ชุดอ่านสัญญาณหน้าปัดและแรงสั่นสะเทือนของรถงานหนัก สำหรับสถาบันด้านอุตสาหกรรมในไทย
หน่วยงาน: สถาบันไทย-เยอรมัน (TGI)
ชุดอ่านสัญญาณนี้คืออุปกรณ์บันทึกข้อมูล (Data Logger) ที่อ่านค่าจากหน้าปัดและเซนเซอร์ของรถงานหนัก แล้วแสดงค่าเซนเซอร์ 15 ค่าเป็นกราฟเส้นตามเวลาบนจอเดียว เราออกแบบวงจรรับสัญญาณ Analog 8 ช่องและ Digital 4 ช่อง พร้อม Accelerometer (เซนเซอร์วัดความเร่งและแรงสั่น) 3 แกน บนบอร์ด NVIDIA Jetson Nano ให้สถาบันด้านอุตสาหกรรมในไทย และปิดงานตามขอบเขตงาน
- อุตสาหกรรม
- ราชการ
- ปี
- 2562
- ขอบเขตงาน
- วงจรรับสัญญาณ Analog 8 ช่องและ Digital 4 ช่อง (5 V แบบ Active Low) พร้อมกล่องและขั้วต่อ, โมดูลแปลงสัญญาณ 4–20 mA เป็น 0–10 V, Accelerometer 3 แกนและเซนเซอร์อุณหภูมิ, ตั้งค่า Kernel (แกนระบบปฏิบัติการ) และไลบรารีบนบอร์ด NVIDIA Jetson Nano, ส่วนเชื่อมต่อคอนโทรลเลอร์และสัญญาณ, เว็บแอปแสดงกราฟเซนเซอร์ 15 ค่า และคู่มือการใช้งาน สำหรับรถงานหนักที่ใช้ไฟ 24 V
สรุปสั้น
- ชุดอ่านสัญญาณนี้รับ Analog 8 ช่องและ Digital 4 ช่อง จากหน้าปัดและเซนเซอร์ของรถงานหนัก พร้อม Accelerometer (เซนเซอร์วัดความเร่งและแรงสั่น) 3 แกนและเซนเซอร์อุณหภูมิ
- บอร์ด NVIDIA Jetson Nano เก็บค่าลงฐานข้อมูล SQLite และแสดงกราฟเส้นของเซนเซอร์ 15 ค่าตามเวลาผ่านเว็บแอปบนเครื่อง ผู้ใช้เลือกซ่อนกราฟของเซนเซอร์ที่ไม่ต้องการดูได้
- เราปิดงานตามขอบเขตงาน และส่งมอบคู่มือการใช้งานตั้งแต่การต่อจอจนถึงการเปิดหน้ากราฟ
- หลักการจากงานนี้: เริ่มออกแบบจากรายการสัญญาณที่วัดจากอุปกรณ์จริง และแปลงสัญญาณให้เป็นรูปแบบเดียวกันตั้งแต่ทางเข้า
โจทย์หน้างาน
ลูกค้าต้องการอ่านค่าจากหน้าปัดของรถงานหนัก เช่น รอบเครื่องยนต์ แรงดันน้ำมัน อุณหภูมิเครื่องยนต์ อุณหภูมิไฮดรอลิก ระดับน้ำมันเชื้อเพลิง และแรงดันไฟ แล้วแสดงเป็นกราฟตามเวลา สัญญาณเหล่านี้มี 3 แบบ คือแรงดัน 0–10 V กระแส 4–20 mA และสัญญาณเปิด/ปิด ส่วนรถใช้ไฟ 24 V
สิ่งที่เราทำ
เราออกแบบวงจรรับสัญญาณ Analog 8 ช่อง (0–10 V 7 ช่อง และ 4–20 mA 1 ช่อง) กับ Digital 4 ช่อง ต่อกับ ESP32 (บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์) และ Accelerometer 3 แกน แล้วส่งข้อมูลเข้าบอร์ด NVIDIA Jetson Nano บอร์ดนี้เก็บค่าลง SQLite (ฐานข้อมูลขนาดเล็กบนเครื่อง) และแสดงกราฟเส้นของเซนเซอร์ 15 ค่าผ่านเว็บแอปบนเครื่อง
ผลลัพธ์
เราปิดงานตามขอบเขตงาน พร้อมคู่มือการใช้งาน ช่วงส่งมอบทดสอบการอ่านสัญญาณกับชุดหน้าปัดเกจ (Gauge) ที่หน้างานจัดให้ เพราะยังไม่มีเซนเซอร์จริงของรถให้ทดสอบ
ที่มาของโจทย์
