SaferWork 4.0 - Przemysłowy Internet Rzeczy dla bezpieczeństwa: 3 kroki

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:03

Opis Projektu:

Celem SaferWork 4.0 jest dostarczanie w czasie rzeczywistym danych środowiskowych obszarów przemysłowych. Obecnie dostępne przepisy, takie jak OHSAS 18001 (seria oceny bezpieczeństwa i higieny pracy) lub brazylijski NR-15 (niezdrowe działania), uwzględniają okresowe inspekcje w celu sklasyfikowania obszarów i zaproponowania działań łagodzących. Okresowe inspekcje nie wychwytują warunków przejściowych i mogą zaszkodzić pracownikom z powodu braku działań łagodzących.

W koncepcji urządzeń rozproszonych i głównej bramy czujniki są rozmieszczone w zakładzie przemysłowym w celu pomiaru warunków środowiskowych, a dane te są prezentowane na pulpicie nawigacyjnym dostępnym dla specjalistów ds. bezpieczeństwa, lekarzy, kierownictwa wyższego szczebla, zasobów ludzkich i wielu innych, wspierając kluczowe spostrzeżenia prowadzące do oceny ryzyka i działań łagodzących mających na celu zmniejszenie lub zapobieganie urazom i wypadkom.

Obecny prototyp mierzy:

• Temperatura
• Wilgotność
• Gazy (jakość powietrza, łatwopalne, palne i dymne)

Być realizowane:

Hałas

Jak to działa

Urządzenie wysyła paczkę JSON zawierającą dane z czujników do bramy, która przetworzy je i wyśle do chmury (dweet.io), a także udostępni je na pulpicie nawigacyjnym (freeboard.io).

Lista części - sprzęt

1. wejście

   1. Qualcomm Dragonboard 410c (Debian Linux)
   2. Bezprzewodowy nadajnik-odbiornik HC-12 (arkusz danych)
   3. Level Shifter do konwersji Dragonboard 1.8V na 5V (arkusz danych)

2. Urządzenie

   1. Arduino Uno
   2. Bezprzewodowy nadajnik-odbiornik HC-12 (arkusz danych)
   3. Czujnik temperatury i wilgotności DHT-11 (arkusz danych)
   4. MQ-2 - Wrażliwy na gazy palne i palne (metan, butan, LPG, dym) (karta katalogowa)
   5. MQ-9 - Wrażliwy na tlenek węgla, gazy palne (karta danych)
   6. MQ-135 - Do jakości powietrza (wrażliwy na benzen, alkohol, dym) (arkusz danych)

Krok 1: Implementacja urządzenia

Urządzenie reprezentuje stanowisko czujników, które można umieścić w wielu obszarach na terenie przemysłowym w celu wykrywania środowiska w czasie rzeczywistym.

W projekcie wykorzystano platformę Arduino Uno z 3 czujnikami gazu (MQ-2, MQ-9 i MQ-135), 1 czujnikiem temperatury/wilgotności (DHT-11) oraz nadajnikiem radiowym (HC-12).

Pinout Arduino do czujników:

Analog

• Pin analogowy A1 do DHT11
• Pin analogowy A3 do MQ135
• Pin analogowy A4 do MQ9
• Pin analogowy A5 do MQ2

Cyfrowy

• D7 do HC-12 ZESTAW pin
• D10 do HC-12 TX pin (skonfigurowany jako RX na Arduino)
• Pin D11 do HC-12 RX (skonfigurowany jako TX na Arduino)

Wdrożony kod

Odwiedź: Kod źródłowy GitHub

Krok 2: Implementacja bramy

Jak podaje Wikipedia:

„Brama Internetu Rzeczy (IoT) zapewnia środki do wypełnienia luki między urządzeniami w terenie (fabryka, dom, itp.), chmurą, gdzie dane są gromadzone, przechowywane i przetwarzane przez aplikacje korporacyjne, a sprzętem użytkownika"

Do realizacji tej funkcjonalności używamy Qualcomm Dragonboard 410c. W połączeniu z Dragonboard używamy dwukierunkowego przełącznika poziomu, aby przekonwertować napięcie robocze Dragonboard 1,8V na napięcie operacyjne transceivera HC-12 RF 5V.

Dragonboard 410c został również skonfigurowany z systemem Debian/Linaro Linux.

Dragonboard 410c Pinout jako brama:

• Styk 5 złącza niskiej prędkości (TxD) -> Przełącznik poziomu -> Styk RX HC-12
• Styk 7 złącza niskiej prędkości (RxD) <- Przełącznik poziomu <- Styk TX-12 HC-12
• Styk 29 złącza niskiej prędkości (GPIO) -> Przełącznik poziomu -> Pin HC-12 SET

Kod zaimplementowany w Pythonie do konfiguracji usługi Gateway można uzyskać w repozytorium projektu GitHub:

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

Ważne jest, aby wspomnieć, że ten projekt używa dweet.io do wysyłania informacji o urządzeniu, a informacje te są wykorzystywane w usłudze freeboard.io, jak pokazano w tym kroku.

Konfiguracja dweet.io jest bardzo prosta i można ją zrozumieć za pomocą komentowanego kodu źródłowego. Freeboard.io to intuicyjny kreator pulpitu nawigacyjnego, który wchodzi w bezpośrednią interakcję z dweet.io.

Krok 3: Wniosek

Wyzwania podczas rozwoju

Definicja bezprzewodowego nadajnika-odbiornika

Podczas projektowania koncepcyjnego rozważano typowe obwody RX/TX 443 MHz (RT3/4 i RR3/4) o ograniczonym zasięgu i wymagające specyficznego przetwarzania w celu uzyskania danych (przykład). Aby sprostać wszystkim tym wyzwaniom, zmieniono go na transceiver HC-12, który zawiera wszystkie obwody dla rx/tx, dostarczając przejrzyste dane szeregowe bezpośrednio do Dragonboard, unikając ciężkiej pracy i ryzyka wcześniejszej opcji.

Przerzutnik poziomu Dragonboard 410c

Dostarczono Linker Sprite Mezzanine z funkcją Level Shifter dla UART, ale port jest taki sam, jak ten używany przez system operacyjny do komunikacji z konsolą (złącze Low Speed Pins 11-TX i 13-RX), co powoduje konflikt podczas implementacji, więc było to wymagane aby użyć innego dostępnego portu UART (piny złącza o niskiej prędkości 5-TX i 7-RX), które nie są dostępne w Linker Sprite Mezzanine z dźwignią poziomu, więc konieczne było uzyskanie jednego. Przed zakupem konkretnego układu do tego celu próbowano zaimplementować przesuwnik poziomu aktywowany tranzystorem, który nie działał przy użyciu UART.

Bibliografia

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

plac zabaw.arduino.cc/Main/MQGasSensors

github.com/bblanchon/ArduinoJson