燃油管控跟蹤系統在礦山企業的應用研究

韓勇++黃曉婷++陳志坤++孫潔

摘 要：由于車輛機動性強、管理難度大、能源消耗難控制，在加油站管理方面和油料入庫管理方面，無法實現對油料計量的針對管理，這對單位在油料成本計量上的管理造成極大不便，也導致企業經營成本的增加。該運用成熟的GPS車輛管控系統、GPRS數據傳輸系統，同時融合油庫、油罐的自動化管理系統，實現對運營車輛的實時燃油管控與跟蹤，并對車輛燃油消耗進行精確的統計，以達到監督管理的目的。

關鍵詞：燃油管控 跟蹤 GPS GPRS

中圖分類號：F253.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（a）-0056-02

隨著燃油車輛運輸在國有礦山企業的廣泛應用，油料消耗成本過大已成為企業日漸凸顯的問題。由于車輛機動性強，管理難度大，導致能源的消耗無法得到控制，在油料入庫管理方面，目前沒有針對油料進行實時監控工作，沒有對油料入庫量的計量，這對單位在油料成本計量的管理造成極大不便，也導致企業經營成本增加。

近年來，網路通信技術和數據庫技術進入到生活的各個領域，在自動化裝備、技術、功能、規模等方面，油庫都得到很大提高，測量和控制裝置更新升級不斷，經歷從低級的單回路控制到高級復雜系統控制再到管控一體化的發展過程。該文運用GPS車輛管控系統、GPRS傳輸與油庫、油罐的自動化系統融合，實現了對車輛的燃油管控與跟蹤，實時監測統計，從而對油料管理監督工作起到關鍵性作用。

1 油耗管控系統

1.1 系統框架

系統通過油量數據采集器，得到耗油狀態曲線，實時對油箱剩余油量進行管控。傳感器通過GPRS網絡得到油量的消耗數據，并根據不同車型，建立耗油數學模型，以確保油耗管控的準確。

管控系統由油庫油耗管控、油槽運油控制、車輛油耗管控三大部分組成。（1）油庫管控系統：由石油公司將油料運輸到物管中心加油站，油罐內安裝液位計，向油罐加油時，液位計的數值隨之發生變化，并通過網絡將數據信息進行上傳，后臺進行數據記錄、處理與存儲。（2）油槽車輛運油管控系統：通過油槽車運輸油料，油槽車安裝流量計，用油車輛安裝液位計。車輛加油時，用油車輛通過插入IC卡方式進行加油，液位計數值發生變化，并將加油量相關數據信息，通過網絡進行上傳。（3）生產車輛運油管控系統：車輛直接進站加油，車輛油箱內安裝液位計。通過IC卡方式進行加油，車輛加油時，液位計發生變化，通過網絡進行數據上傳。

1.2 一車一卡加油管控措施

非生產車輛（小車）到加油站加油時，單位內涉及到的非生產車輛將被分配與車牌號對應的加油IC卡，并在經過改裝的加油站IC卡加油機上加油，同時給非生產車輛安裝液位計進行加油時油耗控制。

當車輛進入到加油站內，加油時插入IC卡，系統自動計算出最大加油量，并上傳加油站出油信息，然后系統自動統計出本卡對應的車輛歷次加油的數據。只有用IC卡時才能進行加油操作，不支持手工加油方式。

