SaferWork 4.0 - IoT industriale per la sicurezza: 3 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Descrizione del progetto:

SaferWork 4.0 intende fornire dati ambientali in tempo reale delle aree industriali. La normativa attualmente disponibile come OHSAS 18001 (Occupational Health and Safety Assessment Series) o brasiliana NR-15 (Attività non salutari) prevede ispezioni periodiche per classificare le aree e proporre mitigazioni. Le condizioni intermittenti non vengono catturate da queste ispezioni periodiche e possono danneggiare i lavoratori a causa della mancanza di azioni di mitigazione.

In un concetto di dispositivi distribuiti e un gateway principale, i sensori sono distribuiti in un impianto industriale per misurare le condizioni ambientali e questi dati sono presentati in una dashboard a disposizione di Specialisti della sicurezza, Medici, Up Management, Risorse umane e molti altri, supportando intuizioni chiave che portano alle valutazioni dei rischi e alle azioni di mitigazione volte a ridurre o prevenire infortuni e incidenti.

L'attuale prototipo misura:

• Temperatura
• Umidità
• Gas (qualità dell'aria, infiammabili, combustibili e fumo)

Da implementare:

Rumore

Come funziona

Il dispositivo invia un pacchetto JSON contenente i dati dei sensori al gateway che lo elaborerà e lo invierà al cloud (dweet.io) e lo fornirà anche su una dashboard (freeboard.io).

Elenco delle parti - Hardware

1. Gateway

   1. Qualcomm Dragonboard 410c (Debian Linux)
   2. Ricetrasmettitore wireless HC-12 (scheda tecnica)
   3. Level Shifter per convertire Dragonboard 1.8V a 5V (scheda tecnica)

2. Dispositivo

   1. Arduino Uno
   2. Ricetrasmettitore wireless HC-12 (scheda tecnica)
   3. Sensore di temperatura e umidità DHT-11 (scheda tecnica)
   4. MQ-2 - Sensibile per gas infiammabili e combustibili (Metano, Butano, GPL, fumi) (Scheda tecnica)
   5. MQ-9 - Sensibile al Monossido di Carbonio, gas infiammabili (Scheda tecnica)
   6. MQ-135 - Per la qualità dell'aria (sensibile a benzene, alcol, fumo) (Scheda tecnica)

Passaggio 1: implementazione del dispositivo

Il dispositivo rappresenta un letto di sensori da posizionare in molte aree di un sito industriale per il rilevamento ambientale in tempo reale.

In questo progetto è stata utilizzata la piattaforma Arduino Uno con 3 sensori di gas (MQ-2, MQ-9 e MQ-135), 1 sensore di temperatura/umidità (DHT-11) e un ricetrasmettitore RF (HC-12).

Il pinout da Arduino a Sensori:

Analogico

• Pin analogico da A1 a DHT11
• Pin analogico da A3 a MQ135
• Pin analogico da A4 a MQ9
• Pin analogico da A5 a MQ2

Digitale

• Pin SET da D7 a HC-12
• Pin TX da D10 a HC-12 (configurato come RX su Arduino)
• Pin RX da D11 a HC-12 (configurato come TX su Arduino)

Codice implementato

Visita: codice sorgente GitHub

Passaggio 2: implementazione del gateway

Come affermato da Wikipedia:

"Un gateway Internet of Things (IoT) fornisce i mezzi per colmare il divario tra i dispositivi sul campo (fabbrica, casa, ecc.), il cloud, dove i dati vengono raccolti, archiviati e manipolati dalle applicazioni aziendali, e le apparecchiature dell'utente"

Per implementare questa funzionalità stiamo utilizzando Qualcomm Dragonboard 410c. Insieme alla Dragonboard, utilizziamo un traslatore di livello bidirezionale, per convertire la tensione operativa della Dragonboard di 1,8 V alla tensione operativa del ricetrasmettitore RF HC-12 di 5 V.

Anche la Dragonboard 410c è stata configurata con Debian/Linaro Linux.

Piedinatura Dragonboard 410c come gateway:

• Connettore a bassa velocità Pin 5 (TxD) -> Level Shifter -> HC-12 RX Pin
• Connettore a bassa velocità Pin 7 (RxD) <- Level Shifter <- HC-12 TX Pin
• Pin 29 del connettore a bassa velocità (GPIO) -> Level Shifter -> Pin SET HC-12

Il codice implementato in Python per configurare il servizio Gateway può essere ottenuto nel repository GitHub del progetto:

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

È importante ricordare che questo progetto utilizza dweet.io per inviare le informazioni sul dispositivo e queste informazioni vengono consumate sul servizio freeboard.io come illustrato in questo passaggio.

La configurazione di dweet.io è molto semplice e può essere compresa dal codice sorgente commentato. Il freeboard.io è un creatore di dashboard intuitivo che interagisce direttamente con dweet.io.

Passaggio 3: conclusione

Sfide durante lo sviluppo

Definizione del ricetrasmettitore wireless

Durante la progettazione concettuale sono stati considerati tipici circuiti RX/TX a 443 MHz (RT3/4 e RR3/4) con portata limitata e che richiedevano elaborazioni specifiche per il recupero dei dati (esempio). Per superare tutte queste sfide è stato sostituito con un ricetrasmettitore HC-12 che incorpora tutti i circuiti per rx/tx fornendo i dati seriali chiari direttamente a Dragonboard evitando il duro lavoro e i rischi dell'opzione precedente.

Traslatore di livello Dragonboard 410c

E' stato fornito il Linker Sprite Mezzanine con il Level Shifter per UART ma la Porta è la stessa utilizzata dal SO per la comunicazione da console (Connettore Low Speed Pin 11-TX e 13-RX) presentando conflitti durante l'implementazione, quindi è stato richiesto utilizzare un'altra porta UART disponibile (pin 5-TX e 7-RX del connettore a bassa velocità) che non sono disponibili su Linker Sprite Mezzanine con il Level Shifter, quindi era necessario ottenerne una. Prima di acquistare un chip specifico per questo, è stato provato a implementare un traslatore di livello attivato da transistor che non funzionava per l'utilizzo UART.

Riferimenti

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