کنترل و نظارت بر کیفیت هوای محیط‌های داخلی مبتنی بر اینترنت اشیاء با استفاده از پروتکل داده OPC UA | ||
| علوم و فنون مدیریت اطلاعات | ||
| مقاله 16، دوره 9، شماره 1، اردیبهشت 1402، صفحه 415-438 اصل مقاله (4.39 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22091/stim.2022.8060.1770 | ||
| نویسندگان | ||
| بهزاد لک* 1؛ زهرا جوادیان فرد2 | ||
| 1استادیار، گروه فناوری اطلاعات و ارتباطات، دانشگاه علوم انتظامی امین، تهران، ایران | ||
| 2کارشناسی ارشد مهندسی نرم‌افزار، دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه غیرانتفاعی آل طه، تهران، ایران. | ||
| چکیده | ||
| هدف: هدف اصلی این مطالعه طراحی یک سیستم نظارت و کنترل کیفیت هوا، سطح گازهای آزاد شده در محیط، رطوبت و دمای مبتنی بر اینترنت اشیاء در محیط‌های صنعتی است که علاوه بر مقرون به صرفه بودن سیستم پیشنهادی از لحاظ مصرف انرژی و هزینه، سبب بهبود سطح امنیت در ارسال و دریافت داده شود. از دیگر اهداف این پژوهش بررسی دسترسی آسان کاربران عادی به داده‌های بلادرنگ در شرایط محیطی به وسیله ارائه سیستمی با قابلیت تشخیص مخاطرات، افزایش ایمنی و بهره‌وری در محیط‌های صنعتی و اعلام هشدار به کاربران و صاحبان صنایع در صورت خارج شدن داده‌ها از محدوده تعریف شده بر اساس استانداردهای محیطی می‌باشد. روش: به منظور دستیابی به هدف پژوهش، پروتکل‌های داده سازگار با محیط‌های صنعتی و پروتکل‌های ارتباطی با عملکرد مناسب در انتقال داده، در سیستم حسگرهای مبتنی بر اینترنت اشیاء در ایده‌های مشابه، با محوریت نظارت و کنترل کیفیت هوا مورد بررسی قرار گرفته‌اند. با مقایسه مقاله‌های مرتبط، به منظور پیاده‌سازی ایده پیشنهادی از پروتکل داده OPC UA و پروتکل ارتباطی 4G LTE استفاده گردید و عملکرد سیستم پیشنهادی در یک انبار صنعتی با شبیه‌سازی آتش‌سوزی و هوای پاک مورد آزمایش قرار گرفت. همچنین زیرساخت‌های نرم‌افزاری اینترنت اشیاء با فاکتور حفاظت از اطلاعات و افزایش سطح امنیت، به منظور دیداری‌سازی داده‌های محیطی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. در سیستم نظارت و کنترل پیشنهادی، از پلتفرم اینترنت اشیاء ThingsBoard در سمت سرویس‌‌دهنده ابر و برد رزبری پای برای کنترل و سنجش، حسگر MQ2 برای تشخیص دود و غلظت گازهای LPG، الکل، پروپان، هیدروژن، متان و مونو اکسید کربن، حسگر MQ135 برای سنجش کیفیت هوا و تشخیص گازهای آمونیاک و کربن دی اکسید و حسگر DHT22 برای اندازه‌گیری رطوبت و دما و همچنین یک مودم همراه 4G به منظور بارگذاری داده‌های محیطی دریافتی در سمت سرویس گیرنده استفاده شد. یافته‌ها: در بررسی عملکرد سیستم پیشنهادی با شبیه‌سازی آتش‌سوزی چوب، پارچه و کاغذ و هوای پاک در یک انبار صنعتی به مدت چهارده روز، در دو وضعیت اتصال برد رزبری پای به مودم 4G LTE و wi-fi، هنگام شبیه‌سازی آتش‌سوزی مقدار داده‌های تشخیص داده شده در حالت اتصال wi-fi کمتر از حالت 4G LTE و کمتر از مقادیر پیش‌بینی شده بودند. در مقایسه نتایج هفت روز آزمایش برای هر دو حالت اتصال، شامل هوای پاک و شبیه‌سازی آتش‌سوزی، مقادیر ثبت شده در پلتفرم ابری ThingsBoard صرف‌نظر از تفاوت‌های جزئی، مشابه یکدیگر هستند. نتیجه‌گیری: نتایج نشان می‌دهد که ایده این پژوهش از نظر دو فاکتور مصرف انرژی و سطح امنیت ارسال و دریافت داده، بازدهی بهتری را نسبت به مطالعات مشابه دارد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| اینترنت اشیاء؛ پروتکل داده OPC UA؛ شبکه سلولی نسل چهارم؛ کنترل کیفیت هوا؛ سیستم‌های کنترل و نظارت | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Using OPC UA for IoT-based Indoor Air Quality Monitoring and Control System | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Behzad Lak1؛ Zahra Javadian fard2 | ||
| 1Assistant Professor, Department of Information and Communication Technology, Amin Police University, Tehran, Iran | ||
