一種采用WUSB的物流車輛油耗監(jiān)控系統(tǒng)

吳志勇 鞠傳香

(山東理工大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 淄博 255049)

0 引言

相關(guān)數(shù)據(jù)表明，目前重型卡車的燃油消耗量仍與1969年的油耗量持平，大約為30 L/100 km［1］。對于物流企業(yè)，燃油消耗已成為計算運營成本需要考慮的重要因素。在現(xiàn)有對重型卡車的燃油管理中，定額管理方式較為常見，即根據(jù)路程公里數(shù)配給燃油。但由于路況(受彎道、坡度、坑洼路面等因素影響)、車況以及載重量等的不同，相同里程的燃油消耗可能也不相同。因此，要想得到精確的油耗計算公式不太可能。常見的方法是在估算量上再乘以一定的系數(shù)，這樣與實際油耗相比，計算得到的油耗通常都會有一些安全余量。而在部分駕駛員群中，這就可能導(dǎo)致將“余量”轉(zhuǎn)手他人以謀取個人經(jīng)濟利益。長期以來，由物流企業(yè)中人為因素引起的燃油消耗虛高成為常態(tài)，這也是物流系統(tǒng)亟待解決的問題之一。而隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，通過車載設(shè)備對油耗進行實時或離線監(jiān)控已成為可能。

本系統(tǒng)將嵌入式車載智能終端附著于物流車輛，通過智能設(shè)備實時采集行車油耗信息并存儲于本地。當(dāng)物流車輛歸隊后，通過無線 USB(wireless USB，WUSB)將油耗數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)服務(wù)中心［2］。

1 系統(tǒng)概述

物流車輛油耗監(jiān)控系統(tǒng)包括下位機嵌入式車載智能終端、上位機車隊管理子系統(tǒng)和上位機無線USB數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)三部分［3］，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of the system

下位機嵌入式車載智能終端作為監(jiān)控設(shè)備，附著于物流車輛。通過油耗傳感器采集數(shù)據(jù)并存儲于本地。當(dāng)物流車輛歸隊后，油耗數(shù)據(jù)通過WUSB發(fā)送到上位機。上位機車隊管理子系統(tǒng)作為用戶前臺客戶端，為用戶提供用戶管理、角色管理、權(quán)限管理、車輛信息管理、駕駛員信息管理、用車申請、派車、出車登記、油耗預(yù)算、油耗數(shù)據(jù)采集、油耗統(tǒng)計、車輛保單管理、車輛違紀(jì)管理、車輛事故管理以及綜合數(shù)據(jù)查詢分析等功能。

通過油耗數(shù)據(jù)采集模塊，用戶可以控制WUSB數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的啟動和停止。上位機WUSB數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)作為中間設(shè)備，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，用戶可通過客戶端軟件控制WUSB設(shè)備，向下位機發(fā)送控制命令或接收下位機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并存入數(shù)據(jù)庫。

2 無線USB通信協(xié)議

上位機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與下位機終端設(shè)備間的通信方式均采用主從方式，所有通信都由上位機數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的無線USB設(shè)備發(fā)起，由下位機終端設(shè)備作出響應(yīng)［4］。

2.1 協(xié)議幀定義

為保證上位機與下位機的正常通信，協(xié)議中定義了命令幀、數(shù)據(jù)幀、握手幀、錯誤幀和結(jié)束幀五種幀格式。幀格式中的CRC校驗由硬件完成。

①命令幀:由上位機無線USB數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)發(fā)出，車載智能終端設(shè)備據(jù)此上傳不同意義的數(shù)據(jù)。命令幀格式和命令字功能說明分別如表1、表2所示。

