SaferWork 4.0 - Industrijski IoT za sigurnost: 3 koraka

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2025-01-23 14:37

Opis projekta:

SaferWork 4.0 namjerava pružiti podatke o okolišu industrijskih područja u stvarnom vremenu. Trenutno dostupni propisi, poput OHSAS 18001 (Serija procjena zdravlja i sigurnosti na radu) ili brazilski NR-15 (Nezdrave aktivnosti), razmatraju periodične inspekcije radi klasifikacije područja i predlaganja ublažavanja. Periodični pregledi ne bilježe povremene uslove i mogu naštetiti radnicima zbog nedostatka mjera ublažavanja.

U konceptu distribuiranih uređaja i glavnog pristupnika, senzori se distribuiraju u industrijskom postrojenju za mjerenje okolišnih uslova, a ti podaci su predstavljeni na nadzornoj ploči koja je dostupna stručnjacima za sigurnost, liječnicima, up menadžmentu, ljudskim resursima i mnogim drugim, što podržava ključne uvide procjene rizika i mjere ublažavanja čiji je cilj smanjenje ili sprječavanje ozljeda i nesreća.

Trenutni prototip mjeri:

• Temperature
• Vlažnost
• Plinovi (kvaliteta zraka, zapaljivi, zapaljivi i dim)

Za implementaciju:

Buka

Kako radi

Uređaj šalje JSON paket koji sadrži podatke senzora na gateway koji će ih obraditi i poslati u oblak (dweet.io), a također ih dostaviti na nadzornu ploču (freeboard.io).

Lista dijelova - hardver

1. Gateway

   1. Qualcomm Dragonboard 410c (Debian Linux)
   2. Bežični primopredajnik HC-12 (podatkovni list)
   3. Level Shifter za pretvaranje Dragonboard 1.8V u 5V (podatkovna tablica)

2. Uređaj

   1. Arduino Uno
   2. Bežični primopredajnik HC-12 (podatkovni list)
   3. DHT-11 Senzor temperature i vlažnosti (tehnički list)
   4. MQ -2 - Osetljiv na zapaljive i zapaljive gasove (metan, butan, LPG, dim) (Tehnički list)
   5. MQ -9 - Osjetljivo na ugljikov monoksid, zapaljive plinove (tehnički list)
   6. MQ -135 - Za kvalitetu zraka (osjetljivo na benzen, alkohol, dim) (Tehnički list)

Korak 1: Implementacija uređaja

Uređaj predstavlja krevet senzora koji se nalazi u mnogim područjima na industrijskom mjestu za mjerenje okoliša u stvarnom vremenu.

U ovom projektu korištena je Arduino Uno platforma s 3 plinska senzora (MQ-2, MQ-9 i MQ-135), 1 senzorom temperature/vlažnosti (DHT-11) i RF primopredajnikom (HC-12).

Raspored Arduino senzora:

Analog

• A1 do DHT11 analogni pin
• A3 do MQ135 analogni pin
• A4 do MQ9 analogni pin
• A5 do MQ2 analogni pin

Digitalno

• D7 do HC-12 SET pin
• D10 do HC-12 TX pin (konfiguriran kao RX na Arduinu)
• D11 na HC-12 RX pin (konfigurirano kao TX na Arduinu)

Kodeks implementiran

Posjetite: GitHub izvorni kod

Korak 2: Implementacija mrežnog prolaza

Kako navodi Wikipedia:

"Gateway Internet of Things (IoT) pruža sredstva za premošćivanje jaza između uređaja na terenu (tvornički pod, dom itd.), Oblaka, gdje se podaci prikupljaju, pohranjuju i manipuliraju poslovnim aplikacijama, i korisničke opreme"

Za implementaciju ove funkcionalnosti koristimo Qualcomm Dragonboard 410c. Zajedno sa Dragonboard-om koristimo dvosmjerni pomak nivoa za pretvaranje radnog napona Dragonboard-a od 1,8 V u radni napon RF primopredajnika HC-12 od 5 V.

Dragonboard 410c je također konfiguriran s Debian/Linaro Linuxom.

Dragonboard 410c Pinout kao pristupnik:

• Priključak priključka male brzine 5 (TxD) -> Mjenjač razine -> HC -12 RX pin
• Priključak priključka male brzine 7 (RxD) <- Mjenjač razine <- HC-12 TX pin
• Konektor za priključak male brzine 29 (GPIO) -> Mjenjač nivoa -> HC -12 SET pin

Kod implementiran u Python za postavljanje Gateway usluge može se dobiti u spremištu projekta GitHub:

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

Važno je napomenuti da ovaj projekt koristi dweet.io za slanje podataka o uređaju, a ti se podaci konzumiraju na servisu freeboard.io kako je prikazano u ovom koraku.

Postavljanje dweet.io je vrlo jednostavno i može se razumjeti po komentiranom izvornom kodu. Freeboard.io je intuitivni kreator nadzorne ploče koji direktno komunicira s dweet.io.

Korak 3: Zaključak

Izazovi tokom razvoja

Definicija bežičnog primopredajnika

Tijekom idejnog projekta smatrano je tipičnim RX/TX krugovima od 443 MHz (RT3/4 i RR3/4) s ograničenim rasponom i koji su zahtijevali posebnu obradu za preuzimanje podataka (primjer). Kako bi se prevladali svi ovi izazovi, promijenjen je primopredajnik HC-12 koji ugrađuje sva kola za rx/tx i pruža jasne serijske podatke direktno na Dragonboard izbjegavajući naporan rad i rizike prethodne opcije.

Dragonboard 410c Level Shifter

Linker Sprite Mezzanine dobio je Level Shifter za UART, ali je port isti kao i onaj koji koristi OS za komunikaciju s konzolom (priključci niske brzine konektora 11-TX i 13-RX) koji predstavlja sukob tijekom implementacije, pa je to bilo potrebno za korištenje drugog dostupnog UART porta (pinovi konektora niske brzine 5-TX i 7-RX) koji nisu dostupni na Linker Sprite mezaninu s mjenjačem razine, pa je bilo potrebno nabaviti ga. Prije kupovine određenog čipa za to je pokušano implementirati tranzistorski aktivirani mjenjač nivoa koji ne radi za UART upotrebu.

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