簡約型遠程油耗監測系統設計

王杰　譚英杰　徐敏

摘要：介紹了遠程油耗監測系統的組成和工作原理，分析了幾種常見油耗監測器的優缺點。結合實際案例，構建一套簡約型油耗監測系統，該系統具有良好的性價比，為設計油耗監測系統提供了新思路。

關鍵詞：遠程油耗監測系統;油耗監測器;設計

中圖分類號：TP393.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）05-0152-02

0 前言

隨著我國經濟的持續發展，物流運輸業及工程機械行業也得到快速發展，但是隨之而來的車輛偷油問題也越來越突出。相關企業因無法及時有效掌握每臺車輛用油情況而導致的汽柴油損失問題日趨突出。為了解決油耗監控這一問題，遠程油耗監測系統應運而生。

1 油耗監測系統簡介

油耗監測系統是綜合GPS通訊、傳感器、計算機軟件技術為一身的自動化檢測設備，在充分運用現有軟硬件技術的基礎上，實現了真正意義上的油耗遠程實時自動監控。一套完整的油耗監測系統包括油耗監測器、GPS通訊模塊、后臺服務器、互聯網和用戶操作軟件等，如圖1所示。

其中油耗監測器一方面與車輛油箱直接（或間接）相連，對油箱的油量進行實時監測;另一方面與GPS通訊模塊相連，把監測信號傳遞給GPS通訊模塊。GPS通訊模塊接負責收發數據。后臺服務器裝有專用服務軟件，負責記錄、保存數據，并進行必要的數據處理，發送命令給GPS通訊模塊。用戶可以通過軟件操作界面訪問服務器查看車輛行駛記錄、油耗記錄等信息。實際工作時，油耗監測器都是把測得的汽油數值轉換成電信號輸出，在后臺服務器上通過軟件計算出對應油量，通過比較油量變化是否正常，進而判斷出是否處于漏油或被偷油狀態。

當前市場上的油耗監測器有這幾類：打孔式桿狀油耗監測器，超聲波油耗監測器，ECU（車輛電子控制單元，又稱“行車電腦”）油耗監測器。桿狀油耗監測器目前應用范圍最廣，使用時需要對油箱進行打孔，然后固定在油箱上。桿狀油耗監測器的缺點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，優點是無需打孔不破壞油箱結構，缺點是動態性能不夠穩定，價格較貴。ECU油耗監測器，此種方式是通過ECU讀取發動機工作時的噴油量來計算車輛實際耗油量，其優點是無需在車輛上安裝其它外接設備，而直接從原車行車電腦中獲取油耗數據。但目前僅有部分發動機廠商在部分型號車輛上開放ECU噴油量數據，因此ECU油耗監測器應用范圍很窄。

2 簡易油耗監測系統設計

2.1 客戶需求分析

受某物流公司委托，要求設計并安裝一套油耗監測系統，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，異常漏油自動報警功能，車輛故障自動報警功能，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備架構;經費開支上盡可能經濟節約。

詳細溝通之后發現：客戶需要一套油耗遠程監測系統，其最為關注的問題是對偷油、漏油等突發事件能及時報警，減少異常油耗損失。之前該公司曾裝過打孔式油耗監測器，但是多次出現故障或損壞，因此，該公司要求新的油耗監測系統不需要打孔即可安裝，而且最好足夠隱蔽。近幾年物價上漲，該公司經營也日漸艱難，目前還有26臺運輸車輛，僅處在微利的狀態，希望通過嚴控油耗的方式提升利潤空間。

2.2 簡易油耗監測系統設計

統計發現，該公司的26臺車輛全部為卡車，平時基本上只在公路上運行，極少在路況惡劣的道路上行駛，這意味著油箱內汽油液面的狀態相對平穩;而26臺卡車的油箱油浮子全部都是電阻型油浮子，即油浮子的浮動對應不同的電阻值，車輛啟動時候輸出為電壓信號，輸出電壓范圍0.1-4v，輸出形式統一。

鑒于客戶的要求不高，本著經濟節約的原則，本設計決定采取以下方案：軟件方面，采用exlive車務管理軟件;硬件方面，服務器采用自有電腦設置，GPS通訊模塊選擇購買美成通用B型GPS車機，油耗監測器由濾波放大器和油浮子共同組成。整個油耗監測系統如圖2所示。

圖2中exlive軟件由西安超越公司所開發，該軟件功能強大完全滿足現有客戶要求，而且開放端口，可以根據實際需要自行進一步開發，可以免費下載安裝使用。為了節約支出，自行申請域名并把自有電腦上設置為服務器。鑒于車輛工作時油浮子輸出電壓信號，故選擇購買美成通用B型GPS車機，該車機具有GPS定位及通訊功能，輸入端為模擬電壓信號，測量范圍0.1-31v，測量精度0.032v。

在油耗監測器的方案選擇上，考慮到客戶要求和費用因素，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滑動可變電阻，因為當油箱內液面變化的時候油浮子會跟隨液面波動，油浮子輸出端電阻也隨之變化，相當于一個滑動可變電阻。由于油浮子會隨著液面的波動而起伏，容易觸發誤報，為此，特意另外增設了濾波放大電路板，以此來過濾擾動并放大輸出信號，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問題。因此，本方案中油耗監測器由兩部分組成：油浮子和濾波放大電路板。安裝時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。為節約成本，濾波放大電路板的設計多采用貼片式器件，器件主要由LM224、穩壓芯片、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。

3 油耗監測系統驗證

簡易遠程油耗監測系統安裝完成之后，在客戶的物流車輛上進行實踐驗證。結果顯示，軟件功能方面完全滿足客戶需求。對油耗的監測具有良好的實時性與準確性。當車輛處于上下坡、初啟動、急剎車狀態時，由于濾波放大器的作用，做到了30秒內無誤報的良好效果，功能上絲毫不遜色于打孔式桿狀油耗監測器。非但價格上便宜許多，安全性、隱蔽性也更佳。

4 結語

本文以實際案例演示了簡易遠程油耗監測系統的分析過程、方案選取、設計原理。實踐驗證表明，該簡易系統具有良好性價比、安全性、隱蔽性，安裝簡單，為業內設計人員提供了一種新思路。