SaferWork 4.0 - IoT công nghiệp cho an toàn: 3 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Mô tả dự án:

SaferWork 4.0 dự định cung cấp dữ liệu môi trường thời gian thực của các khu vực công nghiệp. Quy định hiện có sẵn như OHSAS 18001 (Chuỗi đánh giá an toàn và sức khỏe nghề nghiệp) hoặc NR-15 của Brazil (Hoạt động không lành mạnh) xem xét việc kiểm tra định kỳ để phân loại các khu vực và đề xuất các biện pháp giảm thiểu. Các điều kiện gián đoạn không được nắm bắt bởi các cuộc kiểm tra định kỳ này và có thể gây hại cho người lao động do thiếu các hành động giảm thiểu.

Trong khái niệm thiết bị phân tán và cổng chính, các cảm biến được phân phối trong nhà máy công nghiệp để đo điều kiện môi trường và những dữ liệu này được trình bày trong một bảng điều khiển dành cho Chuyên gia an toàn, Bác sĩ, Quản lý cấp cao, Nhân sự và nhiều người khác, hỗ trợ những hiểu biết quan trọng hàng đầu đánh giá rủi ro và các hành động giảm thiểu nhằm giảm hoặc ngăn ngừa thương tích và tai nạn.

Các biện pháp nguyên mẫu hiện tại:

• Nhiệt độ
• Độ ẩm
• Khí (Chất lượng không khí, Dễ cháy, Dễ cháy và Khói)

Để được thực hiện:

Tiếng ồn

Làm thế nào nó hoạt động

Thiết bị gửi một gói JSON chứa dữ liệu cảm biến tới cổng sẽ xử lý và gửi nó lên đám mây (dweet.io) và cũng cung cấp gói này trên trang tổng quan (freeboard.io).

Danh sách bộ phận - Phần cứng

1. Cổng vào

   1. Qualcomm Dragonboard 410c (Debian Linux)
   2. Bộ thu phát không dây HC-12 (Biểu dữ liệu)
   3. Level Shifter để chuyển đổi Dragonboard 1.8V sang 5V (Datasheet)

2. Thiết bị

   1. Arduino Uno
   2. Bộ thu phát không dây HC-12 (Biểu dữ liệu)
   3. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT-11 (Datasheet)
   4. MQ-2 - Nhạy cảm với các khí dễ bắt lửa và dễ bắt lửa (Metan, Butan, LPG, khói) (Datasheet)
   5. MQ-9 - Nhạy cảm với Carbon Monoxide, khí dễ cháy (Datasheet)
   6. MQ-135 - Đối với Chất lượng không khí (nhạy cảm với Benzen, Rượu, khói) (Biểu dữ liệu)

Bước 1: Triển khai thiết bị

Thiết bị đại diện cho một giường cảm biến được đặt ở nhiều khu vực trong khu công nghiệp để cảm biến môi trường thời gian thực.

Trong dự án này đã sử dụng Nền tảng Arduino Uno với 3 cảm biến khí (MQ-2, MQ-9 và MQ-135), 1 cảm biến nhiệt độ / độ ẩm (DHT-11) và một bộ thu phát RF (HC-12).

Sơ đồ chân của Arduino đến cảm biến:

Analog

• Chân tương tự A1 đến DHT11
• Chân tương tự A3 đến MQ135
• Chân tương tự A4 đến MQ9
• Chân tương tự A5 đến MQ2

Kỹ thuật số

• Chân D7 đến HC-12 SET
• D10 đến chân HC-12 TX (được định cấu hình là RX trên Arduino)
• Chân D11 đến HC-12 RX (được định cấu hình là TX trên Arduino)

Đã triển khai mã

Truy cập: Mã nguồn GitHub

Bước 2: Triển khai Gateway

Như Wikipedia đã nêu:

"Cổng kết nối Internet of Things (IoT) cung cấp phương tiện để thu hẹp khoảng cách giữa các thiết bị trong lĩnh vực này (sàn nhà xưởng, nhà, v.v.), Đám mây, nơi dữ liệu được thu thập, lưu trữ và thao tác bởi các ứng dụng doanh nghiệp và thiết bị của người dùng"

Để triển khai chức năng này, chúng tôi đang sử dụng Qualcomm Dragonboard 410c. Cùng với Dragonboard, chúng tôi sử dụng bộ chuyển mức hai chiều, để chuyển đổi điện áp hoạt động của Dragonboard là 1,8V thành Điện áp hoạt động của bộ thu phát RF HC-12 là 5V.

Dragonboard 410c cũng được định cấu hình với Debian / Linaro Linux.

Dragonboard 410c Pinout as Gateway:

• Chân kết nối tốc độ thấp 5 (TxD) -> Bộ chuyển mức -> Chân HC-12 RX
• Chân kết nối tốc độ thấp 7 (RxD) <- Bộ chuyển mức <- Pin HC-12 TX
• Chân kết nối tốc độ thấp 29 (GPIO) -> Bộ chuyển mức -> Pin HC-12 SET

Mã được triển khai bằng Python để thiết lập Dịch vụ Gateway có thể được lấy trong kho lưu trữ GitHub của dự án:

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

Điều quan trọng cần đề cập là dự án này sử dụng dweet.io để gửi thông tin thiết bị và thông tin này được sử dụng trên dịch vụ freeboard.io như được minh họa trong bước này.

Việc thiết lập dweet.io rất đơn giản và có thể hiểu được bằng mã nguồn được chú thích. Freeboard.io là một trình tạo trang tổng quan trực quan tương tác trực tiếp với dweet.io.

Bước 3: Kết luận

Những thách thức trong quá trình phát triển

Định nghĩa bộ thu phát không dây

Trong quá trình thiết kế khái niệm, nó được coi là mạch RX / TX 443 MHz điển hình (RT3 / 4 và RR3 / 4) với phạm vi hạn chế và yêu cầu xử lý cụ thể để truy xuất dữ liệu (ví dụ). Để vượt qua tất cả những thách thức này, nó đã được thay đổi cho Bộ thu phát HC-12 nhúng tất cả các mạch cho rx / tx cung cấp dữ liệu nối tiếp rõ ràng trực tiếp tới Dragonboard để tránh làm việc khó khăn và rủi ro của tùy chọn trước.

Bộ chuyển đổi cấp độ Dragonboard 410c

Nó đã được cung cấp Linker Sprite Mezzanine với Level Shifter cho UART nhưng Cổng giống với cổng được OS sử dụng cho giao tiếp bảng điều khiển (Chân kết nối tốc độ thấp 11-TX và 13-RX) gây xung đột trong quá trình triển khai, do đó, nó là bắt buộc để sử dụng một cổng UART có sẵn khác (Chân kết nối tốc độ thấp 5-TX và 7-RX) không khả dụng trên Linker Sprite Mezzanine với Level Shifter, vì vậy cần phải có một cổng. Trước khi mua một con chip cụ thể cho nó, nó đã được cố gắng triển khai một bộ chuyển đổi mức kích hoạt bóng bán dẫn không hoạt động đối với việc sử dụng UART.

Người giới thiệu

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