کنترل و نظارت بر کیفیت هوای محیط‌های داخلی مبتنی بر اینترنت اشیاء با استفاده از پروتکل داده OPC UA

نویسندگان

1 استادیار، گروه فناوری اطلاعات و ارتباطات، دانشگاه علوم انتظامی امین، تهران، ایران

2 کارشناسی ارشد مهندسی نرم‌افزار، دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه غیرانتفاعی آل طه، تهران، ایران.

doi
10.22091/stim.2022.8060.1770
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 ارتباطی4G 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.