CN104495739A - 一种可断电工作的加油机防作弊装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可断电工作的加油机防作弊装置，包括齿轮传动模块、角度传感器、测量主板和监控器；所述齿轮传动模块分别连接加油机的流量测量变换器和所述角度传感器；所述测量主板分别连接所述角度传感器和所述监控器。无论在通电还是断电的情况下，与加油机流量测量变换器主轴保持机械连接的齿轮传动模块和角度传感器对主轴旋转角度进行监测，并由测量主板测量出旋转角度值并发送至监控器。监控器通过计算断电前后加油机油量变化值来判断断电期间是否有人实施了油量作弊行为。本发明无需对加油机已有的油量计量模块进行大规模的改动，不会对加油机的正常运转造成影响，且技术方案简便易行、成本低廉，有利于推广应用。

Description

一种可断电工作的加油机防作弊装置

技术领域

本发明涉及一种加油机的防作弊装置，尤其涉及一种可断电工作的加油机防作弊装置。

背景技术

随着经济的发展和生活水平的提高，机动车已成为日常生活的必需品。汽车保有量的增加使得社会对汽油用量的需求不断提高，各种加油站和加油机也应运而生。一些不法分子为了获取非法盈利，会在加油机运行过程中对油量计量实施作弊。在油量计量的环节中，常见的作弊手段及其防护和监测措施有以下几种：

1、通过机械或物理方法改变油量信号源作弊，如更换或改动输出油量脉冲的测量变换器主轴转盘。这种作弊方式可以通过定期技术稽查来防止。

2、更改加油机计量主板的芯片或软件作弊。这种作弊方式可以通过密封主板计量芯片的解决。中国专利CN101823683给出了一种带有电子标签的主板计量芯片的密封装置。

3、通过改变油量脉冲信号作弊，如更改油量计量编码器输出信号或通过无线遥控施加干扰信号来增加油量脉冲个数。这种作弊方式可以增加屏蔽措施或者增加一路油量脉冲检测模块来验证脉冲信号是否正确。中国专利CN2773823Y公开了一种加油机防作弊模块，通过防作弊模块把油量信息转换为电脉冲信号，并与从加油机原有的计量编码器得到油量脉冲进行比较，由此检验油量脉冲数是否正确。中国专利CN202912684U公开了一种加油机防作弊模块，通过转接芯片对油量编码器脉冲和监控微处理器进行双向验证。中国专利CN101481078A公开了一种加油机防作弊模块将油量测量变换器主轴的转动转换为磁场信号来检验计量编码器得到油量脉冲。中国专利CN203728563U公开了一种防止吸合电磁阀作弊的装置，通过检测油量脉冲，判断加油机是否存在油枪未提取的情况下加油机电磁阀非法吸合后供油。

由上述分析可知，加油机的作弊手段及防作弊措施主要集中在对油量脉冲信号的更改和监测上。这是因为与其它作弊方式相比，改变油量脉冲信号的作弊手段非常隐蔽，对加油机内部装置破坏较小或没有破坏，技术稽查难度较大。但是，上述所有防止通过改变油量脉冲信号作弊的发明专利及装置都是在加油机正常运行和通电的情况下实施脉冲检测和校验。在加油站停业拉闸切断电源期间，不法分子便可躲过加油机及其防作弊装置的监测利用一些装置把油抽出达到偷油的目的。目前，业内还没有在加油机断电的情况下，仍能对加油机输出油量进行有效监测的防作弊装置。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种可断电工作的加油机防作弊装置，可在断电期间监测加油机的流量测量变换器主轴旋转和输出油量变化，实现防止加油机作弊的目的。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可断电工作的加油机防作弊装置，应用于加油机上，包括齿轮传动模块、角度传感器、测量主板和监控器；所述齿轮传动模块分别连接加油机的流量测量变换器和所述角度传感器；所述测量主板分别连接所述角度传感器和所述监控器。

所述齿轮传动模块由一个输入齿轮和n级传动齿轮组串联构成，其中n为自然数；输入

速变比作用把流量测量变换器主轴的多圈旋转变换为齿轮传动模块输出角度的变化，且输出角度的变化与加油机的输出油量成正比。

所述齿轮传动模块的输入齿轮到第1级传动齿轮组的传动比为a₀，且a₀≥1；从第i-1级传动齿轮组到第i级传动齿轮组的传动比为a_i-1，且a_i＞1，其中i＝2...n。齿轮传动模块的总传动比为

所述角度传感器具有一个机械转轴，用来测量360度连续旋转的角度；无论加油机在通电还是断电的情况下，只要流量测量变换器的主轴发生转动，与齿轮传动模块保持机械连接的角度传感器由齿轮传动模块带动一起旋转，能够监测流量测量变换器的主轴转动；当流量测量变换器主轴的转动角度为Δθ_in时，齿轮传动模块的输出使角度传感器的角度变化值Δθ为

$\mathrm{\Δ\θ}=\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_{\mathrm{in}}}{\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Π}}}{a}_i}---\left(1\right)$

