SaferWork 4.0 - Промышленный Интернет вещей для безопасности: 3 шага

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

Описание Проекта:

SaferWork 4.0 предназначен для предоставления экологических данных промышленных зон в режиме реального времени. Доступные в настоящее время правила, такие как OHSAS 18001 (серия оценок профессионального здоровья и безопасности) или бразильский NR-15 (нездоровая деятельность), рассматривают периодические проверки для классификации территорий и предложения мер по смягчению последствий. Неустойчивые условия не фиксируются этими периодическими проверками и могут нанести вред рабочим из-за отсутствия мер по их смягчению.

В концепции распределенных устройств и главного шлюза датчики распределяются на промышленном предприятии для измерения условий окружающей среды, и эти данные представляются на приборной панели, доступной специалистам по безопасности, врачам, руководству, персоналу и многим другим, поддерживая ключевые идеи, ведущие для оценки рисков и действий по их снижению, направленных на снижение или предотвращение травм и несчастных случаев.

Текущий прототип измеряет:

• Температура
• Влажность
• Газы (качество воздуха, легковоспламеняющиеся, горючие и дымовые)

Будет реализовано:

Шум

Как это работает

Устройство отправляет пакет JSON, содержащий данные датчиков, на шлюз, который обрабатывает и отправляет их в облако (dweet.io), а также предоставляет их на панели управления (freeboard.io).

Список деталей - оборудование

1. Шлюз

   1. Qualcomm Dragonboard 410c (Debian Linux)
   2. Беспроводной трансивер HC-12 (техническое описание)
   3. Level Shifter для преобразования Dragonboard 1,8 В в 5 В (техническое описание)

2. Устройство

   1. Ардуино Уно
   2. Беспроводной трансивер HC-12 (техническое описание)
   3. Датчик температуры и влажности DHT-11 (техническое описание)
   4. MQ-2 - Чувствительность к легковоспламеняющимся и горючим газам (метан, бутан, сжиженный нефтяной газ, дым) (техническое описание)
   5. MQ-9 - Чувствительность к угарному газу, горючим газам (техническое описание)
   6. MQ-135 - для определения качества воздуха (чувствителен к бензолу, алкоголю, дыму) (техническое описание)

Шаг 1. Внедрение устройства

Устройство представляет собой платформу датчиков, которая может быть размещена во многих областях на промышленной площадке для измерения окружающей среды в реальном времени.

В этом проекте использовалась платформа Arduino Uno с 3 датчиками газа (MQ-2, MQ-9 и MQ-135), 1 датчиком температуры / влажности (DHT-11) и радиочастотным трансивером (HC-12).

Распиновка Arduino для датчиков:

Аналоговый

• Аналоговый вывод A1 - DHT11
• Аналоговый вывод A3 - MQ135
• Аналоговый вывод A4 - MQ9
• Аналоговый вывод A5 - MQ2

Цифровой

• Вывод D7 на HC-12 SET
• D10 - вывод TX HC-12 (настроен как RX на Arduino)
• D11 - вывод RX HC-12 (сконфигурирован как TX на Arduino)

Код реализован

Посетите: Исходный код GitHub

Шаг 2: Внедрение шлюза

Как утверждает Википедия:

"Шлюз Интернета вещей (IoT) предоставляет средства для преодоления разрыва между устройствами в полевых условиях (заводские, домашние и т. Д.), Облаком, где данные собираются, хранятся и обрабатываются корпоративными приложениями, и пользовательским оборудованием."

Для реализации этой функциональности мы используем Qualcomm Dragonboard 410c. В сочетании с Dragonboard мы используем двунаправленный переключатель уровня для преобразования рабочего напряжения Dragonboard 1,8 В в рабочее напряжение приемопередатчика HC-12 5 В.

Dragonboard 410c также был настроен с Debian / Linaro Linux.

Распиновка Dragonboard 410c в качестве шлюза:

• Контакт 5 разъема низкой скорости (TxD) -> Переключатель уровня -> Контакт HC-12 RX
• Контакт 7 низкоскоростного разъема (RxD) <- Переключатель уровня <- Контакт HC-12 TX
• Контакт 29 низкоскоростного разъема (GPIO) -> Переключатель уровня -> Контакт HC-12 SET

Код, реализованный на Python для настройки службы шлюза, можно получить в репозитории проекта GitHub:

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

Важно отметить, что этот проект использует dweet.io для отправки информации об устройстве, и эта информация используется службой freeboard.io, как показано на этом шаге.

Настройка dweet.io очень проста и понятна по комментариям исходного кода. Freeboard.io - это интуитивно понятный инструмент для создания информационных панелей, который напрямую взаимодействует с dweet.io.

Шаг 3: Заключение

Проблемы во время разработки

Определение беспроводного трансивера

При концептуальном проектировании были рассмотрены типовые схемы RX / TX 443 МГц (RT3 / 4 и RR3 / 4) с ограниченным диапазоном и требующие специальной обработки для извлечения данных (пример). Чтобы преодолеть все эти проблемы, он был заменен на приемопередатчик HC-12, который включает в себя все схемы для rx / tx, обеспечивая четкие последовательные данные непосредственно в Dragonboard, избегая тяжелой работы и рисков, связанных с предыдущим вариантом.

Dragonboard 410c Уровнемер

Был предоставлен мезонин Linker Sprite с переключателем уровня для UART, но порт такой же, как тот, который используется ОС для связи с консолью (низкоскоростные контакты 11-TX и 13-RX), что вызывает конфликт во время реализации, поэтому он был необходим использовать другой доступный порт UART (контакты низкоскоростного разъема 5-TX и 7-RX), который недоступен на Linker Sprite Mezzanine с регулятором уровня, поэтому потребовалось его получить. Перед покупкой конкретного чипа для этого пытались реализовать транзисторный переключатель уровня, который не работал при использовании UART.

использованная литература

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