การออกแบบสถาปัตยกรรมระบบ
3.1 แพลตฟอร์มการประมวลผลหลัก
หัวใจหลักของอุปกรณ์นี้คือชิปขนาดเล็กที่มีความสามารถในการคำนวณทางคณิตศาสตร์สูงมาก มันใช้โปรแกรมอย่างง่ายในการจัดการงานต่างๆ เช่น การตรวจสอบการล้มและการส่งข้อความ ผู้สร้างเลือกใช้ชิปขนาดเล็กสำหรับอุปกรณ์นี้เพราะมันใช้พลังงานน้อยมาก เริ่มทำงานได้ทันที และจัดการได้ง่ายกว่า นอกจากนี้ยังมีชิปช่วยขนาดเล็กอีกตัวหนึ่งที่ทำงานอยู่ตลอดเวลาเพื่อตรวจจับการเคลื่อนไหว ซึ่งช่วยให้ชิปหลักสามารถปิดการทำงานเพื่อประหยัดแบตเตอรี่ได้จนกว่าชิปช่วยจะตรวจพบการล้มและ "ปลุก" มันขึ้นมาทำงาน
3.2 การบูรณาการเซ็นเซอร์
หน่วยวัดความเฉื่อย (IMU) เป็นอุปกรณ์ MEMS หกแกน ประกอบด้วยมาตรวัดความเร่งสามแกนและไจโรสโคปสามแกนบนชิปเดียวกัน ในระหว่างการตรวจจับการเคลื่อนไหว มาตรวัดความเร่งจะสุ่มตัวอย่างที่ 400 เฮิรตซ์ เพื่อป้อนข้อมูลไปยังระบบตรวจจับการล้ม โมดูล GPS มีขนาดกะทัดรัด 18 มม. พร้อมเสาอากาศในตัว สามารถเริ่มต้นการทำงานได้ภายในเวลาไม่ถึงสามสิบวินาทีในที่โล่ง
เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบสายเดียวจะตรวจสอบสภาวะอุณหภูมิแวดล้อมและแบตเตอรี่ พอร์ตเซ็นเซอร์ก๊าซเสริมสองพอร์ตสามารถรับสัญญาณจากโมดูล CO และ H2S แบบอิเล็กโทรเคมีผ่านขั้วต่อมาตรฐาน ทำให้แผงวงจรพิมพ์ (PCB) พื้นฐานเดียวกันสามารถใช้งานได้ทั้งในสภาพแวดล้อมมาตรฐานและสภาพแวดล้อมที่มีก๊าซอันตรายสูง
3.3 สถาปัตยกรรมการสื่อสาร
ระบบการเชื่อมต่อประกอบด้วยโปรโตคอลสี่ชั้น ได้แก่ LTE Cat-1 ซึ่งจัดการการส่งข้อมูลหลักและการแจ้งเตือน Bluetooth 5.0 จัดการการจับคู่กับแอปพลิเคชันบนมือถือ และยังขับเคลื่อนฟังก์ชันระบุตำแหน่งภายในอาคารโดยการสแกนจุดรับสัญญาณ BLE และ LoRa ซึ่งครอบคลุมการสื่อสารฉุกเฉินในกรณีที่เครือข่ายเซลลูลาร์ล้มเหลว นอกจากนี้ยังมีปุ่ม SOS ที่เชื่อมต่อด้วยสายไฟ ซึ่งทำงานโดยไม่ขึ้นอยู่กับสถานะของเฟิร์มแวร์ และจะส่งสัญญาณเตือนแม้ว่าแอปพลิเคชันหลักจะล่มก็ตาม
3.4 การผสานรวมระบบคลาวด์และระบบแบ็กเอนด์
ข้อมูลถูกส่งไปยังคลาวด์ผ่านตัวกลาง MQTT ซึ่งเลือกใช้เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายต่ำบนลิงก์เซลลูลาร์ที่มีข้อจำกัด แดชบอร์ดบนเว็บแสดงตำแหน่งของพนักงานแบบเรียลไทม์บนแผนผังพื้นที่ โดยใช้รหัสสีตามสถานะกิจกรรม เหตุการณ์การล้ม การละเมิดขอบเขตทางภูมิศาสตร์ และการเรียกใช้สัญญาณ SOS จะสร้างบันทึกเหตุการณ์พร้อมประทับเวลา การส่งเฟิร์มแวร์แบบ OTA จะส่งการอัปเดตไปยังอุปกรณ์ทั้งหมดโดยไม่ต้องเรียกคืนหมวกนิรภัย
