SaferWork 4.0 - Индустриален IoT за безопасност: 3 стъпки

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2025-01-23 14:36

Описание на проекта:

SaferWork 4.0 възнамерява да предоставя в реално време екологични данни за индустриалните зони. Наличните понастоящем разпоредби като OHSAS 18001 (Серия за оценка на здравето и безопасността при работа) или бразилски NR-15 (Нездравословни дейности) разглеждат периодичните инспекции, за да класифицират районите и да предложат смекчаване. Прекъсващите условия не се улавят от тези периодични проверки и могат да навредят на работниците поради липса на действия за смекчаване.

В концепцията за разпределени устройства и главен портал, сензорите се разпространяват в промишлено предприятие за измерване на условията на околната среда и тези данни се представят в таблото за управление, достъпно за специалисти по безопасност, лекари, ръководство нагоре, човешки ресурси и много други, подкрепящи ключови прозрения, водещи за оценка на риска и действия за смекчаване, насочени към намаляване или предотвратяване на наранявания и злополуки.

Настоящите прототипни мерки:

• Температура
• Влажност
• Газове (качество на въздуха, запалими, горими и дим)

Предстои да се приложи:

Шум

Как работи

Устройството изпраща JSON пакет, съдържащ сензорни данни, към шлюза, който ще ги обработва и изпраща в облака (dweet.io), а също така го предоставя на таблото за управление (freeboard.io).

Списък на частите - Хардуер

1. Gateway

   1. Qualcomm Dragonboard 410c (Debian Linux)
   2. Безжичен трансивер HC-12 (лист с данни)
   3. Level Shifter за преобразуване на Dragonboard 1.8V в 5V (лист с данни)

2. Устройство

   1. Arduino Uno
   2. Безжичен трансивер HC-12 (лист с данни)
   3. DHT-11 сензор за температура и влажност (лист с данни)
   4. MQ -2 - Чувствителен към запалими и горими газове (метан, бутан, пропан -бутан, дим) (Информационен лист)
   5. MQ -9 - Чувствителен към въглероден оксид, запалими газове (Информационен лист)
   6. MQ -135 - За качество на въздуха (чувствителен към бензол, алкохол, дим) (Информационен лист)

Стъпка 1: Внедряване на устройството

Устройството представлява сензорно легло, което да бъде разположено в много зони в индустриален обект за наблюдение на околната среда в реално време.

В този проект беше използвана платформата Arduino Uno с 3 газови сензора (MQ-2, MQ-9 и MQ-135), 1 сензор за температура/влажност (DHT-11) и RF трансивер (HC-12).

Pinout на Arduino към сензорите:

Аналогов

• A1 към DHT11 аналогов щифт
• A3 към MQ135 аналогов щифт
• A4 към MQ9 аналогов щифт
• A5 към MQ2 аналогов щифт

Дигитален

• D7 към HC-12 SET щифт
• D10 към HC-12 TX щифт (конфигуриран като RX на Arduino)
• D11 към HC-12 RX пин (конфигуриран като TX на Arduino)

Кодът е изпълнен

Посетете: Изходния код на GitHub

Стъпка 2: Изпълнение на шлюза

Както е посочено от Уикипедия:

„Шлюзът на Интернет на нещата (IoT) предоставя средства за преодоляване на разликата между устройствата в полето (фабричен етаж, дом и т.н.), Облака, където данните се събират, съхраняват и манипулират от корпоративни приложения, и потребителското оборудване"

За да приложим тази функционалност, използваме Qualcomm Dragonboard 410c. Във връзка с Dragonboard ние използваме двупосочен превключвател на нива, за да преобразуваме работното напрежение на Dragonboard 1.8V в работно напрежение на RF-трансивър HC-12 от 5V.

Dragonboard 410c също е конфигуриран с Debian/Linaro Linux.

Dragonboard 410c Pinout като Gateway:

• Нискоскоростен съединителен щифт 5 (TxD) -> Ниво превключвател -> HC -12 RX Pin
• Нискоскоростен съединителен щифт 7 (RxD) <- Ниво превключвател <- HC-12 TX щифт
• Нискоскоростен съединителен щифт 29 (GPIO) -> Ниво превключвател -> HC -12 SET ПИН

Кодът, внедрен в Python за настройка на Gateway Service, може да бъде получен в хранилището на проекта GitHub:

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

Важно е да се спомене, че този проект използва dweet.io за изпращане на информация за устройството и тази информация се консумира в услугата freeboard.io, както е илюстрирано в тази стъпка.

Настройката на dweet.io е много проста и може да бъде разбрана от коментирания изходен код. Freeboard.io е интуитивен създател на таблото, което взаимодейства директно с dweet.io.

Стъпка 3: Заключение

Предизвикателства по време на развитието

Определение за безжичен трансивър

По време на идейния проект се считаха за типични 443 MHz RX/TX вериги (RT3/4 и RR3/4) с ограничен обхват и които изискват специфична обработка за извличане на данни (пример). За да се преодолеят всички тези предизвикателства, той беше променен за трансивер HC-12, който вгражда всички схеми за rx/tx, предоставяйки ясни серийни данни директно на Dragonboard, избягвайки упоритата работа и рисковете от предишната опция.

Dragonboard 410c Level Shifter

Той беше предоставен на Linker Sprite Mezzanine с Level Shifter за UART, но портът е същият като този, използван от ОС за конзолна комуникация (нискоскоростен конектор, изводи 11-TX и 13-RX), представящ конфликт по време на внедряването, така че беше необходимо да използвате друг наличен UART порт (нискоскоростни конектори 5-TX и 7-RX), които не са налични на Linker Sprite мецанин с Level Shifter, така че беше необходимо да се получи такъв. Преди да закупите конкретен чип за това, се опита да внедри транзисторно активиран превключвател на нива, който не работи за използване на UART.

Препратки

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