โจทย์ของเคสนี้คือการเปลี่ยนค่าจากหน้าปัดของรถงานหนักให้เป็นข้อมูลดิจิทัลที่ดูเป็นกราฟตามเวลาได้ ค่าที่ต้องการมีทั้งรอบเครื่องยนต์ แรงดันน้ำมัน อุณหภูมิเครื่องยนต์ อุณหภูมิไฮดรอลิก ระดับน้ำมันเชื้อเพลิง และแรงดันไฟ ลูกค้าต้องการเห็นค่าทั้งหมดบนจอเดียว พร้อมค่าแรงสั่นสะเทือนของรถ
หน้าปัดแบบเข็มบอกได้เฉพาะค่าในขณะนั้น ถ้าอุณหภูมิขึ้นช่วงสั้น ๆ หรือแรงดันน้ำมันตกชั่วขณะ คนขับอาจไม่เห็น เมื่อค่าทุกตัวถูกเก็บเป็นกราฟตามเวลา วิศวกรเห็นความสัมพันธ์ระหว่างค่า เช่น อุณหภูมิกับรอบเครื่อง และใช้เป็นจุดเริ่มต้นวิเคราะห์ปัญหาได้
ข้อกำหนดและข้อจำกัด
ชุดอ่านสัญญาณต้องรับสัญญาณหลายแบบจากรถคันเดียวกัน และทำงานกับระบบไฟของรถ ข้อกำหนดและข้อจำกัดหลักตามเอกสารโครงการมีดังนี้
- รับสัญญาณ Analog แบบแรงดัน 0–10 V 7 ช่อง และแบบกระแส 4–20 mA 1 ช่อง
- รับสัญญาณ Digital แบบ 5 V Active Low (ทำงานเมื่อสัญญาณเป็นศูนย์) 4 ช่อง สำหรับสัญญาณเปิด/ปิด
- วัดแรงสั่นสะเทือน 3 แกน และอ่านค่าอุณหภูมิเพิ่มอีกหนึ่งค่า
- ใช้ไฟจากรถ 24 V และเอกสารออกแบบวางแนวทางติดตั้งกับรถไถสำหรับงานในโรงงานหรือไร่อ้อย
- แสดงกราฟของเซนเซอร์ 15 ค่าบนจอเดียว และผู้ใช้เลือกซ่อนหรือแสดงกราฟของแต่ละเซนเซอร์ได้
สัญญาณ 0–10 V และ 4–20 mA คืออะไร
ทั้งสองแบบเป็นสัญญาณ Analog ที่ใช้กันมากในงานอุตสาหกรรม เซนเซอร์ส่งแรงดันไฟ (0–10 V) หรือกระแสไฟ (4–20 mA) ที่เปลี่ยนตามค่าที่วัดได้ วงจรรับสัญญาณต้องรองรับให้ตรงแบบ จึงแปลงกลับเป็นค่าจริงได้ถูกต้อง
ชุดอ่านสัญญาณนี้อ่านค่าจากหน้าปัดรถอย่างไร
ชุดอ่านสัญญาณนี้ต่อเข้ากับสายสัญญาณของหน้าปัดและเซนเซอร์ที่รถมีอยู่ แล้วอ่านค่าทุกช่องพร้อมกัน วงจรรับสัญญาณแยกช่องตามชนิดสัญญาณ ESP32 อ่านค่าจากวงจร และบอร์ด NVIDIA Jetson Nano เก็บค่าและแสดงกราฟ ผู้ใช้จึงไม่ต้องจดค่าจากเข็มหน้าปัดเอง
สัญญาณกระแสผ่านโมดูลแปลงเป็นแรงดันก่อนเข้าวงจร ช่อง Analog ทุกช่องจึงรับสัญญาณรูปแบบเดียวกัน หน้าที่แยกกันชัดเจน คือ ESP32 อ่านสัญญาณ ส่วน NVIDIA Jetson Nano เก็บข้อมูลและแสดงผล
- 1
วัดสัญญาณจากหน้าปัดที่หน้างาน
เราวัดไฟของหน้าปัดที่หน้างาน ได้แก่ รอบเครื่องยนต์ (Tacho Meter) แรงดันน้ำมัน อุณหภูมิไฮดรอลิก อุณหภูมิเครื่องยนต์ ระดับน้ำมันเชื้อเพลิง และแรงดันไฟ เพื่อออกแบบวงจรให้รับสัญญาณได้ตรงช่วง
- 2
รับสัญญาณเข้าวงจร
วงจรรับสัญญาณ Analog และ Digital ตามรายการในข้อกำหนดด้านบน แต่ละช่องต่อกับสายสัญญาณเดิมของหน้าปัดหรือเซนเซอร์
- 3
วัดแรงสั่นสะเทือนและอุณหภูมิ