4. วิศวกรรมแผงวงจรพิมพ์และฮาร์ดแวร์
4.1 การออกแบบ PCB หลายชั้นขนาดกะทัดรัด
แผงวงจรพิมพ์หลัก (PCB) มีการออกแบบหกชั้น ขนาด 58 มม. x 42 มม. ระนาบกราวด์ RF อยู่ใต้ชั้นสัญญาณบนสุดโดยตรง ทำให้เส้นทางเสาอากาศสั้นและควบคุมอิมพีแดนซ์ได้ โมเด็ม LTE และโมดูล GPS อยู่ที่มุมตรงข้ามของแผงวงจร โดยมีแผ่นทองแดงกั้นอยู่เพื่อป้องกันการลดความไวของตัวรับสัญญาณจากตัวส่งสัญญาณ LTE มีการบัดกรีแผ่นป้องกัน EMI ครอบส่วน RF ทั้งสองส่วน การเดินสายภายในชั้นใช้การโค้งงอ 45 องศาแทนที่จะเป็นมุมฉากเพื่อลดการสะท้อนความถี่สูง
4.2 ระบบการจัดการพลังงาน
ไอซีจัดการพลังงานทำหน้าที่สี่อย่าง ได้แก่ การชาร์จแบตเตอรี่ที่กระแสสูงสุด 1A การกระจายพลังงานไปยังรางแรงดัน 1.8V, 3.3V และ 5V การรายงานสถานะการชาร์จแบตเตอรี่ผ่าน I2C และการป้องกันแรงดันไฟเกิน กระแสไฟเกิน และการคายประจุจนหมด การชาร์จรับอินพุตจากทั้ง USB-C และขั้วต่อแบบ pogo-pin บนแท่นชาร์จ ไอซีวัดระดับพลังงานเฉพาะจะติดตามความจุที่เหลืออยู่ด้วยความคลาดเคลื่อนไม่เกินสามเปอร์เซ็นต์ไม่ว่าอุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลงอย่างไร เฟิร์มแวร์จะอ่านค่าดังกล่าวทุกๆ สามสิบวินาทีและรายงานพร้อมกับข้อมูลตำแหน่ง
4.3 โมดูลอิเล็กทรอนิกส์ทนแรงกระแทก
แผงวงจรพิมพ์ (PCB) ติดตั้งบนตัวยึด M2 สี่ตัว โดยมีแหวนรองนีโอพรีนคั่นระหว่างแผงวงจรและโครง เพื่อดูดซับแรงกระแทกสูงสุดจากการตกจากความสูงสองเมตร ขั้วต่อแบบหุ้มด้วยเรซินบนสายไฟภายนอกทั้งหมดช่วยป้องกันความชื้นบริเวณที่สายไฟออกจากตัวเรือนโมดูล ตัวเรือนทำจากพลาสติก ABS หนา 2.5 มม. หุ้มด้วย TPE บริเวณรอยต่อของเปลือกนอก เพื่อสร้างการปิดผนึกที่จำเป็นสำหรับมาตรฐาน IP67 ภายใต้การทดสอบ IEC 60529
5. การออกแบบทางกลและอุตสาหกรรม
5.1 การบูรณาการโครงสร้างของหมวกนิรภัย
โมดูลอิเล็กทรอนิกส์จะถูกติดตั้งในช่องที่สร้างขึ้นบริเวณขอบด้านหลังของตัวถังในระหว่างกระบวนการผลิต ไม่ใช่การเจาะเข้าไปในตัวถังที่มีอยู่แล้วในภายหลัง
ความแตกต่างดังกล่าวช่วยรักษารูปทรงเรขาคณิตของโครงสร้างให้คงเดิมสำหรับการทดสอบการลดแรงกระแทกตามมาตรฐาน EN 397 เปลือกหุ้มผ่านการทดสอบการตกกระแทกซ้ำๆ โดยติดตั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ครบชุด ซึ่งยืนยันว่ามวลที่เพิ่มขึ้นไม่ได้ลดการป้องกันลง พนักงานสามารถเปลี่ยนแบตเตอรี่ได้ในพื้นที่ปฏิบัติงาน แต่การถอดโมดูลหลักต้องใช้เครื่องมือ ซึ่งช่วยป้องกันการถอดประกอบโดยไม่ตั้งใจในสถานที่ทำงาน
5.2 การยศาสตร์และความสะดวกสบาย
