SaferWork 4.0 - Industrial IoT for Safety: 3 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Περιγραφή Έργου:

Το SaferWork 4.0 προτίθεται να παρέχει περιβαλλοντικά δεδομένα σε πραγματικό χρόνο βιομηχανικών περιοχών. Επί του παρόντος διαθέσιμος κανονισμός όπως ο OHSAS 18001 (Σειρά Αξιολόγησης Υγείας και Ασφάλειας στην Εργασία) ή Βραζιλιάνικος NR-15 (Ανθυγιεινές δραστηριότητες) εξετάζει περιοδικές επιθεωρήσεις για την ταξινόμηση των περιοχών και προτείνει μετριασμούς. Οι περιοδικές συνθήκες δεν αποτυπώνονται από αυτούς τους περιοδικούς ελέγχους και μπορούν να βλάψουν τους εργαζόμενους λόγω έλλειψης μέτρων μετριασμού.

Σε μια έννοια των διανεμημένων συσκευών και μιας κύριας πύλης, οι αισθητήρες διανέμονται σε μια βιομηχανική μονάδα για τη μέτρηση των περιβαλλοντικών συνθηκών και αυτά τα δεδομένα παρουσιάζονται σε έναν πίνακα ελέγχου που είναι διαθέσιμος στους Ειδικούς Ασφάλειας, Ιατρούς, Up Management, Ανθρώπινο Δυναμικό και πολλά άλλα, υποστηρίζοντας βασικές πληροφορίες για την εκτίμηση κινδύνων και δράσεις μετριασμού με στόχο τη μείωση ή την πρόληψη τραυματισμών και ατυχημάτων.

Το τρέχον πρωτότυπο μέτρο:

• Θερμοκρασία
• Υγρασία
• Αέρια (ποιότητα αέρα, εύφλεκτο, καύσιμο και καπνός)

Να εφαρμοστεί:

Θόρυβος

Πως δουλεύει

Η συσκευή στέλνει ένα πακέτο JSON που περιέχει δεδομένα αισθητήρων στην πύλη που θα επεξεργαστεί και θα το στείλει στο cloud (dweet.io) και θα το παρέχει επίσης σε έναν πίνακα εργαλείων (freeboard.io).

Λίστα μερών - Υλικό

1. πύλη

   1. Qualcomm Dragonboard 410c (Debian Linux)
   2. Ασύρματος πομποδέκτης HC-12 (φύλλο δεδομένων)
   3. Μετατροπέας επιπέδου για μετατροπή Dragonboard 1.8V σε 5V (φύλλο δεδομένων)

2. Συσκευή

   1. Arduino Uno
   2. Ασύρματος πομποδέκτης HC-12 (φύλλο δεδομένων)
   3. Αισθητήρας θερμοκρασίας και υγρασίας DHT-11 (φύλλο δεδομένων)
   4. MQ -2 - Ευαίσθητο για εύφλεκτα και εύφλεκτα αέρια (μεθάνιο, βουτάνιο, υγραέριο, καπνός) (φύλλο δεδομένων)
   5. MQ -9 - Ευαίσθητο στο μονοξείδιο του άνθρακα, εύφλεκτα αέρια (φύλλο δεδομένων)
   6. MQ -135 - Για ποιότητα αέρα (ευαίσθητο για βενζόλιο, αλκοόλ, καπνό) (φύλλο δεδομένων)

Βήμα 1: Εφαρμογή συσκευής

Η συσκευή αντιπροσωπεύει ένα κρεβάτι αισθητήρων που βρίσκεται σε πολλές περιοχές σε μια βιομηχανική τοποθεσία για ανίχνευση περιβάλλοντος σε πραγματικό χρόνο.

Σε αυτό το έργο χρησιμοποιήθηκε η πλατφόρμα Arduino Uno με 3 αισθητήρες αερίου (MQ-2, MQ-9 και MQ-135), 1 αισθητήρα θερμοκρασίας/υγρασίας (DHT-11) και πομποδέκτη RF (HC-12).