Accelerometer 3 แกนวัดแรงสั่นสะเทือนตามแกน x, y และ z ส่วนเซนเซอร์อุณหภูมิอ่านค่าเพิ่มอีกหนึ่งค่า
- 4
ESP32 และ NVIDIA Jetson Nano เก็บข้อมูล
ESP32 อ่านค่าจากวงจรแล้วส่งต่อให้บอร์ด NVIDIA Jetson Nano ที่รัน Ubuntu โปรแกรมที่เขียนด้วย Python รับค่าและเก็บลงฐานข้อมูล SQLite
- 5
ดูกราฟผ่านเว็บแอป
ผู้ใช้ต่อจอผ่านสาย HDMI เปิดเว็บเบราว์เซอร์บนเครื่อง แล้วดูกราฟเส้นของเซนเซอร์ 15 ค่า แกนนอนเป็นเวลา แกนตั้งเป็นค่าที่อ่านได้ และกดซ่อนเซนเซอร์ที่ไม่ต้องการดูได้
สิ่งที่ส่งมอบ
เราส่งมอบชุดอ่านสัญญาณพร้อมซอฟต์แวร์บนบอร์ด NVIDIA Jetson Nano และคู่มือการใช้งาน รายการตามขอบเขตงานมีดังนี้
- วงจรรับสัญญาณตามรายการในข้อกำหนด พร้อมกล่องและขั้วต่อ
- โมดูลแปลงสัญญาณกระแสเป็นแรงดัน, Accelerometer 3 แกน และเซนเซอร์อุณหภูมิ
- การตั้งค่า Kernel (แกนระบบปฏิบัติการ) และไลบรารีบนบอร์ด NVIDIA Jetson Nano
- ส่วนเชื่อมต่อคอนโทรลเลอร์และสัญญาณ
- เว็บแอปแสดงกราฟเส้นของเซนเซอร์ 15 ค่า โดยเก็บข้อมูลในฐานข้อมูล SQLite บนเครื่อง
- ซอฟต์แวร์ทั้งชุดเขียนด้วย Arduino, Python และ PHP
- คู่มือการใช้งาน ตั้งแต่การต่อจอจนถึงการเปิดหน้ากราฟ
ผลที่ยืนยันได้ตอนปิดงาน
ผลที่ยืนยันได้คือ เราปิดงานตามขอบเขตงาน และส่งมอบคู่มือการใช้งาน ชุดที่ส่งมอบอ่านสัญญาณ Analog 8 ช่องและ Digital 4 ช่อง แล้วแสดงค่าเซนเซอร์ 15 ค่าเป็นกราฟเส้นตามเวลาบนบอร์ด NVIDIA Jetson Nano
ช่วงส่งมอบ เราทดสอบการอ่านสัญญาณกับชุดหน้าปัดเกจที่หน้างานจัดให้ เพราะยังไม่มีเซนเซอร์จริงของรถให้ทดสอบ ผลนี้จึงยืนยันการทำงานของวงจรและหน้ากราฟ แต่ยังไม่ใช่ผลจากการใช้งานบนรถคันจริง
สิ่งที่เราเรียนรู้
งานนี้ให้หลักการ 3 ข้อสำหรับงานอ่านสัญญาณจากรถหรือเครื่องจักรที่มีอยู่แล้ว
- เริ่มจากรายการสัญญาณที่วัดจากอุปกรณ์จริง รายการนี้ต้องมีชนิดสัญญาณ ช่วงค่า และจำนวนช่องของแต่ละค่า เพราะทั้งวงจรรับสัญญาณ โมดูลแปลงสัญญาณ และหน้ากราฟออกแบบจากรายการนี้
- แปลงสัญญาณให้เป็นรูปแบบเดียวกันตั้งแต่ทางเข้า เมื่อสัญญาณกระแสถูกแปลงเป็นแรงดันก่อนเข้าวงจร ช่อง Analog ทุกช่องจึงใช้วงจรรับแบบเดียวกัน และอ่านค่าได้ด้วยวิธีเดียวกัน
- แยกการทดสอบวงจรออกจากการทดสอบค่าจากการใช้งานจริง การทดสอบกับแหล่งสัญญาณบนโต๊ะยืนยันว่าวงจรอ่านสัญญาณได้ ส่วนค่าจากการใช้งานจริงต้องยืนยันกับเซนเซอร์ของอุปกรณ์จริง จึงควรกำหนดแผนทดสอบรับงานและเตรียมเซนเซอร์สำหรับทดสอบไว้ตั้งแต่ต้น
นำแนวทางนี้ไปใช้กับรถหรือเครื่องจักรของคุณได้อย่างไร
