简约型远程油耗监测系统设计

王杰　谭英杰　徐敏

摘要：介绍了远程油耗监测系统的组成和工作原理，分析了几种常见油耗监测器的优缺点。结合实际案例，构建一套简约型油耗监测系统，该系统具有良好的性价比，为设计油耗监测系统提供了新思路。

关键词：远程油耗监测系统;油耗监测器;设计

中图分类号：TP393.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）05-0152-02

0 前言

随着我国经济的持续发展，物流运输业及工程机械行业也得到快速发展，但是随之而来的车辆偷油问题也越来越突出。相关企业因无法及时有效掌握每台车辆用油情况而导致的汽柴油损失问题日趋突出。为了解决油耗监控这一问题，远程油耗监测系统应运而生。

1 油耗监测系统简介

油耗监测系统是综合GPS通讯、传感器、计算机软件技术为一身的自动化检测设备，在充分运用现有软硬件技术的基础上，实现了真正意义上的油耗远程实时自动监控。一套完整的油耗监测系统包括油耗监测器、GPS通讯模块、后台服务器、互联网和用户操作软件等，如图1所示。

其中油耗监测器一方面与车辆油箱直接（或间接）相连，对油箱的油量进行实时监测;另一方面与GPS通讯模块相连，把监测信号传递给GPS通讯模块。GPS通讯模块接负责收发数据。后台服务器装有专用服务软件，负责记录、保存数据，并进行必要的数据处理，发送命令给GPS通讯模块。用户可以通过软件操作界面访问服务器查看车辆行驶记录、油耗记录等信息。实际工作时，油耗监测器都是把测得的汽油数值转换成电信号输出，在后台服务器上通过软件计算出对应油量，通过比较油量变化是否正常，进而判断出是否处于漏油或被偷油状态。

当前市场上的油耗监测器有这几类：打孔式杆状油耗监测器，超声波油耗监测器，ECU（车辆电子控制单元，又称“行车电脑”）油耗监测器。杆状油耗监测器目前应用范围最广，使用时需要对油箱进行打孔，然后固定在油箱上。杆状油耗监测器的缺点是必须在油箱上打孔安装，破坏了油箱的密封性，存在安全隐患，而且隐蔽性不够好，容易被破坏。超声波油耗监测器，是利用超声波来测量油箱液面高度的，通常安装在油箱底部，优点是无需打孔不破坏油箱结构，缺点是动态性能不够稳定，价格较贵。ECU油耗监测器，此种方式是通过ECU读取发动机工作时的喷油量来计算车辆实际耗油量，其优点是无需在车辆上安装其它外接设备，而直接从原车行车电脑中获取油耗数据。但目前仅有部分发动机厂商在部分型号车辆上开放ECU喷油量数据，因此ECU油耗监测器应用范围很窄。

2 简易油耗监测系统设计

2.1 客户需求分析

受某物流公司委托，要求设计并安装一套油耗监测系统，具备以下主要功能：GPS定位及轨迹回放功能，记录油箱加油及消耗过程，异常漏油自动报警功能，车辆故障自动报警功能，年月周日资料汇总分析功能等。除了上述要求之外，该公司还明确提出：不得在油箱上打孔，不得改变车辆原有设备架构;经费开支上尽可能经济节约。

详细沟通之后发现：客户需要一套油耗远程监测系统，其最为关注的问题是对偷油、漏油等突发事件能及时报警，减少异常油耗损失。之前该公司曾装过打孔式油耗监测器，但是多次出现故障或损坏，因此，该公司要求新的油耗监测系统不需要打孔即可安装，而且最好足够隐蔽。近几年物价上涨，该公司经营也日渐艰难，目前还有26台运输车辆，仅处在微利的状态，希望通过严控油耗的方式提升利润空间。

2.2 简易油耗监测系统设计

统计发现，该公司的26台车辆全部为卡车，平时基本上只在公路上运行，极少在路况恶劣的道路上行驶，这意味着油箱内汽油液面的状态相对平稳;而26台卡车的油箱油浮子全部都是电阻型油浮子，即油浮子的浮动对应不同的电阻值，车辆启动时候输出为电压信号，输出电压范围0.1-4v，输出形式统一。

鉴于客户的要求不高，本着经济节约的原则，本设计决定采取以下方案：软件方面，采用exlive车务管理软件;硬件方面，服务器采用自有电脑设置，GPS通讯模块选择购买美成通用B型GPS车机，油耗监测器由滤波放大器和油浮子共同组成。整个油耗监测系统如图2所示。

图2中exlive软件由西安超越公司所开发，该软件功能强大完全满足现有客户要求，而且开放端口，可以根据实际需要自行进一步开发，可以免费下载安装使用。为了节约支出，自行申请域名并把自有电脑上设置为服务器。鉴于车辆工作时油浮子输出电压信号，故选择购买美成通用B型GPS车机，该车机具有GPS定位及通讯功能，输入端为模拟电压信号，测量范围0.1-31v，测量精度0.032v。

在油耗监测器的方案选择上，考虑到客户要求和费用因素，选取油箱上的油浮子作为检测部件。此种油耗检测的原理是把油浮子视作一个滑动可变电阻，因为当油箱内液面变化的时候油浮子会跟随液面波动，油浮子输出端电阻也随之变化，相当于一个滑动可变电阻。由于油浮子会随着液面的波动而起伏，容易触发误报，为此，特意另外增设了滤波放大电路板，以此来过滤扰动并放大输出信号，提高测量精度，这样就可以解决油浮子精度不高的问题以及波动问题。因此，本方案中油耗监测器由两部分组成：油浮子和滤波放大电路板。安装时只要把滤波放大电路板接到油浮子的输出电缆上即可，这样既不破坏油箱又比较隐蔽，安装也方便安全。为节约成本，滤波放大电路板的设计多采用贴片式器件，器件主要由LM224、稳压芯片、电解电容、贴片电阻、贴片电容等组成，单块电路板的成品成本在200元以内。

3 油耗监测系统验证

简易远程油耗监测系统安装完成之后，在客户的物流车辆上进行实践验证。结果显示，软件功能方面完全滿足客户需求。对油耗的监测具有良好的实时性与准确性。当车辆处于上下坡、初启动、急刹车状态时，由于滤波放大器的作用，做到了30秒内无误报的良好效果，功能上丝毫不逊色于打孔式杆状油耗监测器。非但价格上便宜许多，安全性、隐蔽性也更佳。

4 结语

本文以实际案例演示了简易远程油耗监测系统的分析过程、方案选取、设计原理。实践验证表明，该简易系统具有良好性价比、安全性、隐蔽性，安装简单，为业内设计人员提供了一种新思路。