表1 命令幀格式Tab.1 Format of the command frame

表2 命令字功能說明Tab.2 The functions of the command bits

②數(shù)據(jù)幀:由車載智能終端設(shè)備發(fā)出，由上位機WUSB數(shù)據(jù)采集模塊接收，其格式如表3所示。

表3 數(shù)據(jù)幀格式Tab.3 Format of the data frame

③握手幀:由上位機WUSB數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)出，由車載智能終端設(shè)備接收并返回相同的命令作為應(yīng)答，以此建立連接，其格式如表4所示。

表4 握手幀格式Tab.4 Format of the handshake frame

④結(jié)束幀:由上位機WUSB數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)出，用來通知車載智能終端設(shè)備通信結(jié)束，并轉(zhuǎn)入其他工作狀態(tài)，其格式如表5所示。

表5 結(jié)束幀格式Tab.5 Format of the end frame

⑤錯誤幀:連接失敗或通信失敗(或錯誤)時，產(chǎn)生此幀并通知對方，其格式如表6所示。

表6 錯誤幀格式Tab.6 Format of the error frame

2.2 無線USB通信過程

上位機與下位機進行通信包括建立連接和設(shè)備通信兩個步驟，其流程分別如圖2和圖3所示。

圖2 建立連接流程圖Fig.2 Flowchart of building connection

圖3 設(shè)備通信流程圖Fig.3 Flowchart of device communication

用戶通過客戶端軟件點擊“通信連接”按鈕后，WUSB設(shè)備向下位機發(fā)送握手幀，進入連接應(yīng)答狀態(tài)。如果在規(guī)定的時間內(nèi)，上位機接收到下位機的應(yīng)答幀，則建立連接成功;否則連接失敗。連接成功建立后，通過WUSB設(shè)備向下位機發(fā)送讀寫命令幀。如果數(shù)據(jù)接收正常，則通信完成;否則通信失敗，需要重新發(fā)送命令。

2.3 工作模式轉(zhuǎn)換

下位機智能終端運行過程中包括通信模式、車況監(jiān)測模式和休眠模式三種工作模式，通過上位機的WUSB命令實現(xiàn)對下位機的控制。當(dāng)車輛智能終端加電啟動后進入油耗監(jiān)測模式，車輛行駛過程中通過傳感器采集油耗數(shù)據(jù)信息;當(dāng)車輛歸隊后，上位機向下位機發(fā)送連接通信命令，進入通信模式;當(dāng)無數(shù)據(jù)采集時，智能終端進入休眠模式。工作模式轉(zhuǎn)換如圖4所示。

圖4 工作模式轉(zhuǎn)換圖Fig.4 Conversion of the working modes

3 主機應(yīng)用程序

主機應(yīng)用程序又稱界面應(yīng)用程序，它是在Visual C++6.0環(huán)境下開發(fā)的，軟件采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)不同的功能模塊設(shè)計相應(yīng)的軟件，使系統(tǒng)具有很好的裁剪性［5］。該程序的主要功能有:提供人機界面、提供各種具體操作功能;通過WUSB模塊向下位機智能終端發(fā)送設(shè)定的目標(biāo)參數(shù)及控制指令，并接收油耗數(shù)據(jù)，分析、顯示數(shù)據(jù)結(jié)果［6－11］。該部分程序主要由動態(tài)鏈接庫和用戶應(yīng)用程序組成，動態(tài)鏈接庫負(fù)責(zé)與無線USB功能驅(qū)動程序通信，并接受用戶應(yīng)用程序的各種操作請求。用戶應(yīng)用程序負(fù)責(zé)對所采集的數(shù)據(jù)進行顯示、分析和保存。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計開發(fā)了一種采用WUSB的物流車輛油耗監(jiān)控系統(tǒng)，通過離線采集嵌入式智能終端中的油耗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)監(jiān)控物流車輛油耗的目的［12－14］。實際運行表明，嵌入式智能終端記錄油耗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，無線USB下載數(shù)據(jù)穩(wěn)定。此外，系統(tǒng)具有成本低、離線采集數(shù)據(jù)安全性高和簡單易用等特點，對系統(tǒng)普及應(yīng)用具有重要意義。

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