น้ำหนักรวมเมื่อประกอบเสร็จพร้อมแบตเตอรี่อยู่ที่ 520 กรัม ซึ่งอยู่ในช่วงที่ยอมรับได้สำหรับการสวมใส่ต่อเนื่องแปดชั่วโมง สายรัดแบบแรทเช็ตภายในหกจุดได้รับการออกแบบใหม่โดยเลื่อนไปข้างหน้า 15 มม. เพื่อปรับสมดุลของหมวกนิรภัยไปด้านหลังเพื่อชดเชยน้ำหนักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้านหน้า ช่องระบายอากาศในเปลือกหมวกยังคงสะอาด การทดสอบที่อุณหภูมิแวดล้อม 38°C ยืนยันว่าโมดูลอิเล็กทรอนิกส์ไม่ก่อให้เกิดจุดรวมความร้อนที่หนังศีรษะของผู้ปฏิบัติงาน
5.3 การออกแบบโมดูลาร์
ชุดแบตเตอรี่เลื่อนออกมาทางช่องด้านข้างและล็อคด้วยกลไกหมุนหนึ่งในสี่รอบ การเปลี่ยนใช้เวลาน้อยกว่าสามสิบวินาทีโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือ ในสถานที่ทำงานทั้งกลางวันและกลางคืน ผู้คนมักพกแบตเตอรี่สำรองที่ชาร์จไว้กับตัว ตัวอย่างเช่น คนงานจะเปลี่ยนแบตเตอรี่ที่อ่อนลงเป็นแบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มแล้ว เพื่อให้หมวกนิรภัยไม่หยุดทำงาน นอกจากนี้ คุณยังสามารถสร้างหมวกนิรภัยที่ตรวจจับก๊าซได้ คุณไม่จำเป็นต้องซื้อแผงวงจรภายในใหม่ทั้งหมด คุณเพียงแค่ถอดชิ้นส่วนเก่าออกและเสียบโมดูลเซ็นเซอร์ใหม่โดยใช้ขั้วต่อแบบง่าย ซึ่งง่ายและประหยัดกว่ามาก
6. คุณสมบัติซอฟต์แวร์และปัญญาประดิษฐ์ (AI)
6.1 อัลกอริทึมตรวจจับการล้ม
วิธีการที่ใช้เกณฑ์เพียงอย่างเดียวทำให้เกิดการแจ้งเตือนผิดพลาดมากเกินไปจากคนงานที่กำลังก้มตัว ปีนบันได หรือทำหมวกนิรภัยตกพื้น ดังนั้นอัลกอริทึมจึงทำงานสามขั้นตอนแทน ขั้นตอนแรกจะตรวจสอบสัญญาณการตกอย่างอิสระ: การอ่านค่าแรงโน้มถ่วงต่ำอย่างต่อเนื่องในทั้งสามแกน ซึ่งบ่งชี้ถึงช่วงไร้น้ำหนักของการตกจริง
ขั้นตอนที่สองตรวจจับเหตุการณ์ที่มีแรงกระแทกสูงซึ่งเกินเกณฑ์ที่กำหนดค่าได้ ขั้นตอนที่สามรอแปดวินาทีเพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานกลับมาเคลื่อนไหวตามปกติ หากพวกเขาไม่กลับมาเคลื่อนไหวตามปกติ เหตุการณ์นั้นจะถูกจัดว่าเป็นอุบัติเหตุล้มและจะมีการแจ้งเตือนเกิดขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับการออกแบบที่มีเกณฑ์เดียว วิธีการสามขั้นตอนนี้ช่วยลดการแจ้งเตือนที่ไม่จำเป็นลงได้ประมาณเจ็ดสิบเปอร์เซ็นต์ในการทดลองภาคสนาม
6.2 การกำหนดขอบเขตทางภูมิศาสตร์และเขตปลอดภัย
ผู้จัดการใช้แผนที่คอมพิวเตอร์เพื่อวาดกรอบความปลอดภัยรอบพื้นที่อันตราย เช่น บริเวณที่อาจเกิดการระเบิดหรือมีไฟฟ้าแรงสูง หากคนงานเดินเข้าไปในพื้นที่เหล่านี้ อุปกรณ์จะส่งสัญญาณเตือนทันที อุปกรณ์มีความฉลาดพอที่จะรู้ตำแหน่งของโซนเหล่านี้ได้เอง ซึ่งหมายความว่าแม้สัญญาณอินเทอร์เน็ตจะอ่อน สัญญาณเตือนก็จะยังคงดังขึ้นเพื่อความปลอดภัยของคนงาน