油量变化值ΔV与角度变化值Δθ的关系为

$\mathrm{\ΔV}=k\·\mathrm{\Δz}=\frac{k\·{\mathrm{\Δ\θ}}_{\mathrm{in}}\·z_0}{2\mathrm{\π}}=\frac{k\·\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Π}}}{a}_i\·\mathrm{\Δ\θ}\·z_0}{2\mathrm{\π}}---\left(2\right)$

其中Δz为流量测量变换器主轴旋转角度Δθ_in对应的齿数值，z₀为流量测量变换器的主轴齿轮齿数，k为主轴齿轮转动一个齿所对应的油量脉冲当量；当主轴停止旋转时，角度传感器一直保持当前角度位置不变。

所述测量主板包括电源模块、测量电路、微处理器和通信模块；所述测量电路、微处理器和通信模块依次连接，所述电源模块分别连接测量电路、微处理器和通信模块，给测量主板的其它部件提供直流电源；所述测量电路与角度传感器连接，把角度传感器输出的角度值转换为输出电压信号；所述微处理器获取测量电路的输出电压信号，并加密后通过所述通信模块把此代表角度传感器当前角度位置的电压信号传输到监控器。

所述监控器通过数据分析可以判断出在断电期间加油机输出油量是否存在变化。加油机通电时，监控器不断地接收和保存来自测量主板包含角度传感器当前角度位置的电压值；加油机断电时，加油机断电前所保存的最后一个角度位置值θ_off被认为是断电时刻角度传感器角度位置值；当加油机再次通电后，监控器可以从测量主板得到通电后的角度传感器的当前角度位置值θ_on。假设齿轮传动模块的减速变比作用使角度传感器在断电期间未旋转超过一圈，并设定两次角度测量值之间允许的测量误差阈值为θ_th，测得的断电期间角度传感器角度变化值Δθ可能出现以下三种情况：

若θ_on-θ_off≥θ_th且θ_on＞θ_off，说明断电期间角度传感器的旋转角度发生了明显变化，并且在此期间角度传感器没有旋转超过360度的位置。这时，认为角度变化值

Δθ＝θ_on-θ_off          (3)

若2π+θ_on-θ_off≥θ_th且θ_on＜θ_off，说明断电期间角度传感器的旋转角度发生了明显变化，并且在此期间角度传感器旋转超过360度的位置。这时，认为角度变化值

Δθ＝2π+θ_on-θ_off          (4)

若|θ_on-θ_off|＜θ_th或者当θ_on＜θ_off时，存在2π+θ_on-θ_off＜θ_th，说明断电期间两次角度位置的测量存在微小误差，可能是角度传感器及测量电路的测量误差引起。这时，认为角度变化值

Δθ＝0          (5)

由式(2)，可以用角度传感器角度变化值Δθ计算出油量变化值ΔV。若监控器中设定的油量作弊阈值为V_th，当ΔV≥V_th，说明加油机输出的油量存在变化，存在作弊嫌疑；反之，则不存在作弊嫌疑。

与现有技术相比，本发明具有如下优点及效果：

本发明公开的一种可断电工作的加油机防作弊装置，可以在加油机断电的情况下检测加油机输出油量的变化，弥补了现有技术的空白，提高了加油机防作弊的能力，给油品销售企业开展销售业务和进行内部管理提供了有效手段，有力地维护了企业和消费者的合法权益，也保障了油品销售市场秩序；本发明采用的技术手段和方案简便易行，无需对加油机已有的油量计量环节进行大规模的改动，不会对加油机的正常运转造成影响，且成本低廉，防作弊效果好，有利于推广应用。

附图说明

图1为本发明具体实施例的结构框图。

图2为本发明具体实施例的齿轮传动模块结构框图。

图3为本发明具体实施例的测量电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例做进一步的说明。

如图1所示，虚线框内的流量测量变换器1、油量编码器10、计量微处理器11和监控器5实现了加油机的油量计量功能。加油机有油量输出时，流量测量变换器1的主轴会产生旋转，旋转角度与油量大小成正比。流量测量变换器1主轴的旋转角度通过安装在主轴上的输入齿轮输入到油量编码器10。油量编码器10将主轴齿轮的旋转转换为与油量成正比的脉冲信号并送入计量微处理器11进行计算。加油机的监控器5接收和统计来自计量微处理器11的油量测量结果并对整个加油机的运行进行调度和监控。加油机断电时，因无电源供给，油量编码器10、计量微处理器11和监控器5都将停止工作，无法监测流量测量变换器1主轴的转动情况。

一种可断电工作的加油机防作弊装置，应用于加油机上，包括齿轮传动模块2、角度传感器3、测量主板4和监控器5；所述齿轮传动模块2分别连接加油机的流量测量变换器1和所述角度传感器3；所述测量主板4分别连接所述角度传感器3和所述监控器5。

加油机断电时，如果加油机有油量输出使流量测量变换器1主轴发生旋转，齿轮传动模块2和角度传感器3可监测主轴旋转角度的变化值；加油机恢复上电后测量主板4和监控器5将读取和计算出断电期间加油机输出油量的变化值并判断出是否在此期间是否存在作弊行为。本实施例中，加油机防作弊装置没有使用一个额外的监控器模块，而将负责油量计量的监控器5作为了实现断电期间作弊判断的监控器。

