CN102435260A - 一种车载油量监测仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种用于汽车的油箱油量的监测装置，它包括单片机系统、超声波发射模块、超声波接收模块、无线通讯模块、显示模块以及接口电路等，车辆行驶过程中，车载终端系统对超声波模块测量的油箱液位进行数学换算，计算出车辆的油量状态，以及单位时间内油耗的变化，通过无线通讯的方式实时数据传输，将数据发送到车载终端进行实时检测。当车载终端电源发生意外断电时，自动转换到终端内部电源，并按时发送报警数据，直到接到监控终端的终止命令。本发明使得驾驶员可以实时查看剩余油量，保证行驶安全，并根据实时耗油量可以判断出发动机的状态，提高了汽车的安全性。

Description

一种车载油量监测仪

(一)技术领域

本发明涉及的是一种汽车的仪器仪表装置，具体地说是一种汽车的油量实时监测装置。 

(二)背景技术

对于依赖车辆的企业来说，油料的管理是关系到企业的生存和发展的最关键也是最困难的问题，即如何掌握和控制油料消耗。其中“偷油”和“虚报”是最常见，又最难发觉的不良现象。据不完全统计，因“偷油”和“虚报”等造成的损失平均占总经营成本的10-15％，即每台车辆年增加成本4000-10000元；严重的企业甚至高达50％，即每台车辆年增加成本达2-3万元。每年企业中车辆使用费用达到数千万元，其中超半数是油料消耗。而油料消耗中又有相当比例的“跑、冒、漏”等不良现象。 

2004年公开的吉林大学硕士学位论文《某型飞机燃油系统油量测量仪的研制》利用电容式传感器和热敏电阻作为传感器，设计相应的电路测量飞机油箱的油量，但是相应的电路设计总存在电压电流的转换，作为油料的测量具有一定的危险性。微计算机信息于2011年第27卷第1期中刊登的《基于单片机的油量数据采集与监测系统设计》利用单片机可以对外来脉冲计数的功能，将转变为脉冲信号的油量进出信号，通过一定的处理在液晶屏上显示出来。但是需要对油箱进行相应改动，不易实现。2006年公开的吉林大学的硕士学位论文《超声波油量测量仪的研究》采用硬件电路传输超声波信号，不适用于车载系统中。 

本发明设计的车载油量监测仪基于超声波传输技术与无线通信技术，不需要对现有汽车结构进行改动，可直接安装于汽车中，可以实现对汽车油量的实时监测，防止漏油或者偷油，并根据实时油耗可以判断发动机的性能。 

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、紧凑，利用无线通信技术和超声波测距技术实现对汽车油量的监测装置。 

本发明的目的是这样实现的： 

它包括无线通信模块、超声测距模块、电源模块以及单片机系统。超声测距模块通过返回的超声波信号判断液位，并通过设计的算法计算出液位高度，通过单片机系统转化为无线通信信号，发送到汽车显示仪表，实时显示汽车的液位以及实时耗油量。电源模块用于给系统供电。 

本发明的工作原理为： 

车载油量测量仪是根据“回波测距”的原理设计的。由超声波的发射器发射超声波，声 波遇到障碍物后反射，由超声波接收器接收。测出从超声波发射脉冲串至接收到回波信号的传输时间，即渡越时间，超声波在同一种介质中的传输速度是不变的，那么由渡越时间和声速，就可算出要测的距离。由于车内噪声以及各种复杂信号干扰较大，故采用以SI4432为核心的无线模块进行数据通信，通过对该芯片的功率放大及信号处理，可以实现现场的数据传输要求。并且设计了匹配滤波器滤除环境中的电磁干扰，保证测试信号的无损接收。 

本发明的主要动作过程如下： 

在超声波油量测量仪开始测距前需要通过键盘输入一些相关参数，以便能按照要求计算出距离，进而计算出油的重量、体积等数据。启动超声波油量测量仪测距时，首先由单片机发出40KHz的脉冲串，每20个脉冲为一串，脉冲串通过超声波发射电路驱动超声波发射换能器发出超声波。单片机在发送脉冲的同时开始计时，超声波遇到障碍物后的回波被超声波接收换能器接收，其输出的正弦波经过两级放大，再经过电压比较器和D触发器产生中断信号中断单片机的计时，这样就得到了超声波的传输时间，然后在中断服务程序中根据测出的时间计算出距离。中断返回后再发送下一串脉冲。如此反复，每测出五个距离就取一次平均值存储并显示。 