6.3 การสื่อสารในภาวะฉุกเฉิน
การกดปุ่ม SOS จะสร้างแพ็กเก็ตที่มีลำดับความสำคัญสูง ซึ่งประกอบด้วยพิกัด GPS รหัสอุปกรณ์ และเวลา แพ็กเก็ตจะถูกส่งผ่านช่องทางการสื่อสารที่มีอยู่ทั้งหมดพร้อมกัน โดยใช้ LTE เป็นอันดับแรก และ LoRa เป็นตัวเลือกสำรอง แพลตฟอร์มจะจัดลำดับความสำคัญของเหตุการณ์ SOS ไว้ในระดับสูงสุด และสามารถส่งข้อความ SMS แจ้งเตือนไปยังผู้ติดต่อฉุกเฉินที่กำหนดค่าไว้ล่วงหน้าได้ โมดูลเสียงสองทางเสริมจะใช้การเชื่อมต่อ LTE ทำให้หัวหน้างานสามารถพูดคุยกับคนงานที่หมดสติได้โดยตรงโดยไม่ต้องใช้เครื่องวิทยุแยกต่างหาก
7. ความปลอดภัยและการปฏิบัติตามข้อกำหนด
7.1 มาตรฐานความปลอดภัยของหมวกนิรภัย
หมวกนิรภัยนี้ผ่านมาตรฐานความปลอดภัยสูงสุดของอเมริกา ยุโรป และแคนาดา ส่วนที่สำคัญที่สุดคือ หมวกนิรภัยได้รับการทดสอบและอนุมัติโดยมีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อยู่ภายในแล้ว ซึ่งต้องอาศัยการประสานงานอย่างใกล้ชิดกับห้องปฏิบัติการทดสอบในระหว่างการออกแบบแม่พิมพ์ การเปลี่ยนแปลงรูปทรงใดๆ ของเปลือกหมวกหลังจากได้รับการอนุมัติการรับรองครั้งแรก จะทำให้ต้องทำการทดสอบใหม่ทั้งหมด ดังนั้นการออกแบบช่องว่างภายในให้ถูกต้องในการปรับปรุงแม่พิมพ์ครั้งแรกจึงเป็นสิ่งที่ไม่สามารถต่อรองได้
7.2 การปฏิบัติตามกฎระเบียบทางอิเล็กทรอนิกส์
ชุดประกอบวิทยุได้รับการอนุมัติจาก FCC สำหรับอเมริกาเหนือ และเครื่องหมาย CE ภายใต้ข้อกำหนดอุปกรณ์วิทยุสำหรับยุโรป การปฏิบัติตามข้อกำหนด RoHS ได้รับการยืนยันในขั้นตอนการจัดหาชิ้นส่วน โดยการขอเอกสารจากซัพพลายเออร์ทุกรายก่อนที่จะออกใบสั่งซื้อ ชุดแบตเตอรี่ได้รับการรับรอง UN38.3 สำหรับการขนส่งทางอากาศ ซึ่งลูกค้าต้องการสำหรับการจัดจำหน่ายระหว่างประเทศ การประกาศ REACH ครอบคลุมรายการวัสดุทั้งหมด
7.3 มาตรฐานการทดสอบด้านสิ่งแวดล้อม
การทดสอบการกันน้ำระดับ IP67 ได้รับการตรวจสอบโดยการแช่น้ำลึก 1 เมตร เป็นเวลา 30 นาที โดยไม่มีการรั่วซึม การทดสอบการสั่นสะเทือนได้ทำการทดสอบหมวกนิรภัยที่ประกอบเสร็จแล้วบนโต๊ะสั่นตามมาตรฐาน IEC 60068-2-6 เป็นเวลา 2 ชั่วโมงต่อแกน การทดสอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิครอบคลุมช่วงอุณหภูมิ -20 ถึง +70 องศาเซลเซียส จำนวน 20 รอบ การทดสอบการแผ่รังสี EMC ยืนยันว่าอุปกรณ์ไม่รบกวนการสื่อสารทางวิทยุหรือเครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สายที่ติดตั้งไว้แล้วในสถานที่ก่อสร้าง