Το Arduino to Sensors Pinout:

Αναλογικό

• Αναλογική ακίδα A1 έως DHT11
• Αναλογική ακίδα A3 έως MQ135
• Αναλογική ακίδα A4 έως MQ9
• Αναλογική ακίδα A5 έως MQ2

Ψηφιακό

• Καρφίτσα D7 έως HC-12 SET
• Καρφίτσα D10 έως HC-12 TX (έχει διαμορφωθεί ως RX στο Arduino)
• D11 έως HC-12 RX pin (έχει διαμορφωθεί ως TX στο Arduino)

Υλοποιήθηκε ο κώδικας

Επισκεφθείτε: GitHub Sourcecode

Βήμα 2: Εφαρμογή Gateway

Όπως αναφέρει η Wikipedia:

"Το Internet of Things (IoT) Gateway παρέχει τα μέσα για να γεφυρωθεί το χάσμα μεταξύ των συσκευών στον τομέα (εργοστάσιο, σπίτι κ.λπ.), το Cloud, όπου τα δεδομένα συλλέγονται, αποθηκεύονται και χειρίζονται από εταιρικές εφαρμογές και τον εξοπλισμό των χρηστών"

Για την υλοποίηση αυτής της λειτουργικότητας χρησιμοποιούμε το Qualcomm Dragonboard 410c. Σε συνδυασμό με το Dragonboard χρησιμοποιούμε μετατροπέα στάθμης δύο κατευθύνσεων, για να μετατρέψουμε την τάση λειτουργίας του Dragonboard 1,8V σε λειτουργική τάση πομποδέκτη HC-12 RF 5V.

Το Dragonboard 410c διαμορφώθηκε επίσης με το Debian/Linaro Linux.

Dragonboard 410c Pinout as Gateway:

• Ακροδέκτης σύνδεσης χαμηλής ταχύτητας 5 (TxD) -> Μετατροπέας επιπέδου -> Καρφίτσα HC -12 RX
• Ακροδέκτης σύνδεσης χαμηλής ταχύτητας 7 (RxD) <- Μετατροπέας επιπέδου <- Καρφίτσα HC-12 TX
• Συνδετήρας χαμηλής ταχύτητας 29 (GPIO) -> Level Shifter -> HC -12 SET Pin

Ο κώδικας που εφαρμόζεται στην Python για τη ρύθμιση της υπηρεσίας πύλης μπορεί να ληφθεί στο αποθετήριο έργου GitHub:

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

Είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι αυτό το έργο χρησιμοποιεί το dweet.io για να στείλει τις πληροφορίες της συσκευής και αυτές οι πληροφορίες καταναλώνονται στην υπηρεσία freeboard.io όπως απεικονίζεται σε αυτό το βήμα.

Η ρύθμιση του dweet.io είναι πολύ απλή και μπορεί να γίνει κατανοητή από τον σχολιασμένο πηγαίο κώδικα. Το freeboard.io είναι ένας διαισθητικός δημιουργός ταμπλό που αλληλεπιδρά άμεσα με το dweet.io.

Βήμα 3: Συμπέρασμα

Προκλήσεις κατά την ανάπτυξη

Ορισμός ασύρματου πομποδέκτη

Κατά τη διάρκεια του εννοιολογικού σχεδιασμού θεωρήθηκαν τυπικά κυκλώματα RX/TX 443 MHz (RT3/4 και RR3/4) με περιορισμένο εύρος και τα οποία απαιτούσαν ειδική επεξεργασία για την ανάκτηση δεδομένων (παράδειγμα). Για να ξεπεραστούν όλες αυτές οι προκλήσεις άλλαξε για έναν πομποδέκτη HC-12 που ενσωματώνει όλα τα κυκλώματα για rx/tx παρέχοντας τα σαφή σειριακά δεδομένα απευθείας στο Dragonboard αποφεύγοντας τη σκληρή δουλειά και τους κινδύνους της προηγούμενης επιλογής.

Dragonboard 410c Level Shifter

Παρέχεται στο Linker Sprite Mezzanine με το Level Shifter για το UART, αλλά η θύρα είναι η ίδια με αυτή που χρησιμοποιείται από το λειτουργικό σύστημα για την επικοινωνία κονσόλας (Low Speed connector Pins 11-TX and 13-RX) παρουσιάζοντας σύγκρουση κατά την εφαρμογή, οπότε ήταν απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε μια άλλη διαθέσιμη θύρα UART (Low Speed Connector Pins 5-TX and 7-RX) που δεν είναι διαθέσιμα στο Linker Sprite Mezzanine με το Level Shifter, οπότε ήταν απαραίτητο να αποκτήσετε μία. Πριν αγοράσετε ένα συγκεκριμένο τσιπ για αυτό, προσπαθήσατε να εφαρμόσετε έναν επιλογέα επιπέδου ενεργοποιημένου τρανζίστορ ο οποίος δεν λειτούργησε για χρήση UART.

βιβλιογραφικές αναφορές

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