SaferWork 4.0: IoT industrial per a la seguretat: 3 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Descripció del Projecte:

SaferWork 4.0 té la intenció de proporcionar dades ambientals en temps real de zones industrials. La normativa disponible actualment com OHSAS 18001 (Sèrie d’avaluació de la seguretat i la salut laboral) o la NR-15 brasilera (Activitats poc saludables) considera inspeccions periòdiques per classificar les àrees i proposar mitigacions. Aquestes inspeccions periòdiques no capturen les condicions intermitents i poden perjudicar els treballadors per falta d’accions de mitigació.

En un concepte de dispositius distribuïts i una porta d’entrada principal, els sensors es distribueixen en una planta industrial per mesurar les condicions ambientals i aquestes dades es presenten en un tauler de control disponible per a especialistes en seguretat, metges, gestió de recursos humans, recursos humans i molts altres, que donen suport als coneixements principals a avaluacions de riscos i accions de mitigació destinades a reduir o prevenir lesions i accidents.

El prototip actual mesura:

• Temperatura
• Humitat
• Gasos (qualitat de l'aire, inflamable, combustible i fum)

Per implementar:

Soroll

Com funciona

El dispositiu envia un paquet JSON que conté dades de sensors a la passarel·la que el processarà i l'enviarà al núvol (dweet.io) i també el proporcionarà en un tauler (freeboard.io).

Llista de peces: maquinari

1. Porta d’entrada
   1. Qualcomm Dragonboard 410c (Debian Linux)
   2. Transceptor sense fils HC-12 (full de dades)
   3. Level Shifter per convertir Dragonboard 1,8V a 5V (full de dades)

2. Dispositiu

   1. Arduino Uno
   2. Transceptor sense fils HC-12 (full de dades)
   3. Sensor de temperatura i humitat DHT-11 (fitxa tècnica)
   4. MQ-2 - Sensible per a gasos inflamables i combustibles (metà, butà, GLP, fum) (fitxa tècnica)
   5. MQ-9 - Sensible per a gasos inflamables amb monòxid de carboni (fitxa tècnica)
   6. MQ-135 - Per a la qualitat de l'aire (sensible al benzè, l'alcohol, el fum) (fitxa tècnica)

Pas 1: implementació del dispositiu

El dispositiu representa un llit de sensors que es pot ubicar a moltes zones d’un lloc industrial per detectar l’entorn en temps real.

En aquest projecte es va utilitzar la plataforma Arduino Uno amb 3 sensors de gas (MQ-2, MQ-9 i MQ-135), 1 sensor de temperatura / humitat (DHT-11) i un transceptor de RF (HC-12).

El pinout Arduino a Sensors:

Analògic

• Pin analògic A1 a DHT11
• PIN analògic A3 a MQ135
• Pin analògic A4 a MQ9
• Pin analògic A5 a MQ2

Digital

• Pin de D7 a HC-12 SET
• Pin de D10 a HC-12 TX (configurat com a RX a Arduino)
• Pin DX a HC-12 RX (configurat com a TX a Arduino)

Codi implementat

Visita: GitHub Sourcecode

Pas 2: Implementació de la passarel·la

Com afirma Wikipedia:

"Una passarel·la Internet de les coses (IoT) proporciona els mitjans per salvar la bretxa entre els dispositius del camp (planta de fàbrica, casa, etc.), el núvol, on les dades són recollides, emmagatzemades i manipulades per les aplicacions empresarials i l'equipament de l'usuari"

Per implementar aquesta funcionalitat, estem utilitzant el Qualcomm Dragonboard 410c. Juntament amb el Dragonboard, fem servir un canvi de nivell bidireccional per convertir la tensió operativa de Dragonboard d’1,8 V a un voltatge operatiu de transceptor RF HC-12 de 5 V.

El Dragonboard 410c també es va configurar amb Debian / Linaro Linux.

Dragonboard 410c Pinout com a passarel·la:

• Pin de connector de baixa velocitat 5 (TxD) -> canvi de nivell -> pin HC-12 RX
• Pin de connector de velocitat baixa 7 (RxD) <- Shiftter de nivell <- Pin TX HC-12
• Pin de connexió de velocitat baixa 29 (GPIO) -> canvi de nivell -> pin SET HC-12

El codi implementat a Python per configurar el servei de passarel·la es pot obtenir al repositori GitHub del projecte:

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

És important esmentar que aquest projecte utilitza dweet.io per enviar la informació del dispositiu i aquesta informació es consumeix al servei freeboard.io tal com es mostra en aquest pas.

La configuració dweet.io és molt senzilla i es pot entendre pel codi font comentat. El freeboard.io és un creador de taulers de comandaments intuïtiu que interactua directament amb dweet.io.

Pas 3: Conclusió

Reptes durant el desenvolupament

Definició de transceptor sense fils

Durant el disseny conceptual es considerava circuits típics RX / TX de 443 MHz (RT3 / 4 i RR3 / 4) amb un abast limitat i que requerien processament específic per a la recuperació de dades (exemple). Per superar tots aquests reptes, es va canviar per un transceptor HC-12 que incorpora tots els circuits per a rx / tx proporcionant les dades de sèrie clares directament a Dragonboard evitant el treball dur i els riscos de l'opció anterior.

Canviador de nivell Dragonboard 410c

Es va proporcionar el Linker Sprite Mezzanine amb el Level Shifter per a UART, però el port és el mateix que el sistema operatiu que utilitza el sistema operatiu per a la comunicació de la consola (pins de connexió de baixa velocitat 11-TX i 13-RX) que presenten conflictes durant la implementació, per la qual cosa era necessari per utilitzar un altre port UART disponible (pins de connexió de baixa velocitat 5-TX i 7-RX) que no estan disponibles a Linker Sprite Mezzanine amb el Level Shifter, per la qual cosa calia obtenir-ne un. Abans de comprar un xip específic per a això, es va intentar implementar un canvi de nivell activat amb transistor que no funcionava per a l'ús de UART.

Referències

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