SaferWork 4.0 - IoT industriel pour la sécurité : 3 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Description du projet:

SaferWork 4.0 vise à fournir des données environnementales en temps réel des zones industrielles. La réglementation actuellement disponible, telle que OHSAS 18001 (Série d'évaluation de la santé et de la sécurité au travail) ou la NR-15 brésilienne (Activités malsaines) envisage des inspections périodiques pour classer les zones et proposer des mesures d'atténuation. Les conditions intermittentes ne sont pas prises en compte par ces inspections périodiques et peuvent nuire aux travailleurs en raison du manque de mesures d'atténuation.

Dans un concept d'appareils distribués et d'une passerelle principale, des capteurs sont distribués dans une usine industrielle pour mesurer les conditions environnementales et ces données sont présentées dans un tableau de bord disponible pour les spécialistes de la sécurité, les médecins, la direction, les ressources humaines et bien d'autres, soutenant des informations clés menant aux évaluations des risques et aux mesures d'atténuation visant à réduire ou à prévenir les blessures et les accidents.

Le prototype actuel mesure:

• Température
• Humidité
• Gaz (qualité de l'air, inflammable, combustible et fumée)

A mettre en œuvre:

Bruit

Comment ça fonctionne

L'appareil envoie un package JSON contenant les données des capteurs à la passerelle qui les traitera et les enverra au cloud (dweet.io) et les fournira également sur un tableau de bord (freeboard.io).

Liste des pièces - Quincaillerie

1. passerelle

   1. Qualcomm Dragonboard 410c (Debian Linux)
   2. Émetteur-récepteur sans fil HC-12 (fiche technique)
   3. Level Shifter pour convertir Dragonboard 1.8V en 5V (Fiche technique)

2. Dispositif

   1. Arduino Uno
   2. Émetteur-récepteur sans fil HC-12 (fiche technique)
   3. Capteur de température et d'humidité DHT-11 (fiche technique)
   4. MQ-2 - Sensible aux gaz inflammables et combustibles (Méthane, Butane, GPL, fumée) (Fiche technique)
   5. MQ-9 - Sensible au monoxyde de carbone, gaz inflammables (Fiche technique)
   6. MQ-135 - Pour la qualité de l'air (sensible au benzène, à l'alcool, à la fumée) (Fiche technique)

Étape 1: mise en œuvre de l'appareil

L'appareil représente un lit de capteurs à placer dans de nombreuses zones d'un site industriel pour la détection de l'environnement en temps réel.

Dans ce projet a été utilisé la plate-forme Arduino Uno avec 3 capteurs de gaz (MQ-2, MQ-9 et MQ-135), 1 capteur de température/humidité (DHT-11) et un émetteur-récepteur RF (HC-12).

Le brochage Arduino vers les capteurs:

Analogique

• Broche analogique A1 à DHT11
• Broche analogique A3 à MQ135
• Broche analogique A4 à MQ9
• Broche analogique A5 à MQ2

Numérique

• Broche D7 à HC-12 SET
• Broche D10 à HC-12 TX (configurée en RX sur Arduino)
• Broche RX D11 à HC-12 (configurée en TX sur Arduino)

Code mis en œuvre

Visitez: Code source GitHub

Étape 2: mise en œuvre de la passerelle

Comme indiqué par Wikipédia:

« Une passerelle Internet des objets (IoT) fournit les moyens de combler le fossé entre les appareils sur le terrain (usine, maison, etc.), le Cloud, où les données sont collectées, stockées et manipulées par les applications d'entreprise, et l'équipement de l'utilisateur"

Pour implémenter cette fonctionnalité, nous utilisons le Qualcomm Dragonboard 410c. En conjonction avec le Dragonboard, nous utilisons un décaleur de niveau bidirectionnel pour convertir la tension de fonctionnement du Dragonboard de 1,8 V en tension de fonctionnement de l'émetteur-récepteur RF HC-12 de 5 V.

La Dragonboard 410c a également été configurée avec Debian/Linaro Linux.

Brochage Dragonboard 410c comme passerelle:

• Connecteur basse vitesse Pin 5 (TxD) -> Level Shifter -> HC-12 RX Pin
• Broche 7 du connecteur basse vitesse (RxD) <- Level Shifter <- Broche HC-12 TX
• Broche 29 du connecteur basse vitesse (GPIO) -> Décaleur de niveau -> Broche HC-12 SET

Le code implémenté en Python pour configurer le service Gateway peut être obtenu dans le référentiel GitHub du projet:

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

Il est important de mentionner que ce projet utilise dweet.io pour envoyer les informations de l'appareil et que ces informations sont consommées sur le service freeboard.io comme illustré dans cette étape.

La configuration de dweet.io est très simple et peut être comprise par le code source commenté. Le freeboard.io est un créateur de tableau de bord intuitif qui interagit directement avec dweet.io.

Étape 3: Conclusion

Défis pendant le développement

Définition de l'émetteur-récepteur sans fil

Lors de la conception, il a été considéré comme des circuits RX/TX 443 MHz typiques (RT3/4 et RR3/4) avec une portée limitée et qui nécessitaient un traitement spécifique pour la récupération des données (exemple). Pour surmonter tous ces défis, il a été remplacé par un émetteur-récepteur HC-12 qui intègre tous les circuits pour rx/tx fournissant les données série claires directement à Dragonboard, évitant ainsi le travail acharné et les risques de l'option précédente.

Changeur de niveau Dragonboard 410c

Il a été fourni le Linker Sprite Mezzanine avec le Level Shifter pour UART mais le port est le même que celui utilisé par le système d'exploitation pour la communication de la console (connecteur basse vitesse broches 11-TX et 13-RX) présentant un conflit lors de la mise en œuvre, il était donc nécessaire pour utiliser un autre port UART disponible (broches de connecteur basse vitesse 5-TX et 7-RX) qui n'est pas disponible sur Linker Sprite Mezzanine avec le Level Shifter, il était donc nécessaire d'en obtenir un. Avant d'acheter une puce spécifique pour cela, il a été essayé d'implémenter un décaleur de niveau activé par transistor qui ne fonctionnait pas pour l'utilisation de l'UART.

Les références

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