簡約型遠(yuǎn)程油耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王杰　譚英杰　徐敏

摘要：介紹了遠(yuǎn)程油耗監(jiān)測系統(tǒng)的組成和工作原理，分析了幾種常見油耗監(jiān)測器的優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)合實(shí)際案例，構(gòu)建一套簡約型油耗監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有良好的性價(jià)比，為設(shè)計(jì)油耗監(jiān)測系統(tǒng)提供了新思路。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程油耗監(jiān)測系統(tǒng);油耗監(jiān)測器;設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP393.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）05-0152-02

0 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，物流運(yùn)輸業(yè)及工程機(jī)械行業(yè)也得到快速發(fā)展，但是隨之而來的車輛偷油問題也越來越突出。相關(guān)企業(yè)因無法及時(shí)有效掌握每臺(tái)車輛用油情況而導(dǎo)致的汽柴油損失問題日趨突出。為了解決油耗監(jiān)控這一問題，遠(yuǎn)程油耗監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

1 油耗監(jiān)測系統(tǒng)簡介

油耗監(jiān)測系統(tǒng)是綜合GPS通訊、傳感器、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)為一身的自動(dòng)化檢測設(shè)備，在充分運(yùn)用現(xiàn)有軟硬件技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的油耗遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控。一套完整的油耗監(jiān)測系統(tǒng)包括油耗監(jiān)測器、GPS通訊模塊、后臺(tái)服務(wù)器、互聯(lián)網(wǎng)和用戶操作軟件等，如圖1所示。

其中油耗監(jiān)測器一方面與車輛油箱直接（或間接）相連，對油箱的油量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測;另一方面與GPS通訊模塊相連，把監(jiān)測信號(hào)傳遞給GPS通訊模塊。GPS通訊模塊接負(fù)責(zé)收發(fā)數(shù)據(jù)。后臺(tái)服務(wù)器裝有專用服務(wù)軟件，負(fù)責(zé)記錄、保存數(shù)據(jù)，并進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理，發(fā)送命令給GPS通訊模塊。用戶可以通過軟件操作界面訪問服務(wù)器查看車輛行駛記錄、油耗記錄等信息。實(shí)際工作時(shí)，油耗監(jiān)測器都是把測得的汽油數(shù)值轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，在后臺(tái)服務(wù)器上通過軟件計(jì)算出對應(yīng)油量，通過比較油量變化是否正常，進(jìn)而判斷出是否處于漏油或被偷油狀態(tài)。

當(dāng)前市場上的油耗監(jiān)測器有這幾類：打孔式桿狀油耗監(jiān)測器，超聲波油耗監(jiān)測器，ECU（車輛電子控制單元，又稱“行車電腦”）油耗監(jiān)測器。桿狀油耗監(jiān)測器目前應(yīng)用范圍最廣，使用時(shí)需要對油箱進(jìn)行打孔，然后固定在油箱上。桿狀油耗監(jiān)測器的缺點(diǎn)是必須在油箱上打孔安裝，破壞了油箱的密封性，存在安全隱患，而且隱蔽性不夠好，容易被破壞。超聲波油耗監(jiān)測器，是利用超聲波來測量油箱液面高度的，通常安裝在油箱底部，優(yōu)點(diǎn)是無需打孔不破壞油箱結(jié)構(gòu)，缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)性能不夠穩(wěn)定，價(jià)格較貴。ECU油耗監(jiān)測器，此種方式是通過ECU讀取發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的噴油量來計(jì)算車輛實(shí)際耗油量，其優(yōu)點(diǎn)是無需在車輛上安裝其它外接設(shè)備，而直接從原車行車電腦中獲取油耗數(shù)據(jù)。但目前僅有部分發(fā)動(dòng)機(jī)廠商在部分型號(hào)車輛上開放ECU噴油量數(shù)據(jù)，因此ECU油耗監(jiān)測器應(yīng)用范圍很窄。

2 簡易油耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 客戶需求分析

受某物流公司委托，要求設(shè)計(jì)并安裝一套油耗監(jiān)測系統(tǒng)，具備以下主要功能：GPS定位及軌跡回放功能，記錄油箱加油及消耗過程，異常漏油自動(dòng)報(bào)警功能，車輛故障自動(dòng)報(bào)警功能，年月周日資料匯總分析功能等。除了上述要求之外，該公司還明確提出：不得在油箱上打孔，不得改變車輛原有設(shè)備架構(gòu);經(jīng)費(fèi)開支上盡可能經(jīng)濟(jì)節(jié)約。

