Беспроводной датчик нагрузки на ось грузового автомобиля DR-01. Версия 1.0
1. Предыстория.
Людям, занятым в сфере грузоперевозок знакома история, при которой масса груза не превышает допустимых значений, но при этом при проезде пункта весового контроля одна из осей «пробивает» допустимый порог в 10 тонн. Всему виной неправильное или неравномерное расположение груза. Штрафы за перегруз существенные, для юридических лиц от 150 до 400 тысяч рублей.
Собственно, по просьбе одного из владельцев тягачей с прицепом я взялся за поиск такого устройства как «измеритель нагрузки на ось».
На рынке их достаточно много, мне удалось нагуглить цены от 20 до 100 тыс. рублей за комплект. + установка (10-15 тыс.)
Вначале задача была найти и установить готовый, но во время поисков мы оба захотели его создать!
2.Понеслось!
Как ардуинщик-любитель я просто не мог упустить шанс изобрести очередную самоделку!
Дороговизна и проблематичность установки готовых систем заключалась в том, что все датчики были выведены на проводах из кабины, так ещё и датчики используются резистивные, а значит на постоянство показаний можно не рассчитывать.
Сначала я решил найти цифровые датчики давления, но ничего адекватного найти не удалось. Потом я решил оцифровать значения аналоговых датчиков непосредственно в месте установки, чтобы наводки не влияли на показания, но вскоре понял, что микроконтроллер у датчика — это круто, ведь существуют МК с беспроводной передачей данных на борту!
Так родился беспроводной измеритель нагрузки на ось на основе WI-FI технологии.
3.Техописание.
За основу был взят микроконтроллер esp-8266, в виде отладочной платы NodeMcu, позже из соображений экономии места я перешёл на Wemos d1-mini с тем же МК.
Со средством отображения долго не заморачивался и взял простой, надежный символьный экран 20х4 для ардуины, чтобы много дырок не сверлить решил взять энкодер для управления всем этим безобразием, немного рассыпухи, пару пластиковых корпусов преобразователи и скелет устройства был готов.
Пока думал с датчиками давления родилась мысль внедрить дополнительно контроль температуры в прицепе – холодильнике. Как известно, лучший термометр для ардуинщика это ds18b20 им и воспользовался, как раз завалялось парочку.
Схема устройства была примерно такой:
На схеме не отображены подтягивающие резисторы, диоды и прочая рассыпуха, но сути это не меняет.
Закупился я на алишке, а пока шли посылки я потихоньку писал код по отображению информации на дисплее, созданию меню, настроек и отработке энкодера. По прибытию посылок в моей квартире появился долгожданный запах паяльного флюса))
Первый прототип устройства был собран на макетной плате, фото к сожалению, не сохранилось.
Второй прототип уже был собран с помощью паяльника и выглядел вот так:
Далее пришло время оцифровки датчиков, это заняло около недели мыслей и экспериментов.
В общей сложности написание кода растянулось почти на месяц. Особые трудности я испытал с записью и чтением значений в долговременную память, как оказалось эта процедура для esp несколько отличается от обычной ардуины. Это нужно было чтобы калибровка датчиков сохранялись при отключении питания.
5. Первые испытания
Первые испытания проходили в гараже. Я дул в датчик компрессором для подкачки шин и смотрел показания давления, примерно так была создана таблица, с помощью которой и переводились значения напряжения на входе МК в показания давления на экране нашего чудо устройства.
Для создания таблицы я использовал функцию ардуины по записи значений в эксель файл и записывал в него же реальные значения давления из видео снятого во время накачки воздуха.
Первые полевые испытания готового устройства показали, что дальность связи между главным блоком и датчиками около 30 метров на открытом пространстве, но как только главный блок заносили в кабину машины, а датчики уносили назад за прицеп, связь терялась, датчики добивали до первой оси прицепа и не дальше. Эту проблему удалось решить с помощью установки платы wtmos d1 mini с внешней антенной, теперь связь уверенно работала даже в 10 метрах за прицепом и даже внутри прицепа — холодильника.
6. Установка
Для установки датчиков на пневмоподушки грузовика потребовалось изготовить переходники – тройники, подходящие по резьбе к датчику и резьбе грузовика.
