Проекты

Система контроля нагрузки на ось грузового автотранспорта

Работа победителя конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Приборостроение, микроэлектроника и схемотехника» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 171
Предметы: Физика, Математика, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Развитие рынка перевозок в Российской Федерации влечёт за собой увеличение количества грузовых автомобилей. В условиях колоссальной конкуренции автотранспортные предприятия вынуждены снижать цены на тарифы, а для возмещения затрат – увеличивать нагрузку на каждый автомобиль и автопарк в целом путём перегрузки автомобиля. В желании погрузить как можно больший объём груза за рейс случаются превышения полной массы автомобиля и осевых нагрузок на транспорте, и как результат – износ дорожного покрытия, другие опасности как для водителя, так и для самого автомобиля. В системе контроля нагрузки на ось нуждаются грузовые автомобили более ранних поколений, так как новые уже оборудованы стационарной системой контроля.

Создание такого проекта – хороший шанс повысить навыки программирования и проектирования электронных устройств.

Цель

Разработка системы контроля нагрузки на ось грузового автотранспорта, которая будет помогать дальнобойщикам уменьшать процент аварий и перегрузок.

Задачи

  1. Создание мобильного приложения для мониторинга и калибровки системы.
  2. Разработка электрической схемы устройства.
  3. Создание макета устройства.
  4. Разработка программного кода.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Микроконтроллер ESP32
  • Датчики давления, резисторы, диоды Зенера, конденсаторы
  • Печатная плата
  • Компьютер с установленным ПО: EasyEDA, среды программирования Arduino IDE и MIT App Inventor 2
  • Смартфон
  • 3D-принтер Maestro Classic

Описание

Предлагаемая автором система состоит из двух основных компонентов: электронного устройства, которое будет установлено на пневмоподвеску грузового транспортного средства, а также мобильного приложения, написанного в среде программирования MIT App Inventor 2, основной функцией которого будет мониторинг нагрузки на оси грузового транспортного средства. Автором также предлагается регулировка датчиков под конкретный тип грузового транспортного средства.

В качестве платформы для работы выбрана платформа Arduino. Она является довольно простой и популярной. Её возможностей хватит для проекта. Модулем управления электронным устройством выбран микроконтроллер ESP32 от компании Espressif Systems. Преимущества микроконтроллера ESP32: беспроводная передача данных по протоколам Wi-Fi и Bluetooth, возможность запрограммировать контроллер самостоятельно.

На пневмоподвеске грузового транспортного средства автор предлагает расположить датчики давления с выходным сигналом 4-20 миллиампер постоянного тока. Значения тока соответствуют давлению от 0 до 12 bar. Данные с датчиков давления преобразовываются в напряжение от 0 до 3.3 Вольт и поступают на выводной контакт микроконтроллера ESP32. Значение напряжения преобразовывается в нагрузку на ось грузового транспортного средства в тоннах по методу наименьших квадратов. Автор разработал программный код и создал приложение для мобильного устройства в целях отображения показаний приборов.

Также автором была разработана электронная плата. Для изготовления платы использована программа EasyEDA, в которой сделана печатная плата в виртуальном формате, далее с помощью раствора (перекись, лимонная кислота, соль) сделаны токопроводящие дорожки и были запаяны необходимые компоненты.

Результаты работы/выводы

В результате проделанной работы были разработаны алгоритм работы устройства, электрическая схема устройства, программный код, а также создан рабочий макет системы контроля нагрузки на ось грузового автотранспорта.

Перспективы использования результатов работы

Полученные навыки работы помогут в будущем при разработке новых инженерных проектов.

Планируется установка системы на реальный грузовой автомобиль и дальнейшее сотрудничество с владельцами.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

РТУ МИРЭА

Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)

Международный дистант-форум научной молодёжи «Шаг в будущее» 2021 – диплом призёра III степени