| 2Master of Software Engineering, Department of Electrical and Computer Engineering, Al Taha University, Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Purpose: The main goal of this study is to design a monitoring and control system for air quality, the level of gases released in the environment, humidity and temperature based on the Internet of Things in industrial environments, which in addition to the cost-effectiveness of the proposed system in terms of energy consumption and cost, Improve the level of security in sending and receiving data. Another goal of this plan is easy access for end users to real-time data in environmental conditions. The general purpose of the proposed system is the ability to detect hazards, increase safety and productivity in industrial environments, and alert users and industrial owners if the data exceeds the limits defined by environmental standards. Methods: In order to achieve this goal, data protocols compatible with industrial environments and communication protocols with proper performance in data transmission, in the system of sensors based on the Internet of Things in similar ideas, with a focus on air quality monitoring and control, are investigated. As a result of comparing related articles, in order to implement the proposed idea, OPC UA data protocol and 4G LTE communication protocol have been used and the performance of the proposed system has been tested in an industrial warehouse under fire and clean air simulation. The results show that the idea of this research has better efficiency than similar studies in terms of two factors of energy consumption and the security level of sending and receiving data. For this purpose, the software infrastructure of the Internet of Things has been examined with the factor of information protection and increasing the security level in order to visualize environmental data. In the proposed monitoring and control system, from the Internet of Things platform on the cloud server side and Raspberry Pi board for control and measurement, the MQ2 sensor for detecting smoke and the concentration of LPG, alcohol, propane, hydrogen, methane and carbon monoxide gases, the MQ135 sensor is used to measure air quality and detect ammonia and carbon dioxide gases and DHT22 sensor to measure humidity and temperature, as well as a 4G mobile modem to load received environmental data on the client side. Findings: In investigating the performance of the proposed system under fire simulation of wood, cloth and paper and clean air in an industrial warehouse for fourteen days, in two situations of Raspberry Pi board connected to 4G LTE and Wi-Fi modem, the fire simulation value has been given. Detected in Wi-Fi connection mode was lower than 4G LTE mode and lower than previously predicted, but finally compared to the results of seven days of testing for each connection mode including clean air and fire simulation recorded in Things Board cloud platform. Regardless of the minor differences, they are similar. Conclusions: The results show that the idea of this research has higher efficiency than similar studies in terms of two factors of energy consumption and the security level of sending and receiving data. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Internet of things (IoT), OPC UA, 4G LTE, Air quality monitoring, Monitoring system | ||
| مراجع | ||
|
تائبی، ح.ر. (1396). پرونده ویژه اینترنت اشیاء صنعتی. شبکه، 19(194): 150-151.
مکاری‌زاده، ش.، غفارزاده، ف. (1383). کاربرد OPC در اسکادا. در: کنفرانس بین‌المللی برق، سازمان‌ها و مراکز دولتی و عمومی.
نجاری قزاآنی، ع.ر.، قبائی آرانی، م. (1397). طراحی و پیاده‌سازی سیستم مدیریت ناوگان حمل و نقل با استفاده از پلتفرم اینترنت اشیاءWSO2. پایان‌نامه کارشناسی ارشد. موسسه آموزش عالی عالمه فیض کاشانی، دانشکده فنی و مهندسی. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 2,007 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 655 |
||