На датчике резьба ¼ дюйма, на подушках грузовиков они все разные как оказалось. Мы делали под Вольво FH12.
Установка прошла довольно таки быстро, откручиваем трубку подушки, вкручиваем в неё переходник с медным уплотнительным кольцом, а сбоку вкручиваем датчик.
Коробка с МК и прочей электроникой крепится непосредственно у подушки на хомуты.
Для того чтобы защитить всю эту историю от влаги и пыли я просто залил всю коробку с электроникой силиконовым прозрачным герметиком, может и не совсем эстетично, но зато герметично. Питание взято от ближайшего габарита.
Как выбрать датчики нагрузки на ось для грузовика с рессорной подвеской
Для транспортной техники с рессорной подвеской известно 3 принципиальных решения для статического взвешивания и определения нагрузок на оси с помощью весов, установленных непосредственно на автомобиле:
Последний способ является наиболее точным, погрешность измерения составляет не более 1% при условии остановки автомобиля на горизонтальной поверхности. Однако, имеют место существенные недостатки такой конструкции:
В литературе и патентах можно обнаружить различные вариации этого метода с установкой тензодатчиков в ось опрокидывания кузова, под рессоры, а так же измерения давления в гидроцилиндре подъема кузова. Да, это точные методы измерения, но все они имеют те же недостатки.
Второй способ лишен указанных недостатков. Стоимость решения не высока (30-40 тысяч рублей на один автомобиль), монтаж значительно проще. Однако, здесь появляются свои недостатки:
А вот первый способ при низкой стоимости и простоте установки имеет довольно невысокую погрешность (1-3%) и куда более высокую надежность и ресурс. Для сравнения этот метод необходимо разделить на 2 вида: по деформации рессор и по деформации мостов. В первом случае датчик приклеивается к рессоре и соответственно в зависимости от прогиба измеряет нагрузку на ось. Во втором случае датчик деформации либо приклеивается, либо приваривается к мостам.
Для первого вида с наклеиванием датчиков на рессоры выявлена проблема высокой погрешности измерения при установке на отечественных и китайских самосвалах ввиду того, что на них применяются традиционные многолистовые рессоры, соответственно, проявляется та же причина, что и при способе измерения по расстоянию. А вот на современных европейских самосвалах система вполне работоспособна и надежна при соблюдении условий установки.
Наиболее оптимальным и универсальным способом оказалось измерение нагрузок на оси и веса груза по деформации мостов и осей. Это решение подходит для всех видов техники, при этом датчик не имеет подвижных частей, а измерение производится по его растяжению/сжатию под нагрузкой. Опять же небольшой размер и универсальность позволяют устанавливать его в удобное место сверху и снизу мостов. Главное, соблюдать технологию монтажа. Фактическая погрешность измерения составляет 0,5-2,5%.
Оценив весь зарубежный и отечественный опыт за последние десятилетия, мы пришли к выводу о применении в своих разработках именно первого метода измерения по деформации мостов. За полтора года установки и эксплуатации нашей системы мы столкнулись только с одним случаем, где не смогли обеспечить заявляемую погрешность. На трехосном автомобиле МАЗ с рессорной подвеской, который перевозил металлолом, погрешность составила 7%. Причина оказалась в большой изношенности подвески (реактивных штанг и осей балансиров), мосты гуляли влево и вправо до 12 см. при поворотах.
А в целом система оказалась точной и надежной.
Беспроводной датчик нагрузки на оси
для механической подвески
Беспроводной датчик нагрузки на оси GNOM DP S7 применяется в системах транспортной телематики (мониторинга транспорта) для контроля нагрузки на оси, определения массы груза и предотвращения превышения осевой нагрузки у автомобилей с рессорной подвеской.
