Perangkat pembaca sinyal panel instrumen dan getaran kendaraan kerja berat untuk institut bidang industri di Thailand

Latar belakang permasalahan

Tantangan kasus ini adalah mengubah nilai dari panel instrumen kendaraan kerja berat menjadi data digital yang dapat dilihat sebagai grafik menurut waktu. Nilai yang diperlukan mencakup putaran mesin, tekanan oli, suhu mesin, suhu hidraulik, tingkat bahan bakar, dan tegangan listrik. Pelanggan ingin melihat semua nilai dalam satu layar, beserta nilai getaran kendaraan.

Panel instrumen berjarum hanya dapat menunjukkan nilai pada saat itu. Jika suhu naik sesaat atau tekanan oli turun sejenak, pengemudi mungkin tidak melihatnya. Ketika setiap nilai disimpan sebagai grafik menurut waktu, insinyur dapat melihat hubungan antarnilai, misalnya suhu dan putaran mesin, serta menggunakannya sebagai titik awal analisis masalah.

Persyaratan dan batasan

Perangkat pembaca sinyal harus menerima beberapa jenis sinyal dari kendaraan yang sama dan bekerja dengan sistem kelistrikan kendaraan. Persyaratan dan batasan utama menurut dokumen proyek adalah sebagai berikut.

• Menerima sinyal Analog berupa tegangan 0–10 V 7 kanal dan arus 4–20 mA 1 kanal
• Menerima sinyal Digital 5 V Active Low (aktif saat sinyal bernilai nol) 4 kanal untuk sinyal hidup/mati
• Mengukur getaran 3 sumbu dan membaca satu nilai suhu tambahan
• Menggunakan daya 24 V dari kendaraan, dan dokumen desain menetapkan pendekatan pemasangan pada traktor untuk pekerjaan di pabrik atau perkebunan tebu
• Menampilkan grafik 15 nilai sensor dalam satu layar, dan pengguna dapat memilih untuk menyembunyikan atau menampilkan grafik setiap sensor

Bagaimana perangkat pembaca sinyal ini membaca nilai dari panel instrumen kendaraan

Perangkat pembaca sinyal ini dihubungkan ke kabel sinyal panel instrumen dan sensor yang sudah ada pada kendaraan, lalu membaca nilai semua kanal secara bersamaan. Rangkaian penerima sinyal memisahkan kanal menurut jenis sinyal, ESP32 membaca nilai dari rangkaian, dan papan NVIDIA Jetson Nano menyimpan nilai serta menampilkan grafik. Dengan demikian, pengguna tidak perlu mencatat sendiri nilai dari jarum panel instrumen.

Sinyal arus melewati modul yang mengonversinya menjadi tegangan sebelum masuk ke rangkaian, sehingga semua kanal Analog menerima sinyal dengan format yang sama. Pembagian fungsinya jelas, yaitu ESP32 membaca sinyal, sedangkan NVIDIA Jetson Nano menyimpan data dan menampilkan hasil.

1. 1

   Mengukur sinyal dari panel instrumen di lokasi

   Kami mengukur kelistrikan panel instrumen di lokasi, yaitu putaran mesin (Tacho Meter), tekanan oli, suhu hidraulik, suhu mesin, tingkat bahan bakar, dan tegangan listrik, untuk merancang rangkaian agar dapat menerima sinyal sesuai rentangnya.

2. 2

   Menerima sinyal ke dalam rangkaian

   Rangkaian menerima sinyal Analog dan Digital sesuai daftar pada persyaratan di atas. Setiap kanal terhubung ke kabel sinyal yang sudah ada pada panel instrumen atau sensor.

3. 3

   Mengukur getaran dan suhu

   Accelerometer 3 sumbu mengukur getaran pada sumbu x, y, dan z, sedangkan sensor suhu membaca satu nilai tambahan.

4. 4

   ESP32 dan NVIDIA Jetson Nano menyimpan data

   ESP32 membaca nilai dari rangkaian lalu meneruskannya ke papan NVIDIA Jetson Nano yang menjalankan Ubuntu. Program yang ditulis dengan Python menerima nilai dan menyimpannya ke basis data SQLite.

5. 5

   Melihat grafik melalui aplikasi web

   Pengguna menghubungkan layar melalui kabel HDMI, membuka peramban web di perangkat, lalu melihat grafik garis 15 nilai sensor. Sumbu horizontal menunjukkan waktu, sumbu vertikal menunjukkan nilai yang terbaca, dan pengguna dapat menekan untuk menyembunyikan sensor yang tidak ingin dilihat.

