SaferWork 4.0 - Industrieel IoT voor veiligheid: 3 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Projectbeschrijving:

SaferWork 4.0 is bedoeld om realtime milieugegevens van industriële gebieden te leveren. Momenteel beschikbare regelgeving zoals OHSAS 18001 (Occupational Health and Safety Assessment Series) of Braziliaanse NR-15 (ongezonde activiteiten) overweegt periodieke inspecties om de gebieden te classificeren en oplossingen voor te stellen. Intermitterende omstandigheden worden niet vastgelegd door deze periodieke inspecties en kunnen de werknemers schaden door gebrek aan mitigerende maatregelen.

In een concept van gedistribueerde apparaten en een hoofdgateway, worden sensoren gedistribueerd in een industriële fabriek om de omgevingsomstandigheden te meten en deze gegevens worden gepresenteerd in een dashboard dat beschikbaar is voor veiligheidsspecialisten, artsen, hoger management, personeelszaken en vele andere, ter ondersteuning van belangrijke inzichten die leiden tot risicobeoordelingen en mitigerende maatregelen die gericht zijn op het verminderen of voorkomen van verwondingen en ongevallen.

Het huidige prototype meet:

• Temperatuur
• Vochtigheid
• Gassen (Luchtkwaliteit, Ontvlambaar, Brandbaar en Rook)

Uit te voeren:

Lawaai

Hoe het werkt

Het apparaat stuurt een JSON-pakket met sensorgegevens naar de gateway die het zal verwerken en naar de cloud (dweet.io) zal sturen en het ook op een dashboard zal verstrekken (freeboard.io).

Onderdelenlijst - Hardware

1. poort

   1. Qualcomm Dragonboard 410c (Debian Linux)
   2. HC-12 draadloze zendontvanger (gegevensblad)
   3. Level Shifter om Dragonboard 1.8V naar 5V te converteren (Datasheet)

2. Apparaat

   1. Arduino Uno
   2. HC-12 draadloze zendontvanger (gegevensblad)
   3. DHT-11 temperatuur- en vochtigheidssensor (gegevensblad)
   4. MQ-2 - Gevoelig voor ontvlambare en brandbare gassen (Methaan, Butaan, LPG, rook) (Datasheet)
   5. MQ-9 - Gevoelig voor Koolmonoxide, ontvlambare gassen (Datasheet)
   6. MQ-135 - Voor luchtkwaliteit (gevoelig voor benzeen, alcohol, rook) (gegevensblad)

Stap 1: Apparaatimplementatie

Het apparaat vertegenwoordigt een sensorbed dat in veel gebieden op een industriële locatie kan worden geplaatst voor realtime omgevingsdetectie.

In dit project is gebruik gemaakt van het Arduino Uno Platform met 3 gassensoren (MQ-2, MQ-9 en MQ-135), 1 temperatuur/vochtigheidssensor (DHT-11) en een RF transceiver (HC-12).

De Arduino naar Sensoren Pinout:

Analoog

• A1 naar DHT11 analoge pin
• A3 naar MQ135 analoge pin
• A4 naar MQ9 analoge pin
• A5 naar MQ2 analoge pin

Digitaal

• D7 naar HC-12 SET-pin
• D10 naar HC-12 TX-pin (geconfigureerd als RX op Arduino)
• D11 naar HC-12 RX-pin (geconfigureerd als TX op Arduino)

Code geïmplementeerd

Bezoek: GitHub-broncode

Stap 2: Gateway-implementatie

Zoals aangegeven door Wikipedia:

"Een Internet of Things (IoT) Gateway biedt de middelen om de kloof te overbruggen tussen apparaten in het veld (fabrieksvloer, thuis, enz.), de Cloud, waar gegevens worden verzameld, opgeslagen en gemanipuleerd door bedrijfsapplicaties, en de gebruikersapparatuur"

Om deze functionaliteit te implementeren gebruiken we de Qualcomm Dragonboard 410c. In combinatie met het Dragonboard gebruiken we een bidirectionele niveauverschuiver om de operationele spanning van de Dragonboard van 1,8 V om te zetten in een operationele spanning van de HC-12 RF Transceiver van 5 V.

De Dragonboard 410c was ook geconfigureerd met Debian/Linaro Linux.

Dragonboard 410c pinout als gateway:

• Lage snelheid connector Pin 5 (TxD) -> Level Shifter -> HC-12 RX Pin
• Lage snelheid connector Pin 7 (RxD) <- Level Shifter <- HC-12 TX Pin
• Lage snelheid connector Pin 29 (GPIO) -> Level Shifter -> HC-12 SET Pin

De code die in Python is geïmplementeerd om de Gateway-service in te stellen, kan worden verkregen in de GitHub-repository van het project:

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

Het is belangrijk om te vermelden dat dit project dweet.io gebruikt om de apparaatinformatie te verzenden en deze informatie wordt gebruikt op de freeboard.io-service, zoals geïllustreerd in deze stap.

De installatie van dweet.io is heel eenvoudig en kan worden begrepen door de broncode met commentaar. Freeboard.io is een intuïtieve dashboardmaker die rechtstreeks samenwerkt met dweet.io.

Stap 3: Conclusie

Uitdagingen tijdens de ontwikkeling

Definitie van draadloze zendontvanger

Tijdens het conceptuele ontwerp werd het beschouwd als typische 443 MHz RX/TX-circuits (RT3/4 en RR3/4) met een beperkt bereik en die specifieke verwerking vereisten voor het ophalen van gegevens (voorbeeld). Om al deze uitdagingen het hoofd te bieden, werd het vervangen door een HC-12-transceiver die alle circuits voor rx/tx bevat en de duidelijke seriële gegevens rechtstreeks naar Dragonboard levert, waardoor het harde werken en de risico's van de vorige optie worden vermeden.

Dragonboard 410c Level Shifter

Het was voorzien van de Linker Sprite Mezzanine met de Level Shifter voor UART, maar de poort is dezelfde als de poort die door het besturingssysteem wordt gebruikt voor consolecommunicatie (Low Speed-connector Pins 11-TX en 13-RX) die tijdens de implementatie conflicten vertoonden, dus het was vereist om een andere beschikbare UART-poort te gebruiken (Low Speed Connector Pins 5-TX en 7-RX) die niet beschikbaar zijn op Linker Sprite Mezzanine met de Level Shifter, dus het was nodig om er een te verkrijgen. Voordat een specifieke chip daarvoor werd gekocht, werd geprobeerd een door een transistor geactiveerde niveauverschuiver te implementeren die niet werkte voor UART-gebruik.

Referenties

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