SaferWork 4.0 - Industrielt IoT for sikkerhed: 3 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Projekt Beskrivelse:

SaferWork 4.0 har til hensigt at levere miljødata i realtid fra industriområder. I øjeblikket tilgængelig regulering som OHSAS 18001 (Occupational Health and Safety Assessment Series) eller brasiliansk NR-15 (usunde aktiviteter) overvejer periodiske inspektioner for at klassificere områderne og foreslå afbødelser. Intermitterende forhold indfanges ikke ved disse periodiske inspektioner og kan skade arbejderne på grund af manglende afbødende foranstaltninger.

I et koncept med distribuerede enheder og en hovedgateway distribueres sensorer i et industrianlæg til måling af miljøforhold, og disse data præsenteres i et dashboard, der er tilgængeligt for sikkerhedsspecialister, læger, opadministration, menneskelige ressourcer og mange andre, og understøtter nøgleindsigter, der fører til risikovurderinger og afbødende foranstaltninger med det formål at reducere eller forebygge skader og ulykker.

Den nuværende prototype måler:

• Temperatur
• Fugtighed
• Gasser (luftkvalitet, brandfarlig, brændbar og røg)

Skal implementeres:

Støj

Hvordan det virker

Enheden sender en JSON -pakke indeholdende sensordata til gateway, der vil behandle og sende den til cloud (dweet.io) og også levere den på et dashboard (freeboard.io).

Deleliste - hardware

1. Gateway

   1. Qualcomm Dragonboard 410c (Debian Linux)
   2. HC-12 trådløs transceiver (datablad)
   3. Level Shifter for at konvertere Dragonboard 1.8V til 5V (datablad)

2. Enhed

   1. Arduino Uno
   2. HC-12 trådløs transceiver (datablad)
   3. DHT-11 temperatur- og luftfugtighedssensor (datablad)
   4. MQ -2 - Følsom for brandfarlige og brændbare gasser (metan, butan, LPG, røg) (datablad)
   5. MQ -9 - Følsom for kulilte, brandfarlige gasser (datablad)
   6. MQ -135 - Til luftkvalitet (følsom for benzen, alkohol, røg) (datablad)

Trin 1: Enhedsimplementering

Enheden repræsenterer en sensorseng, der skal placeres i mange områder på et industriområde til miljøfornemmelse i realtid.

I dette projekt blev Arduino Uno Platform brugt med 3 gassensorer (MQ-2, MQ-9 og MQ-135), 1 temperatur/fugtighedsføler (DHT-11) og en RF-transceiver (HC-12).

Arduino til sensorer Pinout:

Analog

• A1 til DHT11 analog pin
• A3 til MQ135 analog pin
• A4 til MQ9 analog pin
• A5 til MQ2 analog pin

Digital

• D7 til HC-12 SET pin
• D10 til HC-12 TX-pin (konfigureret som RX på Arduino)
• D11 til HC-12 RX pin (konfigureret som TX på Arduino)

Kode implementeret

Besøg: GitHub Sourcecode

Trin 2: Implementering af gateway

Som det fremgår af Wikipedia:

"En Internet of Things (IoT) Gateway giver midler til at bygge bro mellem enheder i marken (fabriksgulv, hjem osv.), Skyen, hvor data indsamles, gemmes og manipuleres af virksomhedens applikationer og brugerudstyr"

For at implementere denne funktionalitet bruger vi Qualcomm Dragonboard 410c. I forbindelse med Dragonboard bruger vi en tovejs niveauskifter til at konvertere Dragonboard-driftsspændingen på 1,8V til HC-12 RF-transceiverens driftsspænding på 5V.

Dragonboard 410c blev også konfigureret med Debian/Linaro Linux.

Dragonboard 410c Pinout som gateway:

• Low Speed Connector Pin 5 (TxD) -> Level Shifter -> HC -12 RX Pin
• Lavhastigheds-stik Pin 7 (RxD) <- Level Shifter <- HC-12 TX Pin
• Lavhastighedsforbindelsesstift Pin 29 (GPIO) -> Niveauskifter -> HC -12 SET Pin

Koden implementeret i Python til opsætning af Gateway Service kan fås i projekt GitHub -depot:

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

Det er vigtigt at nævne, at dette projekt bruger dweet.io til at sende enhedsoplysninger, og disse oplysninger forbruges på freeboard.io -tjenesten som illustreret i dette trin.

Opsætningen af dweet.io er meget enkel og kan forstås af den kommenterede kildekode. Freeboard.io er en intuitiv dashboard -skaber, der interagerer direkte med dweet.io.

Trin 3: Konklusion

Udfordringer under udviklingen

Definition af trådløs transceiver

Under konceptuelt design blev det betragtet som typiske 443 MHz RX/TX kredsløb (RT3/4 og RR3/4) med begrænset rækkevidde, og som krævede specifik behandling for datahentning (eksempel). For at overvinde alle disse udfordringer blev det ændret for en HC-12 Transceiver, der indlejrer alle kredsløb til rx/tx, der leverer de klare serielle data direkte til Dragonboard og undgår hårdt arbejde og risici ved den tidligere mulighed.

Dragonboard 410c niveauskifter

Det blev leveret Linker Sprite Mezzanine med Level Shifter til UART, men porten er den samme som den, der bruges af OS til konsolkommunikation (Low Speed-stik Pins 11-TX og 13-RX), der viser konflikt under implementeringen, så det var påkrævet at bruge en anden tilgængelig UART-port (Low Speed Connector Pins 5-TX og 7-RX), som ikke er tilgængelige på Linker Sprite Mezzanine med Level Shifter, så det var påkrævet at få en. Før du købte en bestemt chip til det, blev det forsøgt at implementere en transistoraktiveret niveauskifter, der ikke fungerede til UART -brug.

Referencer

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