8. การทดสอบและการตรวจสอบความถูกต้อง
8.1 การทดสอบการทำงาน
การทดสอบความแม่นยำของ GPS ใช้เครื่องรับ GNSS อ้างอิงเพื่อเปรียบเทียบค่าที่อ่านได้จาก 30 จุดในพื้นที่โล่ง GPS ในหมวกกันน็อคตรงกับค่าอ้างอิงโดยเฉลี่ยภายใน 4.2 เมตร การสอบเทียบมาตรวัดความเร่งใช้แท่นยึดแบบคงที่ 6 ตำแหน่งเพื่อตรวจสอบการจัดแนวแกนและการแก้ไขค่าชดเชย การทดสอบอัตราการรับส่งข้อมูล LTE วัดเวลาในการอัปโหลดแพ็กเก็ตเซ็นเซอร์ทั้งหมดที่ระดับสัญญาณต่ำถึงลบ 110 dBm ซึ่งยืนยันการส่งสัญญาณที่ขอบเซลล์ซึ่งเป็นที่ตั้งของสถานที่ก่อสร้างหลายแห่ง
8.2 การทดสอบความทนทาน
แผงวงจรพิมพ์ (PCB) ทนทานต่อการตกกระแทกจากความสูง 1.5 เมตรลงบนแผ่นเหล็กซ้ำๆ โดยได้รับการตรวจสอบด้วยสายตาโดยใช้กำลังขยาย 10 เท่า และทดสอบการทำงานอย่างเต็มรูปแบบหลังจากการทดสอบแต่ละครั้ง ไม่พบความเสียหายของข้อต่อบัดกรี หรือการหลุดของขั้วต่อ การทดสอบการสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่อง 500 ชั่วโมงบนเครื่องเขย่าสำหรับยานยนต์ ไม่พบการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนใดๆ การทดสอบการสัมผัสกับสภาพอากาศภายนอกเป็นเวลา 60 วันกับชิ้นส่วนที่ประกอบแล้ว 10 ชิ้น พบว่าทุกชิ้นผ่านการตรวจสอบการทำงานอย่างสมบูรณ์
8.3 การทดสอบแบตเตอรี่และประสิทธิภาพ
อุปกรณ์ 15 เครื่องถูกทดสอบด้วยโปรโตคอลจำลองการใช้งานภาคสนาม: เชื่อมต่อผ่าน LTE, ตรวจสอบตำแหน่ง GPS ทุก 1 วินาที, เปิดใช้งานการส่งสัญญาณ BLE, บันทึกข้อมูลเซ็นเซอร์ทุก 5 วินาที ระยะเวลาการใช้งานเฉลี่ยของอุปกรณ์ทั้งหมดอยู่ที่ 15.3 ชั่วโมง มี 3 เครื่องที่ใช้งานได้นานเกิน 16 ชั่วโมง และไม่มีเครื่องใดใช้งานได้ต่ำกว่า 14 ชั่วโมง หลังจากวงจรการชาร์จและการคายประจุจนหมด 500 รอบ แบตเตอรี่ทุกก้อนยังคงมี kapasitas มากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งสอดคล้องกับระยะเวลาการเปลี่ยนแบตเตอรี่ในภาคสนามประมาณ 18 เดือนถึง 2 ปี ภายใต้การใช้งานประจำวัน
9. การผลิตและการผลิตจำนวนมาก
9.1 การเพิ่มประสิทธิภาพ DFM
การตรวจสอบการออกแบบเพื่อการผลิตที่จำนวนสั่งซื้อขั้นต่ำ 500 หน่วย พบจุดลดต้นทุน 3 ประการ ได้แก่ การเปลี่ยนจากแผ่นโลหะดัดขึ้นรูปตามสั่งมาเป็นชิ้นส่วนปั๊มขึ้นรูปสำหรับตัวป้องกันคลื่นวิทยุ ซึ่งช่วยลดต้นทุนต่อหน่วยลง 22 เปอร์เซ็นต์ มีการรับรองโมดูล GPS ทางเลือกที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเหมือนกันจากซัพพลายเออร์รายที่สอง ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงจากแหล่งผลิตเดียว การปรับปรุงจุดทดสอบช่วยลดความซับซ้อนของอุปกรณ์จับยึด ICT และลดเวลาทดสอบต่อหน่วยจาก 4.5 นาทีเหลือ 2.8 นาที
