Arquitetura de retrofit eletrônico para telemetria, alertas e controle remoto: estudo de caso em pá-carregadeira Clark Michigan 55C

dc.contributor.advisor1Kato, Edilson Reis Rodrigues
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8517698122676145
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0001-8347-7442
dc.contributor.authorMattos, Luiz Filipe de Almeida
dc.date.accessioned2026-09-18T18:33:17Z
dc.date.issued2026-07-08
dc.description.abstractHeavy machines built before the widespread adoption of embedded electronics remain in operation, but provide little digital information to operators and maintenance managers. In this context, this work developed and evaluated an electronic retrofit architecture for elemetry, fault alerts and remote control, using a 1990s Clark Michigan 55C wheel loader as a case study. The prototype was organized into four parts: embedded system, remote control, processing core and mobile application. On the machine, a Raspberry Pi 4 with a HAT and an ADS1115 converter read the pressure of the transmission governor pump through an analog transducer; the ESP8266-based remote control sent commands to pneumatic and electric actuators; the core, built with Apache Kafka and Apache Flink, normalized readings and issued alerts after temporal persistence; and the Flutter application displayed readings and alerts. The evaluation combined a single functional trial in a workshop, with the machine stationary, a bench check of the acquisition chain and synthetic resource-consumption tests. In the real trial, telemetry followed machine ignition and shutdown, and low-pressure alerts were received in the application. Boom, bucket-tilt and acceleration commands worked satisfactorily; however, the steering motor failed during the experiment and direction selection did not behave as expected, preventing any claim of complete teleoperation. The bench check indicated an approximately linear response of the 100 psi transducer, but it was not a metrological calibration, and the 500 psi transducer installed on the machine was not calibrated. In the simulated tests, with 1 vCPU, 1 GiB of memory and unitary parallelism, the core sustained about 200,000 samples/s before CPU saturation; at 1,000,000 samples/s, processed coverage fell to 17.9 – 18.7%. The 100% F1 score measures per-machine classification in the synthetic scenario, not the fraction of consumed messages. Thus, the contribution of this work lies in the integration and practical evaluation of the retrofit on the Michigan 55C, with explicit limitations regarding operational safety, link reliability, calibration and repetition of the real trials.eng
dc.description.resumoMáquinas pesadas fabricadas antes da adoção ampla de eletrônica embarcada continuam em operação, mas oferecem poucas informações digitais ao operador e ao gestor de manutenção. Neste contexto, este trabalho desenvolveu e avaliou uma arquitetura de retrofit eletrônico para telemetria, alerta de falhas e controle remoto, tomando como estudo de caso uma pá-carregadeira Clark Michigan 55C da década de 1990. O protótipo foi organizado em quatro partes: embarcado, controle remoto, core de processamento e aplicativo móvel. Na máquina, uma Raspberry Pi 4 com HAT e conversor ADS1115 leu a pressão da bomba governadora da transmissão por meio de transdutor analógico; o controle remoto, baseado em ESP8266, enviou comandos a atuadores pneumáticos e elétricos; o core, com Apache Kafka e Apache Flink, normalizou leituras e emitiu alertas após persistência temporal; e o aplicativo Flutter exibiu valores e alertas. A avaliação combinou um ensaio funcional único em oficina, com a máquina parada, uma verificação de bancada da cadeia de aquisição e ensaios sintéticos de consumo de recursos. No ensaio real, a telemetria acompanhou a ignição e o desligamento da máquina, e os alertas de pressão baixa foram recebidos no aplicativo. Os comandos de levante, inclinação da caçamba e aceleração funcionaram de modo satisfatório; porém, o motor de esterçamento falhou durante o experimento e a seleção de direção não se comportou como esperado, impedindo afirmar teleoperação completa. A verificação de bancada indicou resposta aproximadamente linear do transdutor de 100 psi, mas não constituiu calibração metrológica, e o transdutor de 500 psi instalado na máquina não foi calibrado. Nos ensaios simulados, com 1 vCPU, 1 GiB de memória e paralelismo unitário, o core sustentou cerca de 200.000 amostras/s antes da saturação de CPU; em 1.000.000 amostras/s, a cobertura processada caiu para 17,9–18,7%. O F1 de 100% mede a classificação por equipamento no cenário sintético, não a fração de mensagens consumidas. Assim, a contribuição do trabalho está na integração e na avaliação prática do retrofit na Michigan 55C, com limitações explícitas quanto a segurança operacional, confiabilidade do enlace, calibração e repetição dos ensaios reais.por
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamento
dc.identifier.citationMATTOS, Luiz Filipe de Almeida. Arquitetura de retrofit eletrônico para telemetria, alertas e controle remoto: estudo de caso em pá-carregadeira Clark Michigan 55C. 2026. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Computação) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/24725.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24725
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.centerCentro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET
dc.publisher.courseEngenharia de Computação - EC
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
dc.subjectTelemetria por
dc.subjectTelemática por
dc.subjectControle remotopor
dc.subjectRetrofitpor
dc.subjectMáquinas pesadas por
dc.subjectDetecção de falhaspor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.titleArquitetura de retrofit eletrônico para telemetria, alertas e controle remoto: estudo de caso em pá-carregadeira Clark Michigan 55Cpor
dc.title.alternativeAn electronic retrofit architecture for telemetry, alerts, and remote control: a case study of a Clark Michigan 55C wheel loadereng
dc.typeTCC

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