Преимущества беспроводного датчика нагрузки на оси GNOM DP S7:
Решаемые задачи
Датчик определяет вертикальное перемещения рамы относительно оси транспортного средства при размещении груза в кузове (тенте). Датчик GNOM DP S7 устанавливается на заднюю ось или заднюю тележку тягача или полуприцепа. Передача данных по Bluetooth Low Energy позволяет контролировать осевую нагрузку транспортного средства как через систему онлайн мониторинга транспорта, так и прямо на борту — с помощью смартфона, планшета либо кабинного дисплея с Bluetooth 4.X
Контроль нагрузки на оси в системе транспортной телематики
Датчик нагрузки на ось (датчик перемещения) GNOM DP S7 передает сигнал по Blueotooth используя режим «advertising» («вещание», BLE-радио) одновременно на несколько устройств — телематический шлюз, Android-смартфоны, Android-планшеты и др. Эта функция позволяет сразу нескольким пользователям контролировать осевую нагрузку грузовика:
Совместимость беспроводного датчика нагрузки на оси с GPS/ГЛОНАСС-терминалами
Как и другие датчики работающие по Технологии S7 (беспроводной датчик уровня топлива DUT-E S7 и беспроводной расходомер топлива DFM S7), датчик осевой нагрузки GNOM DDE S7 не хранит во внутренней памяти настройки. Профиль настройки (тарировочная таблица и фильтр) сохраняется в памяти Приемника — терминала мониторинга транспорта и/или смартфона.
Бортовые системы взвешивания – особенности установки и интеграции
Системы бортового взвешивания (далее – Системы) являются одной из самых востребованных функций системы спутникового мониторинга транспорта, но с другой стороны, одной из самых сложных в реализации.
Хотим этой статьей ответить на самые популярные вопросы, возникающие при выборе конфигурации Системы, ее установке и внедрении.
Системы можно разделить на 2 вида :
Какие датчики нагрузки на ось выбрать?
Тип датчиков нагрузки определяется типом подвески автомобиля и прицепа.
Оси автомобиля, которые имеют пневматическое подрессоривание с помощью пневмоэлементов целесообразно контролировать с помощью установки датчиков давления Eurosens DPS. Этот метод дает неплохую точность, а установка датчиков не требует больших усилий.
Для рессорной подвески либо транспортных средств без системы подрессоривания (спецтехника, сельскохозяйственные прицепы и др.) рекомендуем использовать датчики нагрузки на ось Eurosens DSS, использующие тензометрическую пластину. Они обеспечивают достаточно высокую точность измерения (обычно погрешность не превышает 2% от максимальной осевой нагрузки). Но погрешность зависит от места установки и величины деформации силового элемента, на котором датчик закреплен. Основным преимуществом датчиков данного типа является их независимость от состояния рессоры, так как они монтируются на неподрессоренной части (мост, ось). Датчики Eurosens DSS не бывают с аналоговым выходом – только цифровые интерфейсы RS485 или CAN.
Для рессорной подвески можно также использовать датчики перемещения Eurosens DDS. С помощью монтажного комплекта эти датчики устанавливаются таким образом, чтобы измерять величину прогиба подвески, которая зависит от осевой нагрузки.
Эти датчики можно рекомендовать в том случае, если техника эксплуатируется на хороших дорогах, и относительной погрешности определения осевой нагрузки в 10% (от максимальной) будет достаточно. Недостатком также является зависимость калибровки датчика от состояния рессоры. Замена рессоры в большинстве случаев потребует перекалибровки датчика. Также на результатах датчика плохо сказывается гистерезис рессоры – после разгрузки машина с рессорной подвеской не приходит в исходное состояние сразу, а обычно это происходит в процессе движения.
Из достоинств датчика – невысокая стоимость.
Сколько датчиков выбрать
Один из самых важных вопросов при разработке проекта Системы – выбрать необходимое число датчиков. Сразу можно сказать, что в одной Системе можно сочетать любые типы датчиков Eurosens, описанные выше. Но все датчики должны иметь общий интерфейс (RS485 или CAN).
Четыре условных оси
2. Определяем минимальное количество датчиков с расчетом, что на каждую условную ось необходимо поставить как минимум один датчик.
Исключение составляет конфигурация “тягач + полуприцеп”, где не ставится датчик на переднюю ось. В этом случае нагрузка на переднюю ось определяется исходя из нагрузки на заднюю ось тягача, положения седельно-сцепного устройства и расстояния между передней и задней осями тягача.
Так, для конфигурации трехосного тягача и двухосного полуприцепа минимальное количество датчиков необходимых для установки составляет 2 шт. Для двухосного грузовика с трехосным прицепом минимальное количество датчиков для установки составляет 4 шт. Для трехосного грузовика можно ограничиться двумя датчиками.
