SaferWork 4.0: IoT industrial para la seguridad: 3 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Descripción del Proyecto:

SaferWork 4.0 tiene la intención de proporcionar datos ambientales en tiempo real de áreas industriales. La normativa actualmente disponible como la OHSAS 18001 (Serie de Evaluación de Seguridad y Salud Ocupacional) o la NR-15 brasileña (Actividades insalubres) considera inspecciones periódicas para clasificar las áreas y proponer mitigaciones. Las condiciones intermitentes no son captadas por estas inspecciones periódicas y pueden dañar a los trabajadores debido a la falta de acciones de mitigación.

En un concepto de dispositivos distribuidos y una puerta de enlace principal, los sensores se distribuyen en una planta industrial para medir las condiciones ambientales y estos datos se presentan en un panel de control disponible para los especialistas en seguridad, los médicos, la gestión, los recursos humanos y muchos otros, lo que respalda los conocimientos clave que llevan a a evaluaciones de riesgos y acciones de mitigación con el objetivo de reducir o prevenir lesiones y accidentes.

El prototipo actual mide:

• Temperatura
• Humedad
• Gases (calidad del aire, inflamables, combustibles y humo)

A ser implementado:

Ruido

Cómo funciona

El dispositivo envía un paquete JSON que contiene datos de sensores a la puerta de enlace que lo procesará y enviará a la nube (dweet.io) y también lo proporcionará en un tablero (freeboard.io).

Lista de piezas: hardware

1. Puerta
   1. Qualcomm Dragonboard 410c (Debian Linux)
   2. Transceptor inalámbrico HC-12 (hoja de datos)
   3. Cambiador de nivel para convertir Dragonboard 1.8V a 5V (Hoja de datos)

2. Dispositivo

   1. Arduino Uno
   2. Transceptor inalámbrico HC-12 (hoja de datos)
   3. Sensor de temperatura y humedad DHT-11 (hoja de datos)
   4. MQ-2 - Sensible a gases inflamables y combustibles (metano, butano, GLP, humo) (hoja de datos)
   5. MQ-9 - Sensible al monóxido de carbono, gases inflamables (Hoja de datos)
   6. MQ-135 - Para la calidad del aire (sensible al benceno, alcohol, humo) (Hoja de datos)

Paso 1: implementación del dispositivo

El dispositivo representa un lecho de sensores que se ubicará en muchas áreas de un sitio industrial para la detección del entorno en tiempo real.

En este proyecto se utilizó la Plataforma Arduino Uno con 3 sensores de gas (MQ-2, MQ-9 y MQ-135), 1 sensor de temperatura / humedad (DHT-11) y un transceptor de RF (HC-12).

El pinout de Arduino a los sensores:

Cosa análoga

• Pin analógico A1 a DHT11
• Pin analógico A3 a MQ135
• Pin analógico A4 a MQ9
• Pin analógico A5 a MQ2

Digital

• Pin D7 a HC-12 SET
• Pin D10 a HC-12 TX (configurado como RX en Arduino)
• Pin D11 a HC-12 RX (configurado como TX en Arduino)

Código implementado

Visita: Código fuente de GitHub

Paso 2: implementación de la puerta de enlace

Según lo declarado por Wikipedia:

"Una puerta de enlace de Internet de las cosas (IoT) proporciona los medios para cerrar la brecha entre los dispositivos en el campo (fábrica, hogar, etc.), la nube, donde los datos se recopilan, almacenan y manipulan mediante aplicaciones empresariales, y el equipo del usuario."

Para implementar esta funcionalidad estamos utilizando Qualcomm Dragonboard 410c. Junto con el Dragonboard, utilizamos un cambiador de nivel bidireccional para convertir el voltaje operativo del Dragonboard de 1,8 V en un voltaje operativo del transceptor RF HC-12 de 5 V.

El Dragonboard 410c también se configuró con Debian / Linaro Linux.

Pinout de Dragonboard 410c como puerta de enlace:

• Pin 5 del conector de baja velocidad (TxD) -> Cambiador de nivel -> Pin HC-12 RX
• Pin 7 del conector de baja velocidad (RxD) <- Cambiador de nivel <- Pin HC-12 TX
• Pin 29 del conector de baja velocidad (GPIO) -> Cambiador de nivel -> Pin SET HC-12

El código implementado en Python para configurar el servicio de puerta de enlace se puede obtener en el repositorio de GitHub del proyecto:

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

Es importante mencionar que este proyecto usa dweet.io para enviar la información del dispositivo y esta información se consume en el servicio freeboard.io como se ilustra en este paso.

La configuración de dweet.io es muy simple y se puede entender mediante el código fuente comentado. Freeboard.io es un creador de paneles intuitivo que interactúa directamente con dweet.io.

Paso 3: Conclusión

Desafíos durante el desarrollo

Definición de transceptor inalámbrico

Durante el diseño conceptual se consideraron circuitos RX / TX típicos de 443 MHz (RT3 / 4 y RR3 / 4) con rango limitado y que requerían un procesamiento específico para la recuperación de datos (ejemplo). Para superar todos estos desafíos, se cambió por un transceptor HC-12 que integra todos los circuitos para rx / tx proporcionando los datos seriales claros directamente a Dragonboard evitando el trabajo duro y los riesgos de la opción anterior.

Cambiador de nivel Dragonboard 410c

Se le proporcionó el Linker Sprite Mezzanine con el Level Shifter para UART pero el puerto es el mismo que el que usa el sistema operativo para la comunicación de la consola (conector de baja velocidad Pines 11-TX y 13-RX) presentando conflicto durante la implementación, por lo que fue requerido para usar otro puerto UART disponible (pines de conector de baja velocidad 5-TX y 7-RX) que no están disponibles en Linker Sprite Mezzanine con el cambiador de nivel, por lo que era necesario obtener uno. Antes de comprar un chip específico para eso, se intentó implementar un cambiador de nivel activado por transistor que no funcionaba para el uso de UART.

Referencias

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