SaferWork 4.0 - Industrielles IoT für Sicherheit - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:18

Projektbeschreibung:

SaferWork 4.0 soll Echtzeit-Umweltdaten von Industriegebieten bereitstellen. Derzeit verfügbare Vorschriften wie OHSAS 18001 (Occupational Health and Safety Assessment Series) oder brasilianische NR-15 (Ungesunde Aktivitäten) ziehen regelmäßige Inspektionen in Betracht, um die Bereiche zu klassifizieren und Abhilfemaßnahmen vorzuschlagen. Intermittierende Bedingungen werden von diesen regelmäßigen Inspektionen nicht erfasst und können den Arbeitern schaden, da keine Abhilfemaßnahmen ergriffen werden.

In einem Konzept verteilter Geräte und eines Haupt-Gateways werden Sensoren in einer Industrieanlage verteilt, um die Umgebungsbedingungen zu messen, und diese Daten werden in einem Dashboard präsentiert, das Sicherheitsspezialisten, Ärzten, Up Management, Human Resources und vielen anderen zur Verfügung steht und wichtige Erkenntnisse liefert zu Risikobewertungen und Minderungsmaßnahmen, die darauf abzielen, Verletzungen und Unfälle zu reduzieren oder zu verhindern.

Der aktuelle Prototyp misst:

• Temperatur
• Feuchtigkeit
• Gase (Luftqualität, brennbar, brennbar und Rauch)

Implementiert sein:

Lärm

Wie es funktioniert

Das Gerät sendet ein JSON-Paket mit Sensordaten an das Gateway, das es verarbeitet und an die Cloud (dweet.io) sendet und es auch auf einem Dashboard (freeboard.io) bereitstellt.

Teileliste - Hardware

1. Tor

   1. Qualcomm Dragonboard 410c (Debian-Linux)
   2. HC-12 Drahtloser Transceiver (Datenblatt)
   3. Level Shifter zum Konvertieren von Dragonboard 1,8V in 5V (Datenblatt)

2. Gerät

   1. Arduino Uno
   2. HC-12 Drahtloser Transceiver (Datenblatt)
   3. DHT-11 Temperatur- und Feuchtigkeitssensor (Datenblatt)
   4. MQ-2 - Empfindlich für brennbare und brennbare Gase (Methan, Butan, LPG, Rauch) (Datenblatt)
   5. MQ-9 - Empfindlich für Kohlenmonoxid, brennbare Gase (Datenblatt)
   6. MQ-135 - Für Luftqualität (empfindlich für Benzol, Alkohol, Rauch) (Datenblatt)

Schritt 1: Geräteimplementierung

Das Gerät stellt ein Sensorbett dar, das in vielen Bereichen eines Industriestandorts zur Echtzeit-Umgebungserfassung platziert werden kann.

In diesem Projekt wurde die Arduino Uno Plattform mit 3 Gassensoren (MQ-2, MQ-9 und MQ-135), 1 Temperatur-/Feuchtigkeitssensor (DHT-11) und einem HF-Transceiver (HC-12) verwendet.

Die Pinbelegung von Arduino zu Sensoren:

Analog

• A1 bis DHT11 analoger Pin
• A3 bis MQ135 analoger Pin
• Analoger Pin A4 bis MQ9
• A5 zu MQ2 analoger Pin

Digital

• D7 bis HC-12 SET-Pin
• D10 bis HC-12 TX-Pin (konfiguriert als RX auf Arduino)
• D11 bis HC-12 RX-Pin (konfiguriert als TX auf Arduino)

Code implementiert

Besuchen Sie: GitHub-Quellcode

Schritt 2: Gateway-Implementierung

Wie von Wikipedia angegeben:

„Ein Internet der Dinge (IoT)-Gateway bietet die Möglichkeit, die Lücke zwischen Geräten im Feld (Fabrik, Zuhause usw.), der Cloud, in der Daten von Unternehmensanwendungen gesammelt, gespeichert und manipuliert werden, und den Benutzergeräten zu überbrücken"

Um diese Funktionalität zu implementieren, verwenden wir das Qualcomm Dragonboard 410c. In Verbindung mit dem Dragonboard verwenden wir einen bidirektionalen Pegelumsetzer, um die Dragonboard-Betriebsspannung von 1,8 V in eine HC-12-HF-Transceiver-Betriebsspannung von 5 V umzuwandeln.

Das Dragonboard 410c wurde ebenfalls mit Debian/Linaro Linux konfiguriert.

Dragonboard 410c Pinbelegung als Gateway:

• Low-Speed-Anschluss Pin 5 (TxD) -> Level Shifter -> HC-12 RX Pin
• Low-Speed-Anschluss Pin 7 (RxD) <- Level Shifter <- HC-12 TX Pin
• Low Speed Connector Pin 29 (GPIO) -> Level Shifter -> HC-12 SET Pin

Der in Python implementierte Code zum Einrichten des Gateway-Dienstes kann im GitHub-Repository des Projekts abgerufen werden:

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

Es ist wichtig zu erwähnen, dass dieses Projekt dweet.io verwendet, um die Geräteinformationen zu senden, und diese Informationen werden vom freeboard.io-Dienst verwendet, wie in diesem Schritt dargestellt.

Die Einrichtung von dweet.io ist sehr einfach und lässt sich anhand des kommentierten Quellcodes nachvollziehen. Das freeboard.io ist ein intuitiver Dashboard-Ersteller, der direkt mit dweet.io interagiert.

Schritt 3: Fazit

Herausforderungen während der Entwicklung

Definition des drahtlosen Transceivers

Während des Konzeptentwurfs wurde er als typische 443 MHz RX/TX-Schaltungen (RT3/4 und RR3/4) mit begrenzter Reichweite betrachtet, die eine spezielle Verarbeitung für den Datenabruf erforderten (Beispiel). Um all diese Herausforderungen zu meistern, wurde es gegen einen HC-12 Transceiver ausgetauscht, der alle Schaltkreise für rx/tx einbettet und die klaren seriellen Daten direkt an Dragonboard liefert, wodurch die harte Arbeit und die Risiken der vorherigen Option vermieden werden.

Dragonboard 410c Level-Shifter

Es wurde das Linker Sprite Mezzanine mit dem Level Shifter für UART bereitgestellt, aber der Port ist der gleiche wie der, der vom Betriebssystem für die Konsolenkommunikation verwendet wird (Low Speed Connector Pins 11-TX und 13-RX), was während der Implementierung Konflikte darstellt, daher war es erforderlich einen anderen verfügbaren UART-Port (Low Speed Connector Pins 5-TX und 7-RX) zu verwenden, der auf Linker Sprite Mezzanine mit dem Level Shifter nicht verfügbar ist, daher war es erforderlich, einen zu erhalten. Vor dem Kauf eines speziellen Chips wurde versucht, einen Transistor-aktivierten Pegelumsetzer zu implementieren, der für die UART-Nutzung nicht funktioniert.

Verweise

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