Минимальное кол-во датчиков в системе взвешивания и контроля нагрузки на ось накладывает ряд ограничений, связанных с эксплуатацией системы. Прежде всего, сказывается ассиметрия загрузки по левому и правому борту. Если датчик (DDS или DSS) на оси смещен в левую либо правую сторону от центральной оси симметрии, то смещение груза к левому или правому борту будет изменять значение осевой нагрузки. Поэтому необходимо обращать внимание на тип груза – если он постоянно размещается неравномерно, то нам нужно установить два датчика – по левому и правому борту для подсчета среднего значения. Либо искать возможность для установки датчика посередине моста (обычно это невозможно для ведущих мостов при установке DSS из-за расположения картера моста). Исключение составляют задние оси тягача, здесь, ставить датчики с каждой стороны не требуется, так как седельно-сцепное устройство расположено и передает нагрузку ровно по средней оси.
На каждую подъемную ось необходимо установить как минимум один датчик, так как состояние подъемного моста непосредственно влияет на все остальные.
3. Число датчиков для пневмоподвески определяется по иным принципам.
Если контур пневмосистемы соединяет несколько пневмоэлементов (баллонов), то очевидно, что давление в них одинаково. Таким образом, число датчиков Eurosens DPS определяется числом раздельных контуров пневмоподвески.
Существуют одно-, двух- и трехконтурные пневмоподвески. Одноконтурная подвеска, например, применяется на задних мостах грузового автомобиля с автоматической регулировкой уровня пола после загрузки. При этом подкачка происходит всех пневмоэлементов одновременно. Двухконтурная схема отличается тем, что можно отдельно регулировать уровень по левому и правому борту для выравнивания при неравномерной загрузке. Трехконтурная схема дополняется регулированием уровня по передней оси.
4. Примеры
Оптимальный вариант количества датчиков на конфигурацию трехосного тягача с трехосным полуприцепом, в котором одна ось подъемная – 5 шт.
Комбинация трехосного тягача, имеющего одну подъемную ось и двухосного полуприцепа с одной подъемной осью требует 6 датчиков.
Двухосный тягач и трехосный полуприцеп потребуют трех датчиков.
Трехосный грузовик без подъемной оси – 4 датчика.
Расстановка и количество датчиков на прицепе выбираются аналогично. На двухосный прицеп потребуется 4 датчика.
Эта история началась в первых днях лета. Началось всё с поста на популярном ресурсе с объявления Исправить скетч (убрать лишнее, добавить нужное) Но как обычно бывает в таких случаях, реальная задача «немного» отличалась от изложенной в старте темы… 🙂
В реале, заказчику нужна была программа для вот такой системы mtrack.com.ua/otraslevye_…ya/kontrol_nagruzki_na_os только у него использовались датчики давления подключенные к пневмоподвеске, как у некоторых американских грузовиков.
Ко всему этому заказчик хотел иметь возможность дистанционного контроля (блютуз канал) для тех случаев когда при погрузке водитель находится вне автомобиля.
Из указаных комплектующих была собрана «настольная» модель для тестов и отладки программы.
Для работы по БТ каналу, заказчик выбрал приложение RemoteXY. В общем получилось это всё запихать в arduino и заставить работать… Естественно нужно было предусмотреть калибровку (кнопками) прибора после установки на конкретный автомобиль или после замены датчика.
Конкретные числовые значения (полученные замерами на своем автомобиле) для использования в формулах преобразования, заказчик предоставил.
Естественно аналогичная конструкция была и у заказчика, я отправлял файлы он загружал у себя, давал замечания на корректировку или переделку каких-то моментов.
Как результат, сегодня ночью кажется эта эпопея завершилась…
Позже, днем заказчик прислал видео теста этого устройства на автомобиле…
Надеюсь, всё это будет установлено на автомобиль и в следующий раз я смогу выложить видео работы устройства в реальных условиях.
Получил от заказчика информацию по поводу точности системы :
» Машина была загружена биг-бэгами и выгружалась по одному бэгу весом в 1 тону разбежность от 5 тонн составила 106 кг погрешность составила 2% я думаю что это приемлемо в данном случае. «