1.3 油量管控及報警措施

（1）停車（坡道、水平道路）熄火偷油。

現象：車輛停車熄火進行抽油。

報警原理：車輛停車熄火狀態，油位下降超出誤差油耗標準值，進行報警。

（2）停車（坡道、水平道路）怠速偷油。

現象：在車輛回油管中間掐斷，并安裝帶閥門的三通管，車輛打火前在三通管處掛一個油桶并打開閥門，進行車輛打火操作并保持車輛怠速狀態，大部分油料通過三通管流入油桶中。

報警原理：計算車輛怠速單耗，若車輛怠速單耗超過標準值，進行報警。

（3）車輛行駛中緩慢偷油。

現象：在車輛回油管中間掐斷，并安裝上帶閥門的三通管，車輛打火前在三通管處掛一個油桶并打開閥門，車輛正常行駛中會有部分油料通過三通管流入油桶中。

報警原理：計算車輛單耗，若車輛單耗超過標準單耗值，進行報警。

（4）加油站偷油。

現象：車輛在加油站加油，向車輛油箱中加部分燃油，向油桶中加部分燃油，進行偷油操作。

報警原理：計算加油機的出油量和車輛液位上升的油量，判斷兩者是否相同，不相同則進行報警。

通過GPS數據信息、以及通過油位計得到的油位信息進行綜合分析，可以得出所有燃油使用可能出現的所有情況，如表1。

在車輛靜止狀態下，分析得到靜止時間段內的油量變化信息，即對車輛停止到車輛開始運行時間段內的油耗信息進行分析。

根據測試的不同車型，對數據進行分析，對模型進行整合，將其按照車型進行存儲，形成耗油數學模型庫，對于甲方新引進的車型，甲方提供測試車輛，可以通過乙方進行油耗數學模型建立，保證模型庫的完整和更新。

2 汽車油耗監控系統

汽車油耗實時監控系統包括油量數據采集器、無線射頻抄表器和PC機軟件，該系統能對汽車的油耗進行實時監控。具體過程是，油量數據采集器對汽車的耗油進行記錄，然后由無線射頻抄表器傳送至PC機，從而實現汽車油耗的監控。

2.1 油量數據采集器

汽車的油耗實時監控系統采用油量數據采集器。在汽車的行駛過程中，油量采集器會實時記錄汽車油耗，時鐘芯片ISL1208輸出的外部中斷會對采樣周期加以控制，該芯片的報警功能很強大，將其設置成任意的時鐘/日歷值皆可。其工作原理是：將ISL1208設置成每5min報警一次，報警后會輸出一個下降沿引發外部中斷，89C51會加以響應，這樣就實現了汽車油量數據采樣及時鐘數據的采集。

油量信號響應過程稍長，為避免其他干擾，該設計中采用如圖2所示的A/D轉換電路，其中R1有電流保護作用，能防止電流過大燒壞器件，R1與R2組成低頻濾波電路，D1和D2則具有過壓保護作用。ADC0831會對處理后的電壓信號進行A/D轉換，該芯片采用逐次逼近式轉換結構，為串行A/D轉換芯片，它僅需CCS、CLK、DO三根線，就可與單片機89C51對接，其中CS為片選信號，由P3.5引腳控制，低電平有效；CLK為時鐘信號；DO為A/D轉換數據串行輸出。endprint

2.2 油量數據存儲器

汽車油量數據存儲器的主要作用是將采集器記錄的油量消耗數據加以保存，以備PC機分析、處理與應用。油量數據存儲器一般選用CAT24WC64的64k串行存儲器，內部有8192個字節，支持12C總線數據傳輸協議。系統實時記錄油耗數據，要把采集到的樣值與對應的時鐘值均記錄在存儲器中。

2.3 無線射頻抄表器

一般情況下，采集器都安裝在大型運輸車輛上，為了便于隨時讀取數據，通常采用無線射頻抄表器采集數據。這種抄表器能定期、定時采集汽車油耗情況的相關數據。無線抄表依賴無線傳輸模塊，能增強汽車油耗實時監控系統的可靠性。一般選用以Nrf401為核心的PTR2000模塊來提高無線射頻的抗電磁干擾能力，該模塊一般采用433.92MHz和434.33MHz兩個工作頻段，能夠保證數據長距離傳輸，不但花費時間較少，而且能夠直接與單片機串行通信，可有效減少了電磁干擾。

3 GPS定位監控系統

安裝GPS終端，可以將全球定位技術、GPRS的數據傳輸功能以及計算機軟件（MIS）相結合，實現對車輛的各項靜態和動態信息的管理。

系統功能：

（1）將所有車輛同時顯示在一幅地圖上，系統會根據車輛的位置和數量自動調整地圖比例，直到所有車輛的實時位置和狀態都一目了然?？焖匍W動表示車輛正在運行，慢閃表示車輛停止。

