Результаты апробации системы мониторинга эксплуатационных показателей трактора

Надежность и работоспособность тракторов и сельскохозяйственных машин зависят от их своевременного и качественного технического обслуживания [1-3]. Основным мероприятием по поддержанию машин в работоспособном состоянии является планово-предупредительная система технического обслуживания (ТО) с применением средств и методов технического диагностирования. Однако в напряженные периоды необходима оперативность выполнения полевых операций, не допуская простоев техники. Исходя из этого вопрос о более рациональной форме проведения технического обслуживания весьма актуален. Применение цифровых средств диагностирования позволяет существенно повысить качество выполняемых работ за счет соблюдения сроков проведения операций технического обслуживания, а внедрение систем телеметрии обеспечивает повышение безотказности и долговечности машин, экономию топлива и смазочных материалов [4–6]. Таким образом, планирование проведения технического обслуживания, особенно в напряжённый период, является актуальной задачей.

В большинстве сельскохозяйственных предприятий при построении графиков технического обслуживания используют офисную программу MS Excel. Исходные данные вводятся ответственным лицом вручную. В качестве исходных данных принимаются следующие параметры:

• •    марка, тип транспортного средства;

• •    модель, модификация;

• •    VIN номер машины;

• •    текущий пробег (либо моточасы) – информация вводится ежедневно;

• •    расход топлива – информация вводится два раза в день, в начале и конце смены;

• •    дата и тип последнего ТО – вносится периодически;

• •    закрепление за водителем.

При наличии большого числа техники и закрепленных за ним лиц процесс внесения данных в таблицу достаточно трудоемкий.

Снижение трудоемкости внесения исходных данных для последующих расчетов и проведения технического обслуживания возможно за счет использования системы, обеспечивающей сбор исходных данных для планирования технического обслуживания.

На рынке присутствует большое количество техники, с завода оснащенной системами телеметрии, предназначенными для дистанционного контроля технического состояния машин. Их использование позволяет на новом уровне осуществлять планирование технического обслуживания и ремонта техники [7; 8].

В то же время на предприятиях АПК применяется большое количество не оснащенных CAN-шиной тракторов, потенциально подходящих для установки на них недорогой и простой в обслуживании системы дистанционного контроля технического состояния.

Таким образом, разработка системы мониторинга эксплуатационных показателей трактора весьма актуальна.

V estnik of Omsk SAU, 2025, no. 3 (59)

AGROENGINEERING

Материалы и методы

В ходе исследований изучены характеристики датчиков и программируемых платформ для работы прибора мониторинга, языки программирования и способы реализации программного обеспечения. Разработано Web-приложение и проведено его тестирование. Апробирован процесс передачи данных от датчиков, установленных на тракторе к прибору мониторинга, а также процесс передачи данных от прибора мониторинга в Web-приложение и их накопление.

Полученные результаты позволяют говорить о разработке системы мониторинга, способной в режиме реального времени отслеживать ключевые параметры работы трактора. Это, в свою очередь, открывает возможности для оптимизации использования техники, повышения эффективности полевых работ и снижения эксплуатационных затрат.

Особое внимание в ходе работы уделено стабильности передачи данных и надежности работы разработанного Web-приложения. Проведенные исследования показали устойчивость работы системы к различным типам помех и способность обрабатывать большие объемы данных без потери информации. Это критически важно для обеспечения достоверности мониторинга и принятия своевременных решений.

Разработанная система мониторинга имеет широкий спектр применения и позволяет контролировать расход топлива, скорости движения, температуру двигателя и другие важные параметры. Полученные данные могут быть использованы для планирования технического обслуживания, анализа эффективности работы техники и выявления возможных неисправностей.

В перспективе планируется добавление новых датчиков, расширение функциональности Web-приложения и интеграция с другими цифровыми системами управления предприятием. Это позволит создать комплексную систему, обеспечивающую всесторонний контроль над техникой и оптимизацию агротехнических процессов. Результаты исследования могут быть использованы для разработки коммерческого продукта, предназначенного для предприятий агропромышленного комплекса.

