一種采用WUSB的物流車輛油耗監控系統

吳志勇 鞠傳香

(山東理工大學計算機科學與技術學院，山東 淄博 255049)

0 引言

相關數據表明，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，燃油消耗已成為計算運營成本需要考慮的重要因素。在現有對重型卡車的燃油管理中，定額管理方式較為常見，即根據路程公里數配給燃油。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，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，這就可能導致將“余量”轉手他人以謀取個人經濟利益。長期以來，由物流企業中人為因素引起的燃油消耗虛高成為常態，這也是物流系統亟待解決的問題之一。而隨著信息化技術的發展，通過車載設備對油耗進行實時或離線監控已成為可能。

本系統將嵌入式車載智能終端附著于物流車輛，通過智能設備實時采集行車油耗信息并存儲于本地。當物流車輛歸隊后，通過無線 USB(wireless USB，WUSB)將油耗數據傳送到數據服務中心［2］。

1 系統概述

物流車輛油耗監控系統包括下位機嵌入式車載智能終端、上位機車隊管理子系統和上位機無線USB數據采集子系統三部分［3］，系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構Fig.1 Structure of the system

下位機嵌入式車載智能終端作為監控設備，附著于物流車輛。通過油耗傳感器采集數據并存儲于本地。當物流車輛歸隊后，油耗數據通過WUSB發送到上位機。上位機車隊管理子系統作為用戶前臺客戶端，為用戶提供用戶管理、角色管理、權限管理、車輛信息管理、駕駛員信息管理、用車申請、派車、出車登記、油耗預算、油耗數據采集、油耗統計、車輛保單管理、車輛違紀管理、車輛事故管理以及綜合數據查詢分析等功能。

通過油耗數據采集模塊，用戶可以控制WUSB數據采集子系統的啟動和停止。上位機WUSB數據采集子系統作為中間設備，負責數據采集，用戶可通過客戶端軟件控制WUSB設備，向下位機發送控制命令或接收下位機傳輸的數據，并存入數據庫。

2 無線USB通信協議

上位機數據采集系統與下位機終端設備間的通信方式均采用主從方式，所有通信都由上位機數據采集子系統的無線USB設備發起，由下位機終端設備作出響應［4］。

2.1 協議幀定義

為保證上位機與下位機的正常通信，協議中定義了命令幀、數據幀、握手幀、錯誤幀和結束幀五種幀格式。幀格式中的CRC校驗由硬件完成。

①命令幀:由上位機無線USB數據采集子系統發出，車載智能終端設備據此上傳不同意義的數據。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數據幀:由車載智能終端設備發出，由上位機WUSB數據采集模塊接收，其格式如表3所示。

表3 數據幀格式Tab.3 Format of the data frame

③握手幀:由上位機WUSB數據采集模塊發出，由車載智能終端設備接收并返回相同的命令作為應答，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結束幀:由上位機WUSB數據采集模塊發出，用來通知車載智能終端設備通信結束，并轉入其他工作狀態，其格式如表5所示。

表5 結束幀格式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設備向下位機發送握手幀，進入連接應答狀態。如果在規定的時間內，上位機接收到下位機的應答幀，則建立連接成功;否則連接失敗。連接成功建立后，通過WUSB設備向下位機發送讀寫命令幀。如果數據接收正常，則通信完成;否則通信失敗，需要重新發送命令。

2.3 工作模式轉換

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

圖4 工作模式轉換圖Fig.4 Conversion of the working modes

3 主機應用程序

主機應用程序又稱界面應用程序，它是在Visual C++6.0環境下開發的，軟件采用模塊化設計，可根據不同的功能模塊設計相應的軟件，使系統具有很好的裁剪性［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送設定的目標參數及控制指令，并接收油耗數據，分析、顯示數據結果［6－11］。該部分程序主要由動態鏈接庫和用戶應用程序組成，動態鏈接庫負責與無線USB功能驅動程序通信，并接受用戶應用程序的各種操作請求。用戶應用程序負責對所采集的數據進行顯示、分析和保存。

4 結束語

本文設計開發了一種采用WUSB的物流車輛油耗監控系統，通過離線采集嵌入式智能終端中的油耗數據，實現監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據準確，無線USB下載數據穩定。此外，系統具有成本低、離線采集數據安全性高和簡單易用等特點，對系統普及應用具有重要意義。

［1］鄺光榮.物流企業燃料消耗情況調查［J］.中國物流與采購，2010(11):44－48.

［2］付百學，于春鵬，張德生.汽車油耗檢測方法研究［J］.黑龍江工程學院學報，2010(6):4－7.

［3］汪春華，劉全周，王文揚.基于LPC2362帶GPS功能汽車行駛記錄儀的開發［J］.電子技術應用，2010(3):35－37.

［4］《汽車行駛記錄儀》起草工作組.GB/T 19056－2003汽車行駛記錄儀實施指南［S］.北京:中國標準出版社，2003.

［5］張玉付.計算機油耗管理決策系統［J］.長沙交通學院學報:自然科學版，1995(3):62－66.

［6］楊申，陳偉.基于無線USB的數據采集系統［J］.儀器儀表學報，2004，25(4):55 －517.

［7］姜印平，錢振洋，趙欣華，等.車載油耗測量系統的研究［J］.電子測量與儀器學報，2010(2):190－194.

［8］劉余，孟小華.嵌入式智能家居終端通信模塊的設計與實現［J］.計算機工程與設計，2010(8):1689－1692.

［9］李允，熊光澤.嵌入式系統的功耗管理技術研究［J］.單片機與嵌入式系統應用，2001(12):21－25.

［10］牟迪，陳少華，高翔，等.基于WUSB的機載導彈自動測試系統設計［J］.彈箭與制導學報，2010(5):238 －240.

［11］李亮，張維強.基于 WUSB的數據采集系統設計［J］.工業控制計算機，2007(20):21－24.

［12］車艷雙，李民贊，鄭立華.基于GPS和PDA的移動智能農田信息采集系統開發［J］.農業工程學報，2010，26(2):109 －114.

［13］趙勇.高速公路交通異常事件監控節點設計［J］.西安郵電學院學報:自然科學版，2011，16(3):81 －84.

［14］師曉敏，朱名日.基于CAN和CC1100的嵌入式遠程測控系統的設計［J］.儀表技術與傳感器，2009(2):53 －55.