詳細(xì)溝通之后發(fā)現(xiàn)：客戶需要一套油耗遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其最為關(guān)注的問題是對偷油、漏油等突發(fā)事件能及時(shí)報(bào)警，減少異常油耗損失。之前該公司曾裝過打孔式油耗監(jiān)測器，但是多次出現(xiàn)故障或損壞，因此，該公司要求新的油耗監(jiān)測系統(tǒng)不需要打孔即可安裝，而且最好足夠隱蔽。近幾年物價(jià)上漲，該公司經(jīng)營也日漸艱難，目前還有26臺(tái)運(yùn)輸車輛，僅處在微利的狀態(tài)，希望通過嚴(yán)控油耗的方式提升利潤空間。

2.2 簡易油耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，該公司的26臺(tái)車輛全部為卡車，平時(shí)基本上只在公路上運(yùn)行，極少在路況惡劣的道路上行駛，這意味著油箱內(nèi)汽油液面的狀態(tài)相對平穩(wěn);而26臺(tái)卡車的油箱油浮子全部都是電阻型油浮子，即油浮子的浮動(dòng)對應(yīng)不同的電阻值，車輛啟動(dòng)時(shí)候輸出為電壓信號(hào)，輸出電壓范圍0.1-4v，輸出形式統(tǒng)一。

鑒于客戶的要求不高，本著經(jīng)濟(jì)節(jié)約的原則，本設(shè)計(jì)決定采取以下方案：軟件方面，采用exlive車務(wù)管理軟件;硬件方面，服務(wù)器采用自有電腦設(shè)置，GPS通訊模塊選擇購買美成通用B型GPS車機(jī)，油耗監(jiān)測器由濾波放大器和油浮子共同組成。整個(gè)油耗監(jiān)測系統(tǒng)如圖2所示。

圖2中exlive軟件由西安超越公司所開發(fā)，該軟件功能強(qiáng)大完全滿足現(xiàn)有客戶要求，而且開放端口，可以根據(jù)實(shí)際需要自行進(jìn)一步開發(fā)，可以免費(fèi)下載安裝使用。為了節(jié)約支出，自行申請域名并把自有電腦上設(shè)置為服務(wù)器。鑒于車輛工作時(shí)油浮子輸出電壓信號(hào)，故選擇購買美成通用B型GPS車機(jī)，該車機(jī)具有GPS定位及通訊功能，輸入端為模擬電壓信號(hào)，測量范圍0.1-31v，測量精度0.032v。

在油耗監(jiān)測器的方案選擇上，考慮到客戶要求和費(fèi)用因素，選取油箱上的油浮子作為檢測部件。此種油耗檢測的原理是把油浮子視作一個(gè)滑動(dòng)可變電阻，因?yàn)楫?dāng)油箱內(nèi)液面變化的時(shí)候油浮子會(huì)跟隨液面波動(dòng)，油浮子輸出端電阻也隨之變化，相當(dāng)于一個(gè)滑動(dòng)可變電阻。由于油浮子會(huì)隨著液面的波動(dòng)而起伏，容易觸發(fā)誤報(bào)，為此，特意另外增設(shè)了濾波放大電路板，以此來過濾擾動(dòng)并放大輸出信號(hào)，提高測量精度，這樣就可以解決油浮子精度不高的問題以及波動(dòng)問題。因此，本方案中油耗監(jiān)測器由兩部分組成：油浮子和濾波放大電路板。安裝時(shí)只要把濾波放大電路板接到油浮子的輸出電纜上即可，這樣既不破壞油箱又比較隱蔽，安裝也方便安全。為節(jié)約成本，濾波放大電路板的設(shè)計(jì)多采用貼片式器件，器件主要由LM224、穩(wěn)壓芯片、電解電容、貼片電阻、貼片電容等組成，單塊電路板的成品成本在200元以內(nèi)。

3 油耗監(jiān)測系統(tǒng)驗(yàn)證

簡易遠(yuǎn)程油耗監(jiān)測系統(tǒng)安裝完成之后，在客戶的物流車輛上進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證。結(jié)果顯示，軟件功能方面完全滿足客戶需求。對油耗的監(jiān)測具有良好的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性。當(dāng)車輛處于上下坡、初啟動(dòng)、急剎車狀態(tài)時(shí)，由于濾波放大器的作用，做到了30秒內(nèi)無誤報(bào)的良好效果，功能上絲毫不遜色于打孔式桿狀油耗監(jiān)測器。非但價(jià)格上便宜許多，安全性、隱蔽性也更佳。

4 結(jié)語

本文以實(shí)際案例演示了簡易遠(yuǎn)程油耗監(jiān)測系統(tǒng)的分析過程、方案選取、設(shè)計(jì)原理。實(shí)踐驗(yàn)證表明，該簡易系統(tǒng)具有良好性價(jià)比、安全性、隱蔽性，安裝簡單，為業(yè)內(nèi)設(shè)計(jì)人員提供了一種新思路。