Результаты и их обсуждение

Система мониторинга эксплуатационных показателей работы трактора [9] включает следующие элементы (рис. 1): Web-приложение, прибор мониторинга, водонепроницаемый датчик температуры низкозамерзающей жидкости, магнитный датчик Холла «KY-003», датчик расхода топлива «YF-S201», датчик GPS позиционирования (координат) и определения скорости движения трактора «Neo-7m» и антенну усиления «МТ 7681».

Рис. 1. Система мониторинга эксплуатационных показателей работы трактора

V estnik of Omsk SAU, 2025, no. 3 (59)

AGROENGINEERING

Датчики для сбора информации и прибор мониторинга устанавливали на тракторе МТЗ-82 (рис. 2). Для снижения внешних воздействий (осадки, пыль) прибор мониторинга был установлен в кабине трактора [10].

Рис. 2. Схема установки элементов системы мониторинга на тракторе: 1 – прибор мониторинга;

2 – датчик расхода топлива «YF-S201»; 3 – водонепроницаемый датчик температуры низкозамерзающей жидкости; 4 – магнитный датчик Холла «KY-003»; 5 – антенна усиления «МТ 7681»; 6 – датчик GPS позиционирования (координат) и определения скорости движения трактора «Neo-7m»

Датчик расхода топлива YF-S-201 установлен перед топливным насосом после фильтра тонкой очистки (рис. 3).

Рис. 3. Место установки датчика расхода топлива YF-S-201

Датчик содержит вращательно-лопастный механизм с многополюсным кольцевым магнитом и сенсором Холла. При прохождении жидкости лопасти начинают вращаться и датчик Холла фиксирует каждое изменение полюса магнита и выдает электрический импульс. По информации производителей расчет скорости потока жидкости ( Q, л/мин) осуществляется по формуле [11]:

4 = ^ ; р у(1)

где F – частота импульсов, Гц.

Если скорость потока перевести в л/сек, получим преобразование:

Q = — .(2)

V estnik of Omsk SAU, 2025, no. 3 (59)

AGROENGINEERING

Алгоритм считывает длительность импульса P и преобразует ее в секунды:

т = —

где T – период следования импульсов, сек.

;

Далее алгоритм программы определяет частоту импульсов в Гц:

Затем алгоритм программы рассчитывает скорость потока топлива по формуле

(2). Итоговый объем (V) алгоритм программы определяет по формуле: V = £(? Т.

Датчик температуры низкозамерзающей жидкости установлен в патрубок предпускового подогревателя (рис. 4), что позволяет производить контроль температуры непосредственно перед термостатом, то есть в малом круге циркуляции охлаждающей жидкости.

Рис. 4. Место установки датчика температуры

Значение температуры алгоритм получает через команду “sensors.getTemp CByIndex(0)”, которая совместно с библиотекой “DallasTemperature.h” позволяет получать значения в градусах Цельсия без каких-либо математических преобразований.

Данные о частоте вращения коленчатого вала двигателя получали за счет установки датчика Холла вблизи крыльчатки генератора (рис. 5).

Рис. 5. Место установки датчика Холла

Датчик Холла считывает каждые пол-оборота крыльчатки генератора и выдает электрический импульс. Алгоритм получает значение периода пол-оборота крыльчатки ( t ) в миллисекундах. Определяется частота вращения коленчатого вала ( f ) в размерности об/мин в алгоритме:

V estnik of Omsk SAU, 2025, no. 3 (59)

AGROENGINEERING

где t – период полуоборота крыльчатки, мс.

Позиционирование координат и определение скорости движения трактора фиксировали датчиком GPS (Neo-7m), установленным на месте крепления его боковых зеркал (рис. 6).

Рис. 6. Место установки датчика GPS (Neo-7m)

Данные от датчиков температуры низкозамерзающей жидкости, расхода топлива и частоты вращения коленчатого вала двигателя передавались на плату WeMos D1 WiFi (ESP8266) (рис. 7, а) прибора мониторинга. Данные от GPS датчика – к плате ESP-WROOM-32 (рис. 7, б) [12].

