SaferWork 4.0 - Průmyslové IoT pro bezpečnost: 3 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Popis projektu:

SaferWork 4.0 má v úmyslu poskytovat environmentální data průmyslových oblastí v reálném čase. V současnosti dostupné předpisy, jako je OHSAS 18001 (řada hodnocení bezpečnosti a ochrany zdraví při práci) nebo brazilský NR-15 (nezdravé činnosti), zvažují pravidelné inspekce za účelem klasifikace oblastí a navrhování zmírnění. Občasné podmínky nejsou zachyceny těmito pravidelnými kontrolami a mohou poškodit pracovníky kvůli nedostatku zmírňujících opatření.

V konceptu distribuovaných zařízení a hlavní brány jsou senzory distribuovány v průmyslovém závodě k měření podmínek prostředí a tato data jsou prezentována na palubní desce, která je k dispozici bezpečnostním specialistům, lékařům, managementu up, lidských zdrojů a mnoha dalším, což podporuje klíčové poznatky vedoucí na hodnocení rizik a zmírňující opatření zaměřená na snížení nebo prevenci úrazů a nehod.

Aktuální prototyp měří:

• Teplota
• Vlhkost vzduchu
• Plyny (kvalita vzduchu, hořlavé, hořlavé a kouřové)

Bude implementováno:

Hluk

Jak to funguje

Zařízení odešle do brány balíček JSON obsahující data ze senzorů, která je zpracuje a odešle do cloudu (dweet.io) a také jej poskytne na palubní desce (freeboard.io).

Seznam dílů - Hardware

1. Brána
   1. Qualcomm Dragonboard 410c (Debian Linux)
   2. Bezdrátový transceiver HC-12 (technický list)
   3. Úroveň Shifter převést Dragonboard 1,8 V na 5 V (datový list)

2. přístroj

   1. Arduino Uno
   2. Bezdrátový transceiver HC-12 (technický list)
   3. Snímač teploty a vlhkosti DHT-11 (technický list)
   4. MQ -2 - Citlivý na hořlavé a hořlavé plyny (metan, butan, LPG, kouř) (technický list)
   5. MQ -9 - Citlivý na oxid uhelnatý, hořlavé plyny (technický list)
   6. MQ -135 - Pro kvalitu ovzduší (citlivé na benzen, alkohol, kouř) (technický list)

Krok 1: Implementace zařízení

Zařízení představuje senzorové lože, které má být umístěno v mnoha oblastech průmyslového areálu pro snímání prostředí v reálném čase.

V tomto projektu byla použita platforma Arduino Uno se 3 plynovými senzory (MQ-2, MQ-9 a MQ-135), 1 snímačem teploty/vlhkosti (DHT-11) a RF transceiverem (HC-12).

Pinout Arduino to Sensors:

Analogový

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

Digitální

• Kolík SET D7 až HC-12
• Pin D10 až HC-12 TX (konfigurován jako RX na Arduinu)
• Pin D11 až HC-12 RX (konfigurován jako TX na Arduinu)

Kód implementován

Navštivte: Zdrojový kód GitHub

Krok 2: Implementace brány

Jak uvádí Wikipedie:

„Brána internetu věcí (IoT) poskytuje prostředky k překlenutí propasti mezi zařízeními v terénu (výrobní hala, dům atd.), Cloudem, kde jsou data shromažďována, ukládána a manipulována podnikovými aplikacemi, a uživatelským vybavením"

K implementaci této funkce používáme Qualcomm Dragonboard 410c. Ve spojení s Dragonboardem používáme obousměrný řadič úrovně, který převádí provozní napětí Dragonboard 1,8 V na provozní napětí vysílače HC-12 RF 5 V.

Dragonboard 410c byl také konfigurován s Debian/Linaro Linux.

Dragonboard 410c Pinout jako brána:

• Nízkootáčkový konektor 5 (TxD) -> Přepínač úrovně -> Pin HC -12 RX
• Pin 7 konektoru nízké rychlosti (RxD) <- Shifter úrovně <- pin HC-12 TX
• Pin 29 konektoru nízké rychlosti (GPIO) -> Posuvník úrovně -> PIN kolíku HC -12

Kód implementovaný v Pythonu pro nastavení služby Gateway lze získat v úložišti projektu GitHub:

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

Je důležité zmínit, že tento projekt používá dweet.io k odesílání informací o zařízení a tyto informace jsou konzumovány ve službě freeboard.io, jak je znázorněno v tomto kroku.

Nastavení dweet.io je velmi jednoduché a lze jej pochopit podle komentovaného zdrojového kódu. Freeboard.io je intuitivní tvůrce dashboardu, který interaguje přímo s dweet.io.

Krok 3: Závěr

Výzvy během vývoje

Definice bezdrátového vysílače

Během koncepčního návrhu byly považovány za typické obvody RX/TX 443 MHz (RT3/4 a RR3/4) s omezeným dosahem, které vyžadovaly specifické zpracování pro získávání dat (příklad). Aby se překonaly všechny tyto výzvy, byl změněn na HC-12 Transceiver, který obsahuje všechny obvody pro rx/tx a poskytuje jasná sériová data přímo na Dragonboard, čímž se vyhýbá náročné práci a rizikům předchozí možnosti.

Posuvník úrovně Dragonboard 410c

Byl poskytnut mezipatro Linker Sprite s posunovačem úrovně pro UART, ale port je stejný jako ten, který používá OS pro konzolovou komunikaci (konektory nízkorychlostního konektoru 11-TX a 13-RX) představující konflikt během implementace, takže to bylo nutné použít jiný dostupný port UART (konektory nízkorychlostního konektoru 5-TX a 7-RX), které nejsou k dispozici na mezipatře Linker Sprite s přepínačem úrovně, takže bylo nutné jej získat. Před zakoupením konkrétního čipu se pokusil implementovat transistorem aktivovaný řadič úrovně, který nefunguje pro použití UART.

Reference

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