Set pembaca isyarat dail dan getaran kenderaan berat untuk institut berkaitan industri di Thailand

Latar belakang masalah

Cabaran kes ini ialah menukar nilai daripada dail kenderaan berat kepada data digital yang boleh dilihat sebagai graf mengikut masa. Nilai yang diperlukan termasuk kelajuan putaran enjin, tekanan minyak, suhu enjin, suhu hidraulik, paras bahan api dan voltan. Pelanggan ingin melihat semua nilai pada satu skrin, bersama nilai getaran kenderaan.

Dail jenis jarum hanya menunjukkan nilai pada ketika itu. Jika suhu naik untuk tempoh singkat atau tekanan minyak jatuh seketika, pemandu mungkin tidak menyedarinya. Apabila setiap nilai disimpan sebagai graf mengikut masa, jurutera dapat melihat hubungan antara nilai, seperti suhu dengan kelajuan putaran enjin, dan menggunakannya sebagai titik permulaan untuk menganalisis masalah.

Keperluan dan kekangan

Set pembaca isyarat perlu menerima pelbagai jenis isyarat daripada kenderaan yang sama dan beroperasi dengan sistem elektrik kenderaan. Keperluan dan kekangan utama mengikut dokumen projek adalah seperti berikut.

• Menerima isyarat Analog jenis voltan 0–10 V sebanyak 7 saluran dan jenis arus 4–20 mA sebanyak 1 saluran
• Menerima isyarat Digital jenis 5 V Active Low (aktif apabila isyarat bernilai sifar) sebanyak 4 saluran untuk isyarat hidup/mati
• Mengukur getaran 3 paksi dan membaca satu lagi nilai suhu
• Menggunakan kuasa 24 V daripada kenderaan, dan dokumen reka bentuk menetapkan panduan pemasangan pada traktor untuk kerja di kilang atau ladang tebu
• Memaparkan graf 15 nilai sensor pada satu skrin, dan pengguna boleh memilih untuk menyembunyikan atau memaparkan graf setiap sensor

Bagaimanakah set pembaca isyarat ini membaca nilai daripada dail kenderaan?

Set pembaca isyarat ini disambungkan kepada wayar isyarat dail dan sensor yang sedia ada pada kenderaan, kemudian membaca nilai semua saluran serentak. Litar penerimaan isyarat mengasingkan saluran mengikut jenis isyarat, ESP32 membaca nilai daripada litar, dan papan NVIDIA Jetson Nano menyimpan nilai serta memaparkan graf. Dengan itu, pengguna tidak perlu mencatat sendiri nilai daripada jarum dail.

Isyarat arus melalui modul penukar untuk ditukar kepada voltan sebelum masuk ke litar, jadi setiap saluran Analog menerima isyarat dalam format yang sama. Fungsi setiap bahagian diasingkan dengan jelas, iaitu ESP32 membaca isyarat, manakala NVIDIA Jetson Nano menyimpan data dan memaparkan hasil.

1. 1

   Mengukur isyarat daripada dail di tapak

   Kami mengukur isyarat elektrik dail di tapak, iaitu kelajuan putaran enjin (Tacho Meter), tekanan minyak, suhu hidraulik, suhu enjin, paras bahan api dan voltan, untuk mereka bentuk litar yang menerima isyarat dalam julat yang sepadan.

2. 2

   Menerima isyarat ke dalam litar

   Litar menerima isyarat Analog dan Digital mengikut senarai dalam keperluan di atas. Setiap saluran disambungkan kepada wayar isyarat sedia ada pada dail atau sensor.

3. 3

   Mengukur getaran dan suhu

   Accelerometer 3 paksi mengukur getaran pada paksi x, y dan z, manakala sensor suhu membaca satu lagi nilai.

4. 4

   ESP32 dan NVIDIA Jetson Nano menyimpan data

   ESP32 membaca nilai daripada litar dan menghantarnya ke papan NVIDIA Jetson Nano yang menjalankan Ubuntu. Program yang ditulis dengan Python menerima nilai dan menyimpannya dalam pangkalan data SQLite.

