基于電容式液位傳感器的油量監(jiān)控系統(tǒng)

張東風(fēng), 楊智兵

(鄭州宇通客車(chē)股份有限公司，鄭州 450016)

油耗問(wèn)題一直是客運(yùn)、物流公司成本控制的難題。同一條路線，不同駕駛員因駕駛習(xí)慣不同，所消耗的油量也不同。為表?yè)P(yáng)先進(jìn)、激勵(lì)后進(jìn)、降低運(yùn)營(yíng)成本，需要有設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的油耗計(jì)量。另外，在客車(chē)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，除了正常的油耗外，內(nèi)部和外部人為因素導(dǎo)致的油量異常減少、虛開(kāi)發(fā)票也是運(yùn)營(yíng)成本增加的一個(gè)主要原因。為控制此類(lèi)事件的發(fā)生，也需要有專(zhuān)門(mén)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

本文提出一種方案，通過(guò)高精度電容式液位傳感器采集油位數(shù)據(jù)，通過(guò)中值濾波、差分算法實(shí)時(shí)計(jì)算油箱內(nèi)的實(shí)時(shí)油量，準(zhǔn)確判斷油量異常減少事件和加油事件，并通過(guò)車(chē)載視頻一體機(jī)把當(dāng)前的油量信息、加油事件、油量異常減少事件上報(bào)到平臺(tái)，為油量管理提供有效的依據(jù)[1-2]。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

基于電容式液位傳感器的油量監(jiān)控系統(tǒng)由以下四部分組成：電容式液位傳感器、油量監(jiān)控主機(jī)、視頻一體機(jī)、V+監(jiān)控平臺(tái)[3]。電容式油位傳感器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)檢測(cè)油箱內(nèi)的油位高度，并通過(guò)RS485總線發(fā)給油量監(jiān)控主機(jī)；油量監(jiān)控主機(jī)對(duì)液位高度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出實(shí)時(shí)油量值、加油事件和偷油事件，并把這些數(shù)據(jù)發(fā)到CAN總線[4]；視頻一體機(jī)從CAN總線上采集數(shù)據(jù)并上傳到監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行展示。油量監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 油量監(jiān)控系統(tǒng)框圖

其中的電容式液位傳感器(如圖2所示)是由兩個(gè)同心圓筒形極板組成的電容器。它通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)極板間的電容值來(lái)計(jì)算液位高度[5-6]，并把液位高度轉(zhuǎn)換成0～4 095間的數(shù)值發(fā)給監(jiān)控主機(jī)計(jì)算油量。該傳感器具有很高的分辨率和測(cè)量精度[7]，基于射頻電容測(cè)量原理[8]自動(dòng)校準(zhǔn)，徹底解決不同地區(qū)因油的標(biāo)號(hào)和溫度差異引起的測(cè)量誤差。傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下：液位高度檢測(cè)范圍100～1 000 mm；液位檢測(cè)分辨率0.1 mm；工作溫度范圍-50～+100 ℃；工作電壓DC 5 V；承受油壓范圍-0.1～+0.1 MPa。

圖2 電容式液位傳感器

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 油量檢測(cè)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

油量檢測(cè)系統(tǒng)由電容式液位傳感器和油量監(jiān)控主機(jī)組成。液位傳感器以200 ms的周期向監(jiān)控主機(jī)發(fā)送t時(shí)刻實(shí)時(shí)液位高度ht，監(jiān)控主機(jī)經(jīng)過(guò)中值濾波得到t時(shí)刻準(zhǔn)確的液位高度值Ht，然后根據(jù)液位高度和油量的關(guān)系K計(jì)算出油箱內(nèi)的油量Vt，然后通過(guò)油量變化趨勢(shì)，識(shí)別是否有加油和偷油事件發(fā)生[9]。若有加油或偷油事件，則進(jìn)行告警，同時(shí)記錄變化前的油量Vs，并在加油或偷油事件結(jié)束后，利用當(dāng)時(shí)的油量Vt和變化前的油量Vs得出油量變化量。為避免誤判加油和偷油事件，當(dāng)識(shí)別到加油或偷油趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)以1 s的周期連續(xù)判斷5次，若均為該趨勢(shì)時(shí)，則立即報(bào)警。

正常情況下，油量檢測(cè)系統(tǒng)每隔30 s向CAN總線發(fā)送一次當(dāng)前油量。如果發(fā)生加油或偷油事件，則立即觸發(fā)告警報(bào)文，待事件結(jié)束后，再把油量的變化量發(fā)到CAN總線上。

2.2 油量上報(bào)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

油量上報(bào)系統(tǒng)基于車(chē)載視頻一體機(jī)。車(chē)載視頻一體機(jī)集GPS、4G通信、視頻監(jiān)控、行駛記錄儀等功能于一身[10]。當(dāng)其從CAN總線上采集到油量報(bào)文后[11]，便對(duì)油量數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，連同當(dāng)前的時(shí)間、經(jīng)緯度信息一塊封裝在JT/T 808擴(kuò)展協(xié)議中上傳到 V+監(jiān)控平臺(tái)[12]。數(shù)據(jù)上傳期間，當(dāng)車(chē)載視頻一體機(jī)不能正常連接V+監(jiān)控平臺(tái)時(shí)，則對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，待連接正常后優(yōu)先上傳當(dāng)前的數(shù)據(jù)，然后再對(duì)保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)傳。

2.3 平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)進(jìn)行開(kāi)發(fā)[13]，當(dāng)其接收到油量報(bào)文后，便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析入庫(kù)，把不同種類(lèi)的數(shù)據(jù)保存在不同報(bào)表中，并由專(zhuān)用的API接口對(duì)這些報(bào)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用展示。圖3為2020年3月27日至2020年3月31日的油量監(jiān)控曲線，它由2 997條記錄組成，橫坐標(biāo)為時(shí)間軸，因圖的長(zhǎng)度有限，僅截取了部分時(shí)間的記錄進(jìn)行顯示；表1為這期間的油量變動(dòng)記錄，讓客戶直觀了解到油量變化情況。同時(shí)結(jié)合整車(chē)?yán)锍虜?shù)據(jù)，得到百公里油耗；表2為百公里油耗報(bào)表。

圖3 平臺(tái)實(shí)時(shí)油量監(jiān)控曲線

表1 油量變動(dòng)記錄

表2 百公里油耗報(bào)表

3 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)不僅能提供實(shí)時(shí)油量，也能對(duì)加油、偷油事件進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，同時(shí)在平臺(tái)端以報(bào)表和曲線圖的方式進(jìn)行展示，也方便了客戶使用。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試，油量監(jiān)控誤差小于3%(油量小于100 L時(shí)，誤差小于3 L)。目前該系統(tǒng)已有上百家客戶使用，有效地防止了偷油、虛開(kāi)發(fā)票現(xiàn)象的發(fā)生，為企業(yè)油耗管理提供了有效手段，降低了客戶運(yùn)營(yíng)成本。