9.2 SMT และการประกอบ
การประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ดำเนินการบนเตาอบรีโฟลว์แบบหกโซนที่ออกแบบมาให้เหมาะสมกับข้อกำหนดการบัดกรีของโมเด็ม BGA LTE การตรวจสอบด้วยรังสีเอ็กซ์ครอบคลุมทุกแผงวงจรเพื่อยืนยันความสมบูรณ์ของข้อต่อ BGA การปิดผนึกด้วยปะเก็นซิลิโคนสองส่วนประกอบใช้ระหว่างตัวเรือน PCB และช่องว่างภายในตัวเครื่อง โดยควบคุมแรงกดด้วยแรงบิดที่กำหนดสำหรับสกรู M3 สี่ตัว การอัปเดตเฟิร์มแวร์ขั้นสุดท้ายใช้แท่นยึดแบบพินป็อกโกที่ตั้งโปรแกรมพื้นที่หน่วยความจำทั้งสี่ส่วน เรียกใช้การทดสอบตัวเอง และเขียนหมายเลขประจำเครื่องลงในหน่วยความจำแบบไม่ลบเลือนในรอบการทำงานหกสิบวินาที
9.3 การประกันคุณภาพ
ทุกหน่วยผ่านการทดสอบการทำงานอัตโนมัติครอบคลุมการรับสัญญาณ GPS การลงทะเบียน LTE การส่งสัญญาณ BLE การตอบสนองของมาตรวัดความเร่ง การกดปุ่ม ความแม่นยำของแรงดันแบตเตอรี่ และความสมบูรณ์ของซีล IP ผ่านการทดสอบการลดลงของแรงดัน การทดสอบการทำงานต่อเนื่อง 48 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 45°C จะช่วยกำจัดข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นในช่วงเริ่มต้นก่อนการจัดส่ง 2% ของหน่วยจะได้รับการทดสอบ RF แบบนำไฟฟ้าเทียบกับตัวอ้างอิงที่ได้รับการสอบเทียบเพื่อตรวจจับข้อบกพร่องของชุดเสาอากาศที่ผ่านการตรวจสอบด้วยสายตา
10. ผลลัพธ์ของโครงการ
10.1 ความสำเร็จทางเทคนิค
ผลิตภัณฑ์รุ่นที่วางจำหน่ายจริงให้ความแม่นยำของ GPS ต่ำกว่า 5 เมตรในที่กลางแจ้ง และความแม่นยำของ BLE 1-2 เมตรในพื้นที่ในร่มที่มีอุปกรณ์ส่งสัญญาณ หมวกกันน็อคนี้มีความสามารถในการตรวจจับการล้มได้ดีมาก ในการทดสอบพบว่าถูกต้องถึง 98% และแทบจะไม่ส่งสัญญาณเตือนผิดพลาดเลย นอกจากนี้แบตเตอรี่ยังมีอายุการใช้งานมากกว่า 15 ชั่วโมง จึงใช้งานได้ตลอดทั้งวัน
10.2 การวางจำหน่ายในตลาด
การใช้งานครั้งแรกทำให้คนงาน 1,200 คนในไซต์ก่อสร้างที่กำลังดำเนินการอยู่ 3 แห่งสามารถใช้แพลตฟอร์มนี้ได้ แดชบอร์ดติดตามตำแหน่งแบบเรียลไทม์และสร้างรายงานความปลอดภัยอัตโนมัติ ในช่วงหกสิบวันแรก มีเหตุการณ์การตกจากที่สูงเกิดขึ้นจริง 14 ครั้ง และแต่ละครั้งมีการตอบสนองจากหัวหน้างานอย่างทันท่วงที โครงสร้าง OEM ช่วยให้ผู้จัดจำหน่ายในแต่ละภูมิภาคสามารถใช้แบรนด์ของตนเอง ปรับการกำหนดค่าขอบเขตทางภูมิศาสตร์สำหรับประเภทไซต์เฉพาะ และเลือกใช้เซ็นเซอร์แบบมาตรฐานหรือแบบตรวจจับก๊าซจากหน่วยฐานที่ใช้ร่วมกันได้