Hasil serah terima

Kami menyerahkan perangkat pembaca sinyal beserta perangkat lunak pada papan NVIDIA Jetson Nano dan panduan penggunaan. Daftar item sesuai lingkup pekerjaan adalah sebagai berikut.

• Rangkaian penerima sinyal sesuai daftar pada persyaratan, beserta kotak dan konektor
• Modul konversi sinyal arus ke tegangan, Accelerometer 3 sumbu, dan sensor suhu
• Pengaturan Kernel (inti sistem operasi) dan pustaka pada papan NVIDIA Jetson Nano
• Bagian penghubung pengontrol dan sinyal
• Aplikasi web penampil grafik garis 15 nilai sensor, dengan penyimpanan data pada basis data SQLite di perangkat
• Seluruh perangkat lunak ditulis dengan Arduino, Python, dan PHP
• Panduan penggunaan, mulai dari menghubungkan layar hingga membuka halaman grafik

Hasil yang dapat dikonfirmasi saat penutupan pekerjaan

Hasil yang dapat dikonfirmasi adalah bahwa kami menutup pekerjaan sesuai lingkup pekerjaan dan menyerahkan panduan penggunaan. Perangkat yang diserahkan membaca sinyal Analog 8 kanal dan Digital 4 kanal, lalu menampilkan 15 nilai sensor sebagai grafik garis menurut waktu pada papan NVIDIA Jetson Nano.

Saat serah terima, kami menguji pembacaan sinyal dengan set panel instrumen gauge yang disediakan di lokasi karena belum ada sensor kendaraan yang sebenarnya untuk diuji. Oleh karena itu, hasil ini mengonfirmasi kerja rangkaian dan halaman grafik, tetapi belum merupakan hasil dari penggunaan pada kendaraan yang sebenarnya.

Pelajaran yang kita dapatkan

Pekerjaan ini memberikan 3 prinsip untuk pekerjaan membaca sinyal dari kendaraan atau mesin yang sudah ada.

• Mulailah dari daftar sinyal yang diukur pada perangkat sebenarnya. Daftar ini harus memuat jenis sinyal, rentang nilai, dan jumlah kanal untuk setiap nilai, karena rangkaian penerima sinyal, modul konversi sinyal, dan halaman grafik semuanya dirancang berdasarkan daftar ini.
• Konversikan sinyal ke satu format yang sama sejak titik masuk. Ketika sinyal arus dikonversi menjadi tegangan sebelum masuk ke rangkaian, semua kanal Analog menggunakan rangkaian penerima yang sama dan nilainya dapat dibaca dengan cara yang sama.
• Pisahkan pengujian rangkaian dari pengujian nilai dalam penggunaan nyata. Pengujian dengan sumber sinyal di atas meja mengonfirmasi bahwa rangkaian dapat membaca sinyal, sedangkan nilai dalam penggunaan nyata harus dikonfirmasi dengan sensor pada perangkat sebenarnya. Oleh karena itu, rencana uji serah terima sebaiknya ditetapkan dan sensor untuk pengujian sebaiknya disiapkan sejak awal.

Bagaimana menerapkan pendekatan ini pada kendaraan atau mesin Anda

Jika kendaraan atau mesin Anda memiliki panel instrumen dan sensor yang mengirim sinyal tegangan, arus, atau hidup/mati, Anda dapat menggunakan pendekatan yang sama dengan kasus ini, yaitu membaca sinyal dari kabel yang sudah ada, menyimpan nilai ke perangkat di dalam kendaraan, dan menampilkannya sebagai grafik menurut waktu. Bagian yang perlu disesuaikan bergantung pada jenis sinyal, sistem kelistrikan, dan cara uji serah terima.

• Susun daftar lengkap sinyal yang ingin dibaca, beserta jenis dan rentang sinyal setiap nilai.
• Periksa sistem kelistrikan kendaraan atau mesin serta kondisi lokasi, seperti debu, panas, dan getaran, yang memengaruhi pemilihan kotak dan cara pemasangan perangkat.
• Siapkan kendaraan atau sensor sebenarnya untuk uji serah terima, dan tetapkan nilai mana yang harus sesuai dengan nilai mana.