а                                        _б

Рис. 7. Платы прототипа прибора мониторинга: а – Arduino WeMos D1 Wi-Fi (ESP8266); б – 2 – ESP-WROOM-32

Для сглаживания пульсации и возникновения электромагнитных наводок на датчики, установленные в тракторе, в схеме (рис. 8) предусмотрена установка керамических конденсаторов с номинальной емкостью 100 нФ. Также для устойчивого сигнала с датчика температуры к сигнальному проводу подключен резистор сопротивлением 4,7 кОм.

V estnik of Omsk SAU, 2025, no. 3 (59)

AGROENGINEERING

Рис. 8. Принципиальная схема подключения оборудования прототипа прибора мониторинга и датчиков

Для исследования передачи данных от прибора мониторинга в Web-приложение к главной плате присоединены конструктивные элементы, представляющие датчики с проводами. Провода присоединялись к аналоговым и цифровым портам главной платы (рис. 9).

Рис. 9. Монтажная плата в корпусе прибора

При работе данные от прибора мониторинга передавались на соответствующие вкладки браузера, адреса которых соответствуют ip-адресу плат (рис. 10).

При этом применялись следующие протоколы передачи данных от прибора к Web-приложению: Wi-Fi протокол 802.11 b/g/n с WEP, WPA, WPA2 [12].

Таблица 1

Данные от платы WeMos D1 Wi-Fi (ESP8266)

Дата и время	Частота вращения коленчатого вала, об./мин	Температура охлаждающей жидкости, °С	Расход топлива, л/мин
25.09.2024:14.45	0,00	19,75	0,00
25.09.2024:14.50	830,00	51,56	0,05
25.09.2024:14.55	810	73,31	0,09

V estnik of Omsk SAU, 2025, no. 3 (59)

AGROENGINEERING

б

а

в

Рис. 10. Результаты передачи данных в Web-приложение: а – до запуска двигателя трактора (WeMos D1 Wi-Fi (ESP8266)); б – до запуска двигателя трактора (ESP-WROOM-32); в – после 10 мин с момента запуска двигателя трактора (WeMos D1 Wi-Fi (ESP8266)); г – после 15 мин с момента запуска двигателя трактора (WeMos D1 Wi-Fi (ESP8266))

г

Данные табл. 1 можно использовать для контроля эксплуатационных параметров трактора и расхода топлива.

Таблица 2

Данные от платы ESP-WROOM-32

Дата и время	Долгота	Широта	Скорость движения трактора, км/ч
25.09.2024:14.45	73,32	55,02	0,00
25.09.2024:14.50	73,32	55,02	5,81
25.09.2024:14.55	73,32	55,02	0,00

Данные табл. 2 можно использовать для контроля местоположения техники в определенные периоды времени и соблюдения скоростного режима при выполнении конкретных технологических операций.

V estnik of Omsk SAU, 2025, no. 3 (59)

AGROENGINEERING

Заключение

В результате проведенных работ были получены следующие результаты:

Подтверждена правильность и корректность выбора мест установки элементов системы мониторинга эксплуатационных показателей работы трактора. Проведенные испытания подтвердили, что выбранные места установки датчиков обеспечивают получение адекватной информации о состоянии ключевых узлов трактора.

Установлена корректная и надежная передача данных от датчиков к прибору мониторинга и веб-приложению. Тестирование показало стабильную и безошибочную передачу данных между всеми компонентами системы.

Обеспечена помехоустойчивость системы мониторинга. Проведенные испытания выявили устойчивость системы к воздействию электромагнитных помех, характерных для условий работы трактора.

По про веденным исследованиям: прибор мониторинга и веб-приложение обеспечивают надежный сбор, передачу и отображение данных, позволяя отслеживать эксплуатационные показатели работы трактора, осуществлять мониторинг и дистанционный контроль технического состояния машин, на основании которых планировать проведение технического обслуживания.

Дальнейшие исследования могут быть направлены на оптимизацию алгоритмов обработки данных, расширение функциональности веб-приложения и интеграцию системы мониторинга с другими цифровыми системами управления предприятием.