Industrielles IoT-Monitoring: Wichtige Hardware-Komponenten und Einrichtungsanleitung

Komponenten und Zubehör

Komponente	Beschreibung	Anzahl
Arduino Mega 2560	Haupt-Mikrocontroller	1
Espressif ESP8266 ESP-01	Für WLAN-Verbindung und Kommunikation	1
Seeed Grove - Barometer-Sensor (BMP280)	Für Temperatur- und Luftdruckmessung	1
DHT11 Temperatur- & Feuchtigkeitssensor (4 Pins)	Alternativ DHT22 oder DHT21. Für Feuchtigkeit/Temperatur	1
Seeed Grove - Gassensor (MQ2)	Für PPM-Messung von CO, LPG und Rauch	1
Steckbrett (generic)	Alternativ Lochrasterplatine	1
Jumper-Kabel (generic)	Nach Bedarf	1
PIR-Bewegungssensor (generic)	Zur Bewegungserkennung	1

Notwendige Werkzeuge und Maschinen

• Lötkolben (generic) - Falls Löten erforderlich (nicht zwingend notwendig)

Apps und Online-Dienste

• Blynk - Server/Anwendung

Über dieses Projekt

Hintergrund

Das Projekt zielt darauf ab, Fabriken zu überwachen und Informationen auf Ihrem Smartphone oder anderen Geräten per IoT bereitzustellen. Es überwacht Gase, Temperatur, Feuchtigkeit, Lärm, barometrischen Druck usw. und meldet die Informationen auf dem Smartphone. Zudem warnt es vor gefährlichen Bedingungen für Arbeiter.

Laut aktuellen Brandstatistiken der National Fire Protection Association (NFPA) ereignen sich jährlich durchschnittlich 37.000 Brände in Industrie- und Fertigungsanlagen. Diese verursachen 18 zivile Todesfälle, 279 zivile Verletzungen und 1 Milliarde US-Dollar direkten Sachschaden. Durch die Erkennung brennbarer Gase und potenzieller Brandgefahren kann das Projekt Leben und Eigentum schützen.

Projektbeschreibung

Dieses Projekt überwacht Fertigungsanlagen remote auf Temperatur, Bewegung, Feuchtheit und Kohlendioxid etc. Es verwendet einen Arduino Mega und ESP8266 sowie verschiedene Sensoren. Per IoT werden Daten remote an E-Mail/SMS über aktuelle Wetterbedingungen und Gaskonzentrationen gesendet. Das Programm hat definierte Parameter; werden diese überschritten, erfolgt eine Warnung, damit sofortige Maßnahmen zur Brandverhütung ergriffen werden können. Es kann auch Bilder bei Benachrichtigungen aufnehmen (mittels ArduCam). Der Bewegungssensor überwacht unbefugtes Zutritt nach Bürozeiten gemäß festgelegten Parametern. Als Server und App dient Blynk. Geplant war Arduino Cloud, doch dies ist für ESP8266 nicht verfügbar. Zukünftig soll das Projekt erweitert werden, um die Gesundheit jedes Mitarbeiters durch Messung von Blutdruck und Herzfrequenz mit einem tragbaren Gerät in der Sicherheitsjacke zu überwachen.

Komponenten

Bilder der Komponenten und Aufbau sind im Originalprojekt enthalten.

Arduino-Einrichtung

1. Alle Komponenten bereitlegen.
2. Sketch „Calibrate_MQ2“ hochladen und MQ2 an Arduino A0 anschließen (in frischer Luft). Der Serial Monitor zeigt den Ro-Wert an, der im finalen Sketch eingetragen werden muss.
3. Blynk-App herunterladen.
4. QR-Code (unten angehängt) scannen, um das Projekt zu duplizieren.
5. Auth-Token wird an die bei der Registrierung verwendete E-Mail-Adresse gesendet.
6. SSID, Passwort, Auth-Token und Ro-Wert im „Industries_Monitor“-Sketch anpassen.
7. „Industries_Monitor“ auf Arduino Mega hochladen, ESP8266 und andere Sensoren gemäß Schaltplan anschließen.
8. Schaltpläne und Code sind unten angehängt.
9. Das Projekt ist ABGESCHLOSSEN!

Serverseite

• Die Serverseite wird von Blynk verwaltet, einer kostenlosen Anwendung/Host.
• Senden und Empfangen von Daten erfolgt über POST, PUT, GET etc. zwischen Smartphone und ESP8266.
• Eigener Server möglich. Hilfe: Blynk Server auf GitHub

Daten anzeigen

• Blynk auf Smartphone installieren (App Store/Play Store).
• Projekt öffnen, das durch Scannen des QR-Codes erstellt wurde.
• E-Mail-Adresse und andere Einstellungen anpassen.
• Play-Button drücken für Live-Daten vom Gerät.
• Temperatur, Feuchtigkeit, Luftdruck, Bewegung, Gasmesswerte einsehen.
• Historie der Wetterdaten als Diagramm anzeigen (SuperChart Widget erforderlich).
• Bei erhöhten Gasmesswerten (CO, LPG, Rauch) signalisiert der Server dem Gerät, die Abluft einzuschalten oder die Drehzahl zu erhöhen (falls angeschlossen) und einen lauten Sirenenalarm auszulösen.
• Details dazu im Eventor Widget von Blynk.

Funktionsweise

Ein Arduino Mega dient als Basis. Das Projekt benötigt nicht viele Pins, aber Boards mit mehr Speicher sind erforderlich. Der Arduino Mega ist über eine serielle Schnittstelle mit dem ESP8266 verbunden, der die WLAN-Verbindung und Serverkommunikation per MQTT-Protokoll übernimmt.

Das System überwacht Temperatur und Druck (BMP280) sowie Feuchtigkeit (DHT11). Da moderne Fabriken fossile Brennstoffe oder andere Gase verwenden, werden auch Gase wie Kohlenmonoxid (lautloser Killer), LPG und Rauch per MQ2-Gassensor überwacht. Ein PIR-Bewegungssensor erkennt Personen und Bewegungsaktivitäten.

Der Großteil der Datenanalyse erfolgt serverseitig bei Blynk. Der Server hostet die Webseite, verwaltet Dateneingang und -analyse. Das Eventor-Widget sendet Benachrichtigungen basierend auf den vom Gerät gesendeten Informationen. Die Funktionsweise des Servers verstehen Sie am besten durch Code und Blynk-Oberfläche.

Code

Industries_Monitor

Code für Arduino Mega Final Sketch

Calibrate_MQ2

Code zur Ermittlung des Ro-Werts für MQ2. MQ2 an A0 anschließen.

Schaltpläne

Schaltplan des Projekts als PNG. MQ2 mit Stromversorgung und Analogpin (A) an Pin A0 des Arduino Mega anschließen. Datenpin des PIR-Sensors an Pin 7 des Arduino Mega (in Blynk konfigurierbar).

Blynk-App herunterladen und QR-Code scannen!