CN103017856A - 汽车油箱油位异常检测与报传装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车领域，涉及一种汽车油箱油位异常检测与报传装置，包括电源电路、电流/电压变换电路、电压取样电路、ADC转换电路、GPS与GPRS二合一模块、GPS天线、GSM天线和SIM卡。电流/电压变换电路和电压取样电路分别从油箱已有电阻式燃油传感器获取油位信息，经ADC转换电路获得数字信息；利用GPS与GPRS二合一模中的MCU在车辆停止后以及停止期间进行油位数据的检测处理工作；车辆开动时，若发现停车时间段尾端比停车时间段始端的油位出现一定程度的下降，说明车辆在没有移动情况下油位出现异常，则向设定号码手机发送油位异常车牌号码和事发地点信息。本发明实现结构简单、成本低、可靠性高，为根除油箱放油的偷油现象提供了有效监管方法。

Description

汽车油箱油位异常检测与报传装置

技术领域

本发明属于汽车技术领域，特别是涉及一种汽车油箱油位异常检测与报传的装置。

背景技术

由于燃油价格高，使得个别人员因贪图私利在停车期间从汽车油箱放油的“偷油”现象时有发生，给车主或者车辆所在营运公司、车队造成了可观的损失。为了根除这种现象，在车辆没有移动的情况下对油箱油位下降超过一定阀值的异常现象检测并短信报告，可以让管理者对营运车辆的用油情况实现有效监管。

河南长润自动化系统有限公司的“基于GPS与GPRS的汽车油位监控系统”和佛山市浩捷电子仪器有限公司的“长途汽车油箱油位测量与监控专用仪”等产品,在车辆停止以及行驶的整个过程中实现了油箱油位变化的测量与测量数据的记录或报传工作，管理人员通过查看远程接收数据计算机上的油位数据变化图形，判断是否存在油位异常下降现象。然而，这些产品存在：实现结构复杂、含安全隐患、成本高、数据传输需要流量包月费用、容易被损毁而失效等缺陷；具体表现在以下4个方面：（1）这些产品都需要利用在油箱上额外装配价格非常高的专用油位传感器实现油位检测，而安装操作本身较为困难且存在安全隐患（曾发生油箱加装传感器后使用过程中爆炸的事例）；另外，由于传感器传输线外露，极易被人为破坏，一旦发生这种情况，整个检测仪器的作用将失效。（2）这些产品都多配置了一个MCU(微控制单元)，用以完成数据采集、记录或报传的控制、管理工作，增加了成本。（3）油位变化情况查看需要多配置至少一台接收数据的连网计算机，而且只有通过查看数据变化图形才能判断车辆油箱油位是否发生异常现象，既增加了成本，操作也不方便。（4）这些产品在车辆行驶过程中间隔性地向远程计算机发送流量较大的检测数据，需要通信流量包月费用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低、可靠性高的汽车油箱油位异常检测与报传装置，以解决车辆在停车期间因油箱放油而出现的油位异常检测与短信报传技术问题。当检测到油位异常并超过设定阀值时，通过短信向已经设定号码的管理者手机发送油位异常车辆的车牌号码和事件发生地点信息；管理人员根据接收信息可以电话查问驾驶人员为什么车辆油位出现异常，从而实现对车辆偷油现象的有效监管。

本发明所采用的技术方案是：

汽车油箱油位异常检测与报传装置，包括电源电路、SIM卡、GSM天线、GPS天线；其特征是：还包括GPS与GPRS二合一模块、电流/电压变换电路、电压取样电路、ADC转换电路，电源电路为电流/电压变换电路、分压取样电路、ADC转换电路、GPS与GPRS二合一模块供电；SIM卡连接GPS与GPRS二合一模块，GSM天线连接GPS与GPRS二合一模块的GSM天线接口，GPS天线连接GPS与GPRS二合一模块的GPS天线接口；电流/电压变换电路利用精密分流电阻串接在车辆油箱已有电阻式燃油传感器的连接线路中，再利用电流分流监视芯片把分流电阻上的压降转换为ADC转换电路的一路输入；分压取样电路跨接在电阻式燃油传感器的两端、获取电阻式燃油传感器的电压信息，经过电压钳位控制与电压跟随输出，作为ADC转换电路的另一路输入；GPS与GPRS二合一模块通过SPI接口、GPIO口线连接ADC转换电路，ADC转换电路具有2路同步采样功能及SPI接口。

上述汽车油箱油位异常检测与报传装置，其特征是：利用GPS与GPRS二合一模块中的MCU完成油位异常检测与报传控制工作；通过GPS部分获知车辆停止后（即车速降为0）以及停止期间，MCU在ADC转换电路每次转换完成时读取转换结果并运算求取燃油传感器瞬时阻值；同时对每2秒时间段内求得燃油传感器的多个瞬时阻值数据进行平滑滤波处理，得到一个较为真实反映油箱油位的平均数据，这些数据按顺序存于GPS与GPRS二合一模块储存器中；当车辆开动时（即车速大于0），则判别、比较存于GPS与GPRS二合一模块储存器中顺序数据中第二个数据与倒数第二个数据的大小，若后者比前者小且超过设定的阀值，说明车辆在没有移动的情况下车辆行驶前3-4秒与车辆停止后3-4秒的油箱油位相比发生了异常变化，MCU则以短信的形式通过GPRS部分向管理者手机发送油箱油位异常的车牌号码和事发地点的经纬度信息。

