SaferWork 4.0 - Priemyselný IoT pre bezpečnosť: 3 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Popis projektu:

SaferWork 4.0 má v úmysle poskytovať environmentálne údaje o priemyselných oblastiach v reálnom čase. V súčasnosti dostupné predpisy, ako napríklad OHSAS 18001 (Séria hodnotenia bezpečnosti a ochrany zdravia pri práci) alebo brazílsky NR-15 (Nezdravé činnosti), zvažujú pravidelné inšpekcie s cieľom klasifikovať oblasti a navrhnúť zmiernenia. Občasné podmienky nie sú zachytené týmito pravidelnými kontrolami a môžu poškodiť pracovníkov v dôsledku nedostatku zmierňujúcich opatrení.

V koncepcii distribuovaných zariadení a hlavnej brány sú senzory distribuované v priemyselnom závode na meranie environmentálnych podmienok a tieto údaje sú prezentované na informačnom paneli, ktorý sú k dispozícii bezpečnostným špecialistom, lekárom, manažmentu Up, ľudských zdrojov a mnohým ďalším, čo podporuje kľúčové poznatky vedúce k hodnotenia rizík a zmierňujúcich opatrení zameraných na zníženie alebo prevenciu úrazov a nehôd.

Súčasný prototyp meria:

• Teplota
• Vlhkosť
• Plyny (kvalita vzduchu, horľavé, horľavé a dymové)

Bude implementované:

Hluk

Ako to funguje

Zariadenie odošle do brány balík JSON obsahujúci údaje zo senzorov, ktoré ich spracujú a odošlú do cloudu (dweet.io) a tiež poskytnú na informačnom paneli (freeboard.io).

Zoznam dielov - hardvér

1. Brána
   1. Qualcomm Dragonboard 410c (Debian Linux)
   2. Bezdrôtový transceiver HC-12 (technický list)
   3. Posuvník úrovne na konverziu Dragonboard 1,8 V na 5 V (technický list)

2. Zariadenie

   1. Arduino Uno
   2. Bezdrôtový transceiver HC-12 (technický list)
   3. Snímač teploty a vlhkosti DHT-11 (technický list)
   4. MQ -2 - Citlivý na horľavé a horľavé plyny (metán, bután, LPG, dym) (Technický list)
   5. MQ -9 - Citlivý na oxid uhoľnatý, horľavé plyny (technický list)
   6. MQ -135 - Pre kvalitu ovzdušia (citlivé na benzén, alkohol, dym) (Technický list)

Krok 1: Implementácia zariadenia

Zariadenie predstavuje senzorové lôžko, ktoré má byť umiestnené v mnohých oblastiach priemyselného areálu na snímanie prostredia v reálnom čase.

V tomto projekte bola použitá platforma Arduino Uno s 3 snímačmi plynu (MQ-2, MQ-9 a MQ-135), 1 snímačom teploty/vlhkosti (DHT-11) a RF transceiverom (HC-12).

Pinout Arduino k senzorom:

Analógový

• Analógový pin A1 až DHT11
• Analógový pin A3 až MQ135
• Analógový kolík A4 až MQ9
• Analógový pin A5 až MQ2

Digitálne

• Kolík SET D7 až HC-12
• Kolík D10 až HC-12 TX (nakonfigurovaný ako RX na Arduino)
• Kolík D11 až HC-12 RX (nakonfigurovaný ako TX na Arduino)

Kód implementovaný

Navštívte: Zdrojový kód GitHub

Krok 2: Implementácia brány

Ako uvádza Wikipedia:

„Brána internetu vecí (IoT) poskytuje prostriedky na preklenutie priepasti medzi zariadeniami v teréne (výrobné haly, domácnosti, atď.), Cloudom, kde sa údaje zbierajú, ukladajú a manipulujú s nimi podnikové aplikácie, a používateľským vybavením"

Na implementáciu tejto funkcie používame Qualcomm Dragonboard 410c. V spojení s Dragonboardom používame obojsmerný radič úrovní, aby sme prevádzali prevádzkové napätie Dragonboard 1,8 V na prevádzkové napätie RF-transceiveru HC-12 5 V.

Dragonboard 410c bol tiež nakonfigurovaný s Debian/Linaro Linux.

Dragonboard 410c Pinout ako brána:

• Pin 5 (TxD) konektora nízkej rýchlosti -> Radenie úrovne -> Pin HC -12 RX
• Pin 7 konektora nízkej rýchlosti (RxD) <- radenie úrovne <- kolík HC-12 TX
• Kolík 29 nízkorýchlostného konektora (GPIO) -> Posunovač úrovne -> Kolík SET HC -12

Kód implementovaný v Pythone na nastavenie služby Gateway Service je možné získať v úložisku projektu GitHub:

github.com/gubertoli/SaferWork/blob/master/SaferWork_Gateway.py

Je dôležité spomenúť, že tento projekt používa dweet.io na odosielanie informácií o zariadení a tieto informácie sa spotrebúvajú v službe freeboard.io, ako je to znázornené v tomto kroku.

Nastavenie dweet.io je veľmi jednoduché a pochopí ho komentovaný zdrojový kód. Freeboard.io je intuitívny tvorca dashboardu, ktorý interaguje priamo s dweet.io.

Krok 3: Záver

Výzvy počas vývoja

Definícia bezdrôtového vysielača

Počas koncepčného návrhu boli považované za typické obvody RX/TX 443 MHz (RT3/4 a RR3/4) s obmedzeným dosahom, ktoré si vyžadovali špecifické spracovanie na získavanie údajov (príklad). Aby sa prekonali všetky tieto výzvy, bol zmenený transceiver HC-12, ktorý integruje všetky obvody pre rx/tx a poskytuje jasné sériové údaje priamo na Dragonboard, čím sa vyhýba náročnej práci a rizikám predchádzajúcej možnosti.

Posúvač úrovne Dragonboard 410c

Mezzanine Linker Sprite bol vybavený úrovňovým radičom pre UART, ale port je rovnaký ako port používaný operačným systémom na konzolovú komunikáciu (konektory nízkorýchlostného konektora 11-TX a 13-RX) predstavujúce konflikt počas implementácie, takže bolo potrebné na použitie iného dostupného portu UART (konektory nízkorýchlostných konektorov 5-TX a 7-RX), ktoré nie sú k dispozícii na medziposchodí Linker Sprite s posunovačom úrovne, bolo potrebné ho získať. Pred kúpou konkrétneho čipu sa na to pokúsilo implementovať transistorom aktivovaný radič úrovne, ktorý nefunguje pri použití UART.

Referencie

github.com/gubertoli/SaferWork

www.osha.gov/dcsp/products/topics/business…

www.embarcados.com.br/enviando-dados-da-dr…

dweet.io/play/

github.com/gubertoli/GPIOProcessorPython

github.com/adafruit/DHT-sensor-library

quadmeup.com/hc-12-433mhz-wireless-serial-…

www.elecrow.com/download/HC-12.pdf

playground.arduino.cc/Main/MQGasSensors

github.com/bblanchon/ArduinoJson