停止测量后，可以通过无线通讯向上位机传输数据这样不但减少了测量过程中的人工干预，为测量带来了方便，而且还便于管理。 

(四)附图说明

图1是本发明的结构示意图。 

图2是超声波测量的示意图。 

图3是无线模块工作的示意图。 

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述： 

系统由车载终端、无线通信网络、嵌入式控制器及监控终端组成。车载终端主要实现对车辆油耗数据的实时采集功能，无线通信网络完成信息的交互，控制器完成与车载终端及监控终端的连接及数据存储，监控终端完成对车辆油量变化的监控，系统的总体结构如图1所示。 

超声波油量测量仪的发射器和接收器是安装在油箱的顶盖上，即在油箱的顶部.用超声波测量油箱的油量，实际就是要测量油箱到油面的距离，由此算出油箱油的高度，进一步计算出油的体积和重量。 

从超声波发射器发出的超声波，经气体介质的传播，传到接收器的时间，就是渡越时间.如图2所示，要测量油箱内油的高度h，先要测量箱顶到油面的距离l，转化为测量渡越时间T，若超声波的传播速度为u，罐的总高度为H，则：。每隔一定的时间发射一串超声波脉冲，在发射脉 冲串的同时开始单片机定时器计时，在接收器接收到反射信号时，停止单片机计时.单片机定时器所记的时间，就是渡越时间，代入式中，就可以算出油面的高度。 

无线通信模块采用nRF905模块。nRF905是32脚封装(32L QFN 5x5mm)，供电电压为1.9～3.6V，工作于433/868/915MHz三个ISM(工业、科学和医学)频道。可自动处理字头和CRC(循环冗余码校验)。微处理器可以通过SPI接口及相关指令访问nRF905的寄存器。功耗低，高抗干扰GFSK调制，可跳频，载波检测输出，地址匹配输出以及数据就绪输出。nRF905适用于遥感、遥测、无线抄表、工业数据采集以及家庭自动化等领域。 

MOSI/MISO是发射/接收数据的通道；TRX_CE，TX_EN是收/发通道的控制端；PWR_UP是工作模式控制端；CSN、SCK为串行接口控制端；CD是接收模式下载波监测信号输出端；AM是接收到正确的数据包地址后芯片指示信号的输出端；DR是发射完一个数据包后芯片指示信号的输出端；uPCLK是芯片提供的一个可设置的时钟源信号输出端；ANT1和ANT2用于天线部分；XC1和XC2外接电路构成了晶体振荡电路。nRF905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器、功率放大器、通信协议控制等模块，曼彻斯特编码/解码由片内硬件完成，无需用户对数据进行曼彻斯特编码，因此使用非常方便。可自动处理字头和CRC(循环冗余码校验)，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便。由于nRF905采用抗干扰能力强的高斯频移键控(GFSK)调制方式，抗干扰能力强，能很好的减少噪声环境对系统性能的干扰。如图3所示，内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器功率放大器等模块，曼彻斯特编码/解码由片内硬件完成。 

nRF905在发送数据前进入接收状态，进行载波检测，在确定通道未被占用(CD信号为低)后发送数据。nRF905设置成自动重发模式，nRF905连续发送数据500ms后进入接收状态，在之后的1s时间等待数据集中器的应答信息。如果15后收到数据集中器发送来的数据(DR信号为高)则进行数据处理。如果15后没有收到数据集中器发送来的数据(DR信号为低)可以选择放弃此次接收，等待下一个发送周期的到来，也可以选择重新发送此次数据。在本设计中如果没有接收到数据则置重新发送标志位为“1”，nRF905再次发送此数据，直到接收到数据集中器的应答信息。 

Claims (2)

1.一种车载油量监测仪，包括无线模块、超声波模块、电源模块、单片机系统，其特征在于将超声模块放置于油箱顶端进油口处，利用超声波探测油箱液位，并通过单片机将探测液位距离设置为无线通讯协议，利用无线模块发送给仪器仪表，实时显示油量及油耗。

2.根据权利要求1所述的车载油量监测仪，其特征在于利用超声波测液位，通过无线模块发送数据，并可在驾驶室仪表盘实时显示。 

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