与现有技术相比，本发明以成本低、结构简单、可靠性高的突出优势解决了运输车辆所有者目前较为关注的停车期间从油箱放油的偷油管理问题。本发明既不需要在油箱上加装价格高、安装困难的专用油位传感器，也不需要单独配置用于检测与报传管理控制的MCU，以及查看油位变化图形的连网计算机，还不需要数据流量包月服务；由于GPS天线内置，GSM天线短小，只需要两根电源线和两根检测信号线外部连接，使得装置小巧，极易在车辆内部隐蔽安装；另外，车辆管理者可以随时随地通过手机获得油量异常的车辆信息与位置信息，以便及时对油位异常现象进行干预；再者，本发明装置如果被人为破坏，将会引起汽车燃油仪表指示异常，进而影响车辆的正常驾驶，从而警示有关人员不要轻易破坏本发明装置。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图。

图中1为电源电路、2为电流/电压变换电路、3为电压取样电路、4为ADC转换电路、5为GPS与GPRS二合一模块、6为GPS天线、7为GSM天线、8为SIM卡，9为油箱已有燃油传感器。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明一个最佳实施例：

本发明由电源电路1、电流/电压变换电路2、电压取样电路3、ADC转换电路4、GPS与GPRS二合一模块5、GPS天线6、GSM天线7和SIM卡8组成。而电阻式燃油传感器9是汽车油箱已有的部件，不属于本发明装置。

电源电路1为电流/电压变换电路2、电压取样电路3、ADC转换电路4和GPS与GPRS二合一模块5供电；电流/电压变换电路2与电压取样电路3分别获取电阻式燃油传感器9的电流与电压信息，再经ADC转换电路4转换变为相应数字量；GPS与GPRS二合一模块5中的MCU从模块的GPS部分获得车辆的速度与位置信息，当车速降为0及其停车期间，不断地读取ADC转换电路4转换的数字量结果，并进行运算、处理，而当车速大于0时，对油位变化进行判断，一旦发现油位异常，则利用GPRS部分向设定号码手机发送本车车牌号码及事发经纬度位置信息。

电源电路1把波动较大的汽车系统电源转化为本发明装置工作需要的稳定电源：电源输入采用功率MOSFETs RF1S9640SM，通过电压检测控制实现超限压即“关门”的输入过压保护，同时利用自恢复式熔断器进行过流保护；电压转换管理使用开关电源芯片LM2576HVS-ADJ为电流/电压变换电路2、电压取样电路3、ADC转换电路4、GPS与GPRS二合一模块5提供电流最高达2.5A的+4V工作电压，其输入电压范围宽，可达DC7-60V，满足车载设备用电要求。

电流/电压变换电路2将流经油箱已有电阻式燃油传感器9的电流量转化为ADC转换电路4可以转换的电压量，但不影响燃油传感器9及其燃油指示系统的正常工作。利用0.1Ω精密分流电阻串接在电阻式燃油传感器9的连接线路中，再利用电流分流监视芯片INA198对分流电阻上的压降进行变换，获得与流经电阻式燃油传感器9电流i成一定比例K1的电压模拟量V1，即V1=K1*i，作为ADC转换电路4的一路输入，这里K1与分流电阻阻值及INA198配置参数有关；INA198的共模电压范围为：–16V-+80V，保证了电流取样的安全、可靠性。

电压取样电路3将电阻式燃油传感器9两端的电压Vr转化为ADC转换电路4可以转换的电压量，但不影响燃油传感器9及其燃油指示系统的正常工作。利用阻值远远大于燃油传感器9阻值的两个合适电阻串联且并接于燃油传感器9的两端以获得燃油传感器9的电压信息，再以肖特基稳压二极管BZT52C2V7S钳位保护以及LM258实现的电压跟随器传输，获得ADC转换电路4可以转换的电压量V2，V2=K2*Vr，这里K2与燃油传感器9两端并接串联的两个电阻阻值有关。

ADC转换电路4完成同一时刻的电流/电压变换电路2的输出电压V1和电压取样电路3的输出电压V2模数转换工作。ADC转换芯片选用可以两路同步采样、分辨率达16位的MCP3901，它具有SPI接口，通过SPI接口向GPS与GPRS二合一模块5发送转换结果数据。

GPS与GPRS二合一模块5选用模块E950，其GPS天线接口连接GPS天线6，GSM天线接口连接GSM天线7，SIM卡8为GPS与GPRS二合一模块5提供通信网络商支持；除了SPI端口连接ADC转换电路4以外，其PWM输出引脚连接ADC转换电路4的OSC1/CLKI引脚，为ADC转换电路4提供工作时钟；同时GPIO1连接ADC转换电路4的复位控制引脚，GPIO2连接ADC转换电路4的转换状态输出引脚，GPS与GPRS二合一模块5的PWRKEY引脚通过4.7KΩ接地，即模块采用了上电即开机的工作模式。

