基于电容式液位传感器的油量监控系统

张东风, 杨智兵

(郑州宇通客车股份有限公司，郑州 450016)

油耗问题一直是客运、物流公司成本控制的难题。同一条路线，不同驾驶员因驾驶习惯不同，所消耗的油量也不同。为表扬先进、激励后进、降低运营成本，需要有设备进行准确的油耗计量。另外，在客车运营过程中，除了正常的油耗外，内部和外部人为因素导致的油量异常减少、虚开发票也是运营成本增加的一个主要原因。为控制此类事件的发生，也需要有专门的设备进行监控。

本文提出一种方案，通过高精度电容式液位传感器采集油位数据，通过中值滤波、差分算法实时计算油箱内的实时油量，准确判断油量异常减少事件和加油事件，并通过车载视频一体机把当前的油量信息、加油事件、油量异常减少事件上报到平台，为油量管理提供有效的依据[1-2]。

1 系统整体设计

基于电容式液位传感器的油量监控系统由以下四部分组成：电容式液位传感器、油量监控主机、视频一体机、V+监控平台[3]。电容式油位传感器负责实时检测油箱内的油位高度，并通过RS485总线发给油量监控主机；油量监控主机对液位高度数据进行处理，得出实时油量值、加油事件和偷油事件，并把这些数据发到CAN总线[4]；视频一体机从CAN总线上采集数据并上传到监控平台进行展示。油量监控系统框图如图1所示。

图1 油量监控系统框图

其中的电容式液位传感器(如图2所示)是由两个同心圆筒形极板组成的电容器。它通过测量两个极板间的电容值来计算液位高度[5-6]，并把液位高度转换成0～4 095间的数值发给监控主机计算油量。该传感器具有很高的分辨率和测量精度[7]，基于射频电容测量原理[8]自动校准，彻底解决不同地区因油的标号和温度差异引起的测量误差。传感器的主要技术参数如下：液位高度检测范围100～1 000 mm；液位检测分辨率0.1 mm；工作温度范围-50～+100 ℃；工作电压DC 5 V；承受油压范围-0.1～+0.1 MPa。

图2 电容式液位传感器

2 系统功能设计

2.1 油量检测系统功能设计

油量检测系统由电容式液位传感器和油量监控主机组成。液位传感器以200 ms的周期向监控主机发送t时刻实时液位高度ht，监控主机经过中值滤波得到t时刻准确的液位高度值Ht，然后根据液位高度和油量的关系K计算出油箱内的油量Vt，然后通过油量变化趋势，识别是否有加油和偷油事件发生[9]。若有加油或偷油事件，则进行告警，同时记录变化前的油量Vs，并在加油或偷油事件结束后，利用当时的油量Vt和变化前的油量Vs得出油量变化量。为避免误判加油和偷油事件，当识别到加油或偷油趋势时，应以1 s的周期连续判断5次，若均为该趋势时，则立即报警。

正常情况下，油量检测系统每隔30 s向CAN总线发送一次当前油量。如果发生加油或偷油事件，则立即触发告警报文，待事件结束后，再把油量的变化量发到CAN总线上。

2.2 油量上报系统功能设计

油量上报系统基于车载视频一体机。车载视频一体机集GPS、4G通信、视频监控、行驶记录仪等功能于一身[10]。当其从CAN总线上采集到油量报文后[11]，便对油量数据进行提取，连同当前的时间、经纬度信息一块封装在JT/T 808扩展协议中上传到 V+监控平台[12]。数据上传期间，当车载视频一体机不能正常连接V+监控平台时，则对上传的数据进行保存，待连接正常后优先上传当前的数据，然后再对保存的数据进行补传。

2.3 平台监控系统功能设计

平台监控系统基于B/S架构进行开发[13]，当其接收到油量报文后，便对数据进行解析入库，把不同种类的数据保存在不同报表中，并由专用的API接口对这些报表中的数据进行调用展示。图3为2020年3月27日至2020年3月31日的油量监控曲线，它由2 997条记录组成，横坐标为时间轴，因图的长度有限，仅截取了部分时间的记录进行显示；表1为这期间的油量变动记录，让客户直观了解到油量变化情况。同时结合整车里程数据，得到百公里油耗；表2为百公里油耗报表。

图3 平台实时油量监控曲线

表1 油量变动记录

表2 百公里油耗报表

3 结束语

该系统不仅能提供实时油量，也能对加油、偷油事件进行准确的判断，同时在平台端以报表和曲线图的方式进行展示，也方便了客户使用。经过长期稳定性测试，油量监控误差小于3%(油量小于100 L时，误差小于3 L)。目前该系统已有上百家客户使用，有效地防止了偷油、虚开发票现象的发生，为企业油耗管理提供了有效手段，降低了客户运营成本。