（2）放大監控單臺車時，系統會以連續的藍色線條在地圖上描述監控對象的運行路線，每分鐘自動刷新車輛的實時狀態和位置，以確保向系統上傳的數據是最新的。若電子地圖上標注地點不詳細，可轉換至衛星地圖。

（3）車輛衛星地圖會顯示車輛周邊的道路和建筑物的清晰實體圖景。

（4）最新版的、及時更新的MapABC電子地圖能顯示車輛的位置和軌跡，以及車輛周邊的停車場、加油站、工廠及各種級別的公路等。

（5）可查詢任意時段的車輛行車軌跡，地圖自動以連續的藍色線條描述監控目標的運行路線，并可導出至EXCEL報表。系統可自動以動態形式回放車輛運行軌跡。

（6）行車里程及油耗。

系統輸出設定時段內車輛的開車時間、停車時間、行車里程以及相應的油耗情況。

（7）車輛停車地點分析。

系統可輸出設定時段內車輛的停車時間、地點以及時長。還可得出該段時間內該車的行駛里程、油耗、時間等，并將報表內容以Execl格式保存。

（8）車輛行駛報表。

在報表分析功能中，可根據系統記錄的信息生成多種實用報表，如停車報表、行車報表、超速報表、里程報表等等，并可將報表內容以Execl格式保存。

4 系統硬件結構

一期、二期車輛上安裝的車載GPS設備將車輛的實時GPS坐標和油耗數據通過GPRS或WCDMA等通信運營商的無線網絡傳到數據中心。司家營鐵礦和研山鐵礦之間利用現有的防火墻和互聯網線路建立了一條VPN通道，以便司家營鐵礦能訪問數據中心。燃油跟蹤系統單獨劃分vlan，司家營和研山之間的VPN隧道只涉及vlan，保證辦公系統互不干擾。

5 PC機軟件

汽車油耗實時監控系統對汽車的油耗監控通過PC機軟件實現，系統采用C#語言設計，具有如下功能：與抄表器進行通信、存儲數據并建立數據庫、數據表格顯示、數據曲線顯示等。

通訊功能由Visual C#2005里的serialPort來實現，首先打開通信端口，再設置通信的波特率等參數。該系統設置通信口波特率為2400bps、無奇偶校驗位，8位數據位，1位停止位。設置程序代碼如下：

this.serialPort1.BaudRate=Convert.ToInt32（2400）；//設置波特率

this.serialPort1.Parity=Parity.None；//設置為無奇偶校驗

this.serialPort1.DataBits=8；//設置每個字節的標準數據位長度為8

this.serialPort1.StopBits=StopBits.One；//設置為一位停止位

對串口的讀寫操作通過執行SerialPort.Read（）或SerialPort..Write（）來實現。將接收的數據存入數據庫文件中，采用Microsoft Access數據庫。軟件根據既定數據格式對數據進行分析處理，得出曲線圖。管理者通過曲線圖即可得知汽車一段時間的用油狀況。

6 結語

該文系統運用GPS、GPRS技術定位車輛、傳輸油耗數據和加油次數等信息到IC卡，成功完成了監控運行車輛的油耗問題。并利用單片機和計算機結合的優勢，通過89C51單片機控制油量數據采集器采集油耗數據，將所得數據以無線射頻傳輸方式實現無線抄表，再通過串口將數據輸入計算機中并加以分析，成功解決了燃油車輛難控制的問題，使企業更好的管理油量使用以及成本情況。

參考文獻

[1] 游心東.淺談汽車油耗實時監控技術應用[J].科技致富向導，2011（8）：231.

[2] 張爽，王堅，趙榮泳.汽車油耗實時監控系統的關鍵技術[J].電腦知識與技術，2009（32）：9077-9079.

[3] 王瑋.汽車油耗實時監控技術應用分析[J].電子技術與軟件工程，2013（12）：103.

[4] 王東升.混合動力汽車最小等效燃油消耗控制策略研究[D].大連理工大學，2013.

[5] 龍立剛.智能傳感器系統技術與應用[M].北京：機械工業出版社，2003.endprint