通过对GPS与GPRS二合一模块5即E950进行程序二次开发，利用其中的MCU完成转换结果读取、运算处理、储存、比较以及异常发生时的短信播报管理、控制工作：从GPS部分获知车速降为0以及停车期间，MCU在ADC转换电路4每次转换完成时从SPI接口读取电压V1和V2的转换结果数据，并完成燃油传感器9瞬时电阻值计算，r=Vr/i=（K1/K2）*（V2/V1），该过程反复进行直到车辆行驶为止；其间，以每2秒时间段内获得的燃油传感器9的多个瞬时电阻值数据为一组进行平滑滤波处理，即去除4个最大值和4个最小值，其余数据则进行平均运算，获得较为真实反映油位的数值R，而所有R以顺序方式存于GPS与GPRS二合一模块5的储存器中；当MCU获知车速大于0即开始行驶时，则比较、判断存于GPS与GPRS二合一模块5储存器中序列数据第二个与倒数第二个数值的大小，如果后者小于前者且超过设定阀值，说明车辆行驶前3-4秒时间内（停车时间段的尾端）与车辆停止行驶后3-4秒时间内（停车时间段的始端）的油箱油位相比发生了一定程度的下降，这说明车辆没有移动的情况下，油箱油位发生异常，MCU则以短信形式向设定的手机号码发送油位异常的车牌号码和事发地点的经纬度信息。

连接好两根电源线和两根输入信号线，并插入SIM卡6，装置即可上电了；这时需要向SIM卡6的号码发送工作配置短信，如：##鲁Abcdef+08+13601234xyz##，说明本装置安装在车牌号码为鲁Abcdef的车辆上，油位差值比对的阀值为08（阀值由油箱形状和截面积决定），车辆用油监管者的手机号码为13601234xyz。一旦13601234xyz手机接收到短信：“鲁Abcdef油位异常，东经116.391513北纬39.9.6363”，则说明车辆鲁Abcdef在位置东经116.391513北纬39.9.6363处发生了油箱油位异常，这时管理人员可以电话联系驾驶人员，询问车辆用油为什么出现异常，以便进行有效干预了。这里经纬度信息可以作为进一步地图查证车辆位置的证据数据。

Claims (3)

1.汽车油箱油位异常检测与报传装置，包括电源电路（1）、GPS天线（6）、GSM天线（7）、SIM卡（8）；其特征是，还包括电流/电压变换电路（2）、电压取样电路（3）、ADC转换电路（4）、GPS与GPRS二合一模块（5），电源电路（1）为电流/电压变换电路（2）、分压取样电路（3）、ADC转换电路（4）及GPS与GPRS二合一模块（5）供电；GPS天线（6）连接GPS与GPRS二合一模块（5）的GPS天线接口，GSM天线（7）连接GPS与GPRS二合一模块（5）的GSM天线接口，SIM卡（8）连接GPS与GPRS二合一模块（5）；电流/电压变换电路（2）利用精密分流电阻串接在车辆油箱已有电阻式燃油传感器的连接线路中，再利用电流分流监视芯片把分流电阻上的压降转换为ADC转换电路（4）的一路输入；分压取样电路（3）跨接在电阻式燃油传感器的两端，获取电阻式燃油传感器的电压信息，经过电压钳位控制与电压跟随器输出，作为ADC转换电路（4）的另一路输入；GPS与GPRS二合一模块（5）通过SPI接口、GPIO口线连接ADC转换电路（4），ADC转换电路（4）具有两路同步采样功能及SPI接口。

2.根据权利要求1所述的汽车油箱油位异常检测与报传装置，其特征是，利用GPS与GPRS二合一模块（5）中的MCU完成油位异常检测与报传控制、管理工作：通过GPS获知车辆车速降为0后以及车辆停止期间，MCU在ADC转换电路（4）每次转换完成时读取转换结果并运算求取电阻式燃油传感器瞬时阻值，同时对每2秒时间段内求得的燃油传感器的多个瞬时阻值数据进行平滑滤波处理，得到一个较为真实反映油箱油位的平均数据，这些数据按顺序存于GPS与GPRS二合一模块（5）储存器中；当车辆车速大于0时，则判别、比较存于GPS与GPRS二合一模块（5）储存器中顺序数据中第二个数据与倒数第二个数据的大小，若后者比前者小且超过设定的阀值，说明车辆在没有移动的情况下车辆行驶前3-4秒与车辆停止后3-4秒的油箱油位相比发生了异常变化。

3.根据权利要求1所述的汽车油箱油位异常检测与报传装置，其特征是：当检测到油位异常时，以短信形式向监管者手机发送油箱油位异常的车牌号码和事发地点的经纬度信息。

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