ถ้ารถหรือเครื่องจักรของคุณมีหน้าปัดและเซนเซอร์ที่ส่งสัญญาณแรงดัน กระแส หรือเปิด/ปิด คุณใช้แนวทางเดียวกับเคสนี้ได้ คืออ่านสัญญาณจากสายเดิม เก็บค่าลงเครื่องในรถ และแสดงเป็นกราฟตามเวลา ส่วนที่ต้องปรับขึ้นกับชนิดสัญญาณ ระบบไฟ และวิธีทดสอบรับงาน
ส่วนที่ใช้ซ้ำได้ และส่วนที่ต้องปรับ
| ส่วนของระบบ | ใช้ซ้ำได้ | ต้องปรับเมื่อ |
|---|---|---|
| การรับสัญญาณ | วงจรรับ Analog 0–10 V และ 4–20 mA กับ Digital แบบเปิด/ปิด | สัญญาณของคุณมีชนิดหรือช่วงค่าอื่น หรือต้องการจำนวนช่องมากกว่านี้ ต้องออกแบบช่องรับใหม่ |
| การวัดแรงสั่นและอุณหภูมิ | Accelerometer 3 แกนและเซนเซอร์อุณหภูมิ | ต้องการวัดหลายจุดบนรถ ต้องเลือกตำแหน่งและจำนวนเซนเซอร์ใหม่ |
| การเก็บและแสดงผล | NVIDIA Jetson Nano เก็บค่าลง SQLite และแสดงกราฟเส้นบนเว็บแอป | ต้องการส่งข้อมูลไปวิเคราะห์ต่อในระบบอื่น ต้องตกลงรูปแบบการส่งออกข้อมูลตั้งแต่ต้น |
| ระบบไฟ | การออกแบบสำหรับรถที่ใช้ไฟ 24 V | รถหรือเครื่องจักรใช้ระบบไฟอื่น ต้องปรับวงจรจ่ายไฟ |
| การทดสอบรับงาน | ขั้นตอนทดสอบวงจรและหน้ากราฟ | ต้องการยืนยันค่าจากการใช้งานจริง ต้องเพิ่มการทดสอบกับเซนเซอร์ของอุปกรณ์จริง |
- ทำรายการสัญญาณที่ต้องการอ่านให้ครบ พร้อมชนิดและช่วงสัญญาณของแต่ละค่า
- ตรวจระบบไฟของรถหรือเครื่องจักร และสภาพหน้างาน เช่น ฝุ่น ความร้อน และแรงสั่น ซึ่งมีผลต่อการเลือกกล่องและการยึดอุปกรณ์
- เตรียมรถหรือเซนเซอร์จริงไว้สำหรับทดสอบรับงาน และกำหนดว่าค่าใดต้องตรงกับค่าใด
เทคโนโลยีที่ใช้
คำถามที่พบบ่อย
ระบบนี้อ่านสัญญาณอะไรได้บ้าง
ระบบรับสัญญาณ Analog 8 ช่อง (แรงดัน 0–10 V 7 ช่อง และกระแส 4–20 mA 1 ช่อง) สัญญาณ Digital แบบ 5 V Active Low 4 ช่อง Accelerometer 3 แกนสำหรับแรงสั่นสะเทือน และเซนเซอร์อุณหภูมิ
ดูข้อมูลได้อย่างไร
ต่อจอผ่านสาย HDMI แล้วเปิดเว็บแอปบนเครื่องผ่านเว็บเบราว์เซอร์ หน้าจอแสดงกราฟเส้นของเซนเซอร์ 15 ค่าตามเวลา และเลือกซ่อนเซนเซอร์ที่ไม่ต้องการดูได้
ตอนส่งมอบทดสอบกับรถจริงหรือไม่
ช่วงส่งมอบยังไม่ได้ทดสอบกับเซนเซอร์ของรถคันจริง เราทดสอบการอ่านสัญญาณกับชุดหน้าปัดเกจที่หน้างานจัดให้ หากนำไปใช้กับรถคันจริง ควรวางแผนทดสอบกับเซนเซอร์ของรถคันนั้นอีกครั้ง
ใช้กับรถยี่ห้อหรือรุ่นอื่นได้ไหม
ใช้ได้เมื่อสัญญาณของรถเป็นแบบแรงดัน 0–10 V กระแส 4–20 mA หรือเปิด/ปิด ตามที่วงจรรองรับ เอกสารโครงการไม่ได้ผูกกับยี่ห้อรถ แต่ต้องสำรวจชนิดและช่วงสัญญาณของรถคันจริงก่อน จึงยืนยันได้ว่าต้องปรับวงจรหรือไม่
ราคาเท่าไร
ไม่มีราคามาตรฐาน เพราะงานนี้ออกแบบตามขอบเขตของลูกค้า ติดต่อเราเพื่อขอใบเสนอราคา เราประเมินจากจำนวนและชนิดสัญญาณ สภาพหน้างาน และรูปแบบการแสดงผลที่ต้องการ