5. 5

   Melihat graf melalui aplikasi web

   Pengguna menyambungkan skrin melalui kabel HDMI, membuka pelayar web pada peranti, kemudian melihat graf garis bagi 15 nilai sensor. Paksi mendatar ialah masa, paksi menegak ialah nilai yang dibaca, dan pengguna boleh menekan untuk menyembunyikan sensor yang tidak ingin dilihat.

Hasil penyerahan

Kami menyerahkan set pembaca isyarat berserta perisian pada papan NVIDIA Jetson Nano dan manual pengguna. Item mengikut skop kerja adalah seperti berikut.

• Litar penerimaan isyarat mengikut senarai dalam keperluan, berserta kotak dan penyambung
• Modul penukar isyarat arus kepada voltan, Accelerometer 3 paksi dan sensor suhu
• Konfigurasi Kernel (teras sistem pengendalian) dan pustaka pada papan NVIDIA Jetson Nano
• Antara muka pengawal dan isyarat
• Aplikasi web paparan graf garis bagi 15 nilai sensor, dengan data disimpan dalam pangkalan data SQLite pada peranti
• Keseluruhan perisian ditulis dengan Arduino, Python dan PHP
• Manual pengguna, daripada penyambungan skrin hingga pembukaan halaman graf

Hasil yang dapat disahkan semasa penutupan kerja

Hasil yang dapat disahkan ialah kami menutup kerja ini mengikut skop kerja dan menyerahkan manual pengguna. Set yang diserahkan membaca isyarat Analog 8 saluran dan Digital 4 saluran, kemudian memaparkan 15 nilai sensor sebagai graf garis mengikut masa pada papan NVIDIA Jetson Nano.

Semasa penyerahan, kami menguji bacaan isyarat dengan set dail tolok yang disediakan di tapak, kerana sensor sebenar kenderaan belum tersedia untuk ujian. Oleh itu, hasil ini mengesahkan fungsi litar dan halaman graf, tetapi belum merupakan hasil daripada penggunaan pada kenderaan sebenar.

Apakah yang kita pelajari

Kerja ini memberikan 3 prinsip untuk kerja membaca isyarat daripada kenderaan atau mesin yang sedia ada.

• Mulakan daripada senarai isyarat yang diukur pada peralatan sebenar. Senarai ini perlu mengandungi jenis isyarat, julat nilai dan bilangan saluran bagi setiap nilai, kerana litar penerimaan isyarat, modul penukar isyarat dan halaman graf semuanya direka bentuk berdasarkan senarai ini.
• Tukarkan isyarat kepada satu format yang sama sejak dari bahagian masukan. Apabila isyarat arus ditukar kepada voltan sebelum masuk ke litar, setiap saluran Analog dapat menggunakan litar penerimaan yang sama dan nilainya dibaca dengan kaedah yang sama.
• Asingkan ujian litar daripada ujian nilai yang diperoleh melalui penggunaan sebenar. Ujian dengan sumber isyarat di atas meja mengesahkan bahawa litar dapat membaca isyarat, manakala nilai daripada penggunaan sebenar perlu disahkan dengan sensor peralatan sebenar. Oleh itu, pelan ujian penerimaan wajar ditetapkan dan sensor untuk ujian wajar disediakan dari awal.

Bagaimanakah pendekatan ini boleh digunakan pada kenderaan atau mesin anda?

Jika kenderaan atau mesin anda mempunyai dail dan sensor yang menghantar isyarat voltan, arus atau hidup/mati, anda boleh menggunakan pendekatan yang sama seperti kes ini, iaitu membaca isyarat daripada wayar sedia ada, menyimpan nilai pada peranti dalam kenderaan dan memaparkannya sebagai graf mengikut masa. Bahagian yang perlu disesuaikan bergantung pada jenis isyarat, sistem elektrik dan kaedah ujian penerimaan.

• Sediakan senarai lengkap isyarat yang ingin dibaca, berserta jenis dan julat isyarat bagi setiap nilai
• Periksa sistem elektrik kenderaan atau mesin dan keadaan tapak, seperti habuk, haba dan getaran, yang mempengaruhi pemilihan kotak dan cara pemasangan peralatan
• Sediakan kenderaan atau sensor sebenar untuk ujian penerimaan, dan tetapkan nilai mana yang perlu sepadan dengan nilai mana