SaferWork 4.0 - Industriell IoT för säkerhet: 3 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

Projekt beskrivning:

SaferWork 4.0 avser att tillhandahålla miljödata i realtid från industriområden. För närvarande tillgänglig förordning som OHSAS 18001 (Occupational Health and Safety Assessment Series) eller brasiliansk NR-15 (ohälsosam verksamhet) överväger periodiska inspektioner för att klassificera områdena och föreslå begränsningar. Intermittenta förhållanden fångas inte upp av dessa periodiska inspektioner och kan skada arbetstagarna på grund av bristande åtgärder.

I ett koncept med distribuerade enheter och en huvudgateway distribueras sensorer i en industrianläggning för att mäta miljöförhållanden och dessa data presenteras i en instrumentpanel som är tillgänglig för säkerhetsspecialister, läkare, Up Management, Human Resources och många andra, vilket stöder nyckelinsikter som leder till riskbedömningar och åtgärder för att minska eller förebygga skador och olyckor.

Den nuvarande prototypen mäter:

• Temperatur
• Fuktighet
• Gaser (luftkvalitet, brandfarlig, brännbar och rök)

Ska genomföras:

Ljud

Hur det fungerar

Enheten skickar ett JSON -paket som innehåller sensordata till gateway som kommer att behandla och skicka det till molnet (dweet.io) och även tillhandahålla det på en instrumentpanel (freeboard.io).

Reservdelar - hårdvara

1. Inkörsport

   1. Qualcomm Dragonboard 410c (Debian Linux)
   2. HC-12 trådlös sändtagare (datablad)
   3. Level Shifter för att konvertera Dragonboard 1.8V till 5V (datablad)

2. Enhet

   1. Arduino Uno
   2. HC-12 trådlös sändtagare (datablad)
   3. DHT-11 temperatur- och fuktighetssensor (datablad)
   4. MQ -2 - Känslig för brandfarliga och brännbara gaser (metan, butan, gasol, rök) (datablad)
   5. MQ -9 - Känslig för kolmonoxid, brandfarliga gaser (datablad)
   6. MQ -135 - För luftkvalitet (känslig för bensen, alkohol, rök) (datablad)

Steg 1: Enhetsimplementering

Enheten representerar en sensorsäng som ska placeras i många områden på en industriområde för miljöavkänning i realtid.

I detta projekt användes Arduino Uno-plattformen med 3 gassensorer (MQ-2, MQ-9 och MQ-135), 1 temperatur/fuktighetssensor (DHT-11) och en RF-mottagare (HC-12).

Arduino to Sensors Pinout:

Analog

• A1 till DHT11 analog stift
• A3 till MQ135 analog stift
• A4 till MQ9 analog stift
• A5 till MQ2 analog stift

Digital

• D7 till HC-12 SET-stift
• D10 till HC-12 TX-stift (konfigurerad som RX på Arduino)
• D11 till HC-12 RX-stift (konfigurerad som TX på Arduino)

Kod implementerad

Besök: GitHub Sourcecode

Steg 2: Implementering av gateway

Som anges av Wikipedia:

"En Internet of Things (IoT) Gateway ger medel för att överbrygga klyftan mellan enheter i fältet (fabriksgolv, hem, etc.), molnet, där data samlas in, lagras och manipuleras av företagsprogram och användarutrustning"

För att implementera denna funktion använder vi Qualcomm Dragonboard 410c. I samband med Dragonboard använder vi en dubbelriktad nivåväxel för att konvertera Dragonboard-driftspänningen på 1,8V till HC-12 RF-transceiverns driftspänning på 5V.

Dragonboard 410c konfigurerades också med Debian/Linaro Linux.

Dragonboard 410c Pinout som Gateway:

• Låghastighetskontaktstift 5 (TxD) -> Nivåreglage -> HC -12 RX -stift
• Låghastighetskontaktstift 7 (RxD) <- Nivåreglage <- HC-12 TX-stift
• Låghastighetskontaktstift 29 (GPIO) -> Nivåväxel -> HC -12 SET -stift

Koden som implementeras i Python för att konfigurera Gateway -tjänsten kan erhållas i projektets GitHub -arkiv:

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

Det är viktigt att nämna att detta projekt använder dweet.io för att skicka enhetsinformation och denna information konsumeras på freeboard.io -tjänsten som visas i detta steg.

Dweet.io -installationen är mycket enkel och kan förstås av den kommenterade källkoden. Freeboard.io är en intuitiv instrumentpanelsskapare som interagerar direkt med dweet.io.

Steg 3: Slutsats

Utmaningar under utvecklingen

Definition av trådlös sändtagare

Under konceptuell design ansågs det vara typiska 443 MHz RX/TX -kretsar (RT3/4 och RR3/4) med begränsat omfång och som krävde specifik behandling för datahämtning (exempel). För att övervinna alla dessa utmaningar ändrades det för en HC-12-sändtagare som bäddar in alla kretsar för rx/tx som tillhandahåller tydliga seriella data direkt till Dragonboard och undviker det hårda arbetet och riskerna med det tidigare alternativet.

Dragonboard 410c Level Shifter

Den levererades Linker Sprite Mezzanine med nivåskiftaren för UART men porten är densamma som den som används av OS för konsolkommunikation (låghastighetskontaktpinnar 11-TX och 13-RX) som presenterar konflikter under implementeringen, så det var nödvändigt att använda en annan tillgänglig UART-port (Låghastighetskontaktstift 5-TX och 7-RX) som inte är tillgängliga på Linker Sprite Mezzanine med Level Shifter, så det var nödvändigt att skaffa en. Innan du köpte ett specifikt chip för det försökte du implementera en transistoraktiverad nivåväxel som inte fungerade för UART -användning.

Referenser

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