SaferWork 4.0 - IoT industrial para segurança: 3 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Descrição do Projeto:

O SaferWork 4.0 pretende fornecer dados ambientais em tempo real das áreas industriais. A regulamentação atualmente disponível, como a OHSAS 18001 (Série de Avaliação de Segurança e Saúde Ocupacional) ou a NR-15 (Atividades insalubres) brasileira, considera inspeções periódicas para classificar as áreas e propor mitigações. Condições intermitentes não são captadas por essas inspeções periódicas e podem prejudicar os trabalhadores por falta de ações mitigadoras.

Em um conceito de dispositivos distribuídos e um gateway principal, os sensores são distribuídos em uma planta industrial para medir as condições ambientais e esses dados são apresentados em um painel disponível para Especialistas em Segurança, Médicos, Gerenciamento de Cima, Recursos Humanos e muitos outros, apoiando os principais insights levando às avaliações de riscos e ações de mitigação com o objetivo de reduzir ou prevenir lesões e acidentes.

O protótipo atual mede:

• Temperatura
• Umidade
• Gases (Qualidade do Ar, Inflamáveis, Combustíveis e Fumaça)

Ser implementado:

Barulho

Como funciona

O dispositivo envia um pacote JSON contendo dados de sensores para o gateway que irá processá-los e enviá-los para a nuvem (dweet.io) e também fornecê-los em um painel (freeboard.io).

Lista de peças - Hardware

1. Porta de entrada
   1. Qualcomm Dragonboard 410c (Debian Linux)
   2. Transceptor sem fio HC-12 (folha de dados)
   3. Level Shifter para converter Dragonboard 1.8V para 5V (folha de dados)

2. Dispositivo

   1. Arduino Uno
   2. Transceptor sem fio HC-12 (folha de dados)
   3. Sensor de temperatura e umidade DHT-11 (folha de dados)
   4. MQ-2 - Sensível a gases inflamáveis e combustíveis (metano, butano, GLP, fumaça) (folha de dados)
   5. MQ-9 - Sensível a monóxido de carbono, gases inflamáveis (folha de dados)
   6. MQ-135 - Para qualidade do ar (sensível para benzeno, álcool, fumaça) (folha de dados)

Etapa 1: Implementação do dispositivo

O dispositivo representa uma cama de sensores a ser localizada em muitas áreas em um site industrial para detecção de ambiente em tempo real.

Neste projeto foi utilizada a plataforma Arduino Uno com 3 sensores de gás (MQ-2, MQ-9 e MQ-135), 1 sensor de temperatura / umidade (DHT-11) e um transceptor RF (HC-12).

Pinagem do Arduino para sensores:

Analógico

• Pino analógico A1 para DHT11
• Pino analógico de A3 a MQ135
• Pino analógico de A4 a MQ9
• Pino analógico A5 para MQ2

Digital

• Pino D7 para HC-12 SET
• Pino TX D10 para HC-12 (configurado como RX no Arduino)
• Pino D11 para HC-12 RX (configurado como TX no Arduino)

Código Implementado

Visite: GitHub Sourcecode

Etapa 2: Implementação do Gateway

Conforme declarado pela Wikipedia:

"Um gateway de Internet das coisas (IoT) fornece os meios para preencher a lacuna entre os dispositivos no campo (chão de fábrica, casa, etc.), a nuvem, onde os dados são coletados, armazenados e manipulados por aplicativos corporativos e o equipamento do usuário"

Para implementar essa funcionalidade, estamos usando o Qualcomm Dragonboard 410c. Em conjunto com o Dragonboard, usamos um shifter de nível bidirecional, para converter a tensão operacional do Dragonboard de 1,8 V para a tensão operacional do transceptor RF HC-12 de 5 V.

O Dragonboard 410c também foi configurado com Debian / Linaro Linux.

Pinagem Dragonboard 410c como Gateway:

• Pino 5 do conector de baixa velocidade (TxD) -> Deslocador de nível -> Pino HC-12 RX
• Pino 7 do conector de baixa velocidade (RxD) <- Deslocador de nível <- Pino TX HC-12
• Pino 29 do conector de baixa velocidade (GPIO) -> Deslocador de nível -> Pino SET HC-12

O código implementado em Python para configurar o Serviço de Gateway pode ser obtido no repositório GitHub do projeto:

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

É importante mencionar que este projeto usa dweet.io para enviar as informações do dispositivo e essas informações são consumidas no serviço freeboard.io conforme ilustrado nesta etapa.

A configuração do dweet.io é muito simples e pode ser compreendida pelo código-fonte comentado. O freeboard.io é um criador de painel intuitivo que interage diretamente com o dweet.io.

Etapa 3: Conclusão

Desafios durante o desenvolvimento

Definição de transceptor sem fio

Durante o projeto conceitual foram considerados circuitos RX / TX de 443 MHz típicos (RT3 / 4 e RR3 / 4) com alcance limitado e que requeriam processamento específico para recuperação de dados (exemplo). Para superar todos esses desafios, ele foi alterado para um Transceptor HC-12 que incorpora todos os circuitos para rx / tx fornecendo os dados seriais claros diretamente para o Dragonboard evitando o trabalho pesado e os riscos da opção anterior.

Dragonboard 410c Level Shifter

Foi fornecido o Linker Sprite Mezzanine com o Level Shifter para UART, mas a porta é a mesma usada pelo sistema operacional para comunicação do console (conector de baixa velocidade pinos 11-TX e 13-RX) apresentando conflito durante a implementação, por isso foi necessário para usar outra porta UART disponível (Pinos de conector de baixa velocidade 5-TX e 7-RX) que não estão disponíveis no Mezanino Linker Sprite com o Deslocador de nível, então foi necessário obter um. Antes de comprar um chip específico para isso, tentou-se implementar um deslocador de nível ativado por transistor que não funcionava para o uso de UART.

Referências

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