11. การขยายตัวในอนาคต
11.1 การบูรณาการวิดีโอด้วย AI
โมดูลกล้องแบบหนึ่งติดตั้งเซ็นเซอร์มุมกว้างไว้ที่บริเวณหน้าผาก การประมวลผลบนอุปกรณ์โดยใช้โมเดล CNN แบบบีบอัดจะตรวจจับการไม่ปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านอุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล (PPE) เช่น พนักงานถอดหมวกนิรภัยในพื้นที่ที่กำหนด โดยไม่ต้องส่งวิดีโอต้นฉบับไปยังคลาวด์ การประมวลผลแบบ Edge Processing ช่วยแก้ปัญหาทั้งข้อจำกัดด้านแบนด์วิดท์และข้อกังวลด้านความเป็นส่วนตัวของพนักงานโดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงโครงสร้างพื้นฐานในสถานที่ทำงาน
11.2 ระบบนิเวศการก่อสร้างอัจฉริยะ
หมวกนิรภัยนี้ทำงานร่วมกับเสื้อกั๊กนิรภัยที่เชื่อมต่อกันซึ่งมีเซ็นเซอร์ในตัว ทำให้เกิดเครือข่ายบริเวณร่างกายต่อผู้ปฏิบัติงานแต่ละคน อุปกรณ์ทั้งสองใช้ข้อมูลประจำตัวบนระบบคลาวด์เดียวกัน ทำให้แพลตฟอร์มสามารถเปรียบเทียบข้อมูลท่าทางของเสื้อกั๊กกับข้อมูลการเคลื่อนไหวของหมวกนิรภัยเพื่อการประเมินความเสี่ยงด้านการยศาสตร์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น การวิเคราะห์ข้อมูลกลุ่มอุปกรณ์จะแจ้งเตือนสถานที่หรือกะงานที่มีอัตราการเกิดอุบัติเหตุสูงกว่าปกติก่อนที่จะเกิดการบาดเจ็บ แทนที่จะเป็นหลังจากนั้น
12. เหตุใดแนวทางการพัฒนาแบบนี้จึงได้ผล
การออกแบบหมวกนิรภัยอัจฉริยะไม่ใช่โครงการซอฟต์แวร์ที่มีฮาร์ดแวร์มาประกอบเข้าด้วยกัน มาตรฐานของหมวกนิรภัยต้องมาก่อน และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะทำงานภายในพื้นที่ที่เหลืออยู่ ลำดับขั้นตอนดังกล่าวต้องการทีมงานที่มีประสบการณ์ในการดำเนินงานด้านการรับรอง รู้จักข้อจำกัดด้านโครงสร้างภายในมาตรฐาน EN 397 และ ANSI Z89.1 และออกแบบรูปทรงของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) โดยคำนึงถึงพื้นที่ว่างในตัวหมวกมากกว่าการคาดหวังว่าตัวหมวกจะรองรับขนาดของโมดูลมาตรฐาน ผลลัพธ์ที่ได้คืออุปกรณ์ที่ไม่ทำให้ผู้จัดการไซต์งานต้องเลือกระหว่างการป้องกันผู้ปฏิบัติงานและการเชื่อมต่อ ทั้งสองอย่างได้รับการรับรอง ทั้งสองอย่างได้รับการบำรุงรักษาผ่านการอัปเดตแบบไร้สาย (OTA) และทั้งสองอย่างสามารถปรับขนาดได้ตามการใช้งานที่เพิ่มขึ้น
พร้อมที่จะพัฒนาหมวกนิรภัยอัจฉริยะหรืออุปกรณ์สวมใส่เพื่ออุตสาหกรรมที่เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตแล้วหรือยัง? ติดต่อทีมวิศวกรของ Wonderful PCB เพื่อกำหนดขอบเขตโซลูชันด้านความปลอดภัยของพนักงานที่ปรับแต่งตามความต้องการของคุณ