如图2所示，本实施例齿轮传动模块2由一个输入齿轮和4级传动齿轮组串联构成。流量测量变换器1的转动主轴12上安装了主轴齿轮13，其齿数z₀＝25。输入齿轮14与主轴齿轮13同轴安装，随主轴12一起转动。输入齿轮14的齿数z₀₁＝24。1级、2级和3级传动齿轮组都为蜗轮蜗杆结构。1级传动齿轮组包括了蜗轮15和蜗杆16。蜗轮15的齿数为z₁₁＝24，蜗杆16的头数为z₁₂＝1。蜗轮15与输入齿轮14直接啮合，则输入齿轮14到1级传动齿轮组的传动比2级传动齿轮组包括了蜗轮17和蜗杆18。蜗轮17的齿数为z₂₁＝24，蜗杆18的头数为z₂₂＝1。蜗轮17与蜗杆16直接啮合，则1级传动齿轮组到2级传动齿轮组的传动比3级传动齿轮组包括了蜗轮19和蜗杆20。蜗轮19齿数为z₃₁＝24，蜗杆20头数为z₃₂＝1。蜗轮19与蜗杆18直接啮合，则2级传动齿轮组到3级传动齿轮组的传动比4级传动齿轮组包括输出齿轮21、输出转轴22和联轴器23。输出齿轮21的齿数为z₄₁＝24，则3级传动齿轮组到4级传动齿轮组的传动比故整个齿轮传动模块2的传动比为4级传动齿轮组的输出转轴22通过联轴器23连接到角度传感器3的机械转动轴，使之与输出转轴22同步旋转。

图1中的角度传感器3的机械转轴与齿轮传动模块连接。本实施例所采用的角度传感器3为高精度电阻式导电塑料角度传感器，将转轴的旋转角度转换为电阻值。该角度传感器总阻值为R₀＝10kΩ，可360度无限制连续旋转，独立线性精度为0.5％。角度传感器3的输出电阻R与旋转角度位置θ的关系为，

$R=\frac{\mathrm{\θ}}{2\mathrm{\π}}\·R_0---\left(6\right)$

根据上述传动比以及流量测量变换器的齿轮13的齿数为z₀＝25，并假设每个齿对应油量脉冲当量k＝0.00373(升每齿)，当所述流量测量变换器1的主轴齿轮13转动过的齿数为Δz时，角度传感器3的电阻变化值为

$\mathrm{\ΔR}=\frac{\mathrm{\Δ\θ}}{2\mathrm{\π}}\·R_0=\frac{\mathrm{\Δz}}{\underset{i=0}{\overset{3}{\mathrm{\Π}}}{a}_i\·z_0}\·R_0\≈0.029\·\mathrm{\Δz}---\left(7\right)$

故由式(2)和式(7)可以得到油量变化值ΔV与电阻变化值ΔR的关系为

ΔV＝k·Δz≈0.129·ΔR＝205.31·Δθ          (8)

当流量测量变换器的主轴12旋转13824圈时，角度传感器3的输出才旋转1圈，即ΔR＝10kΩ。这样，本实施方案在加油机断电期间可监测的最大油量约为1290升。此油量值已足够满足断电期间的防作弊油量检测的需求。

图1所示的所述测量主板4包括电源模块9、测量电路6、微处理器7和通信模块8；所述测量电路6、微处理器7和通信模块8依次连接，所述电源模块9分别连接测量电路6、微处理器7和通信模块8，给测量主板4的其它部件提供直流电源；所述测量电路6与角度传感器3连接，把角度传感器3输出的角度值转换为输出电压信号；所述微处理器7获取测量电路6的输出电压信号，并加密后通过所述通信模块8把此代表角度传感器3当前角度位置的电压信号传输到监控器5。测量主板4中的测量电路6可以由一个分压测量电路将角度传感器3的输出电阻转换为电压，并送入一个24位A/D转换器进行电压测量，如图3所示。本实施例中，分压电路和24位A/D转换的参考电压都是V_ref＝1.20V，R_f为一10kΩ固定电阻，R为角度传感器的输出电阻，则输出电压U_out为

$U_{\mathrm{out}}=\frac{R}{R_f+R}\·V_{\mathrm{ref}}---\left(9\right)$

经计算可得，角度传感器3的输出电阻变化ΔR引起测量电路输出电压变化ΔU_out为

$\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{out}}=\frac{10\mathrm{k\Ω}\·\mathrm{\ΔR}}{(10\mathrm{k\Ω}+R)\·(10\mathrm{k\Ω}+R+\mathrm{\ΔR})}\·V_{\mathrm{ref}}---\left(10\right)$

若考虑A/D转换器的转换精度对油量检测的影响，需要分析A/D转换器1个LSB对应的误差电压U_LSB所引起的油量测量误差。对于本实施例所采用的24位A/D转换器，1个LSB对应的电压值U_LSB为

$U_{\mathrm{LSB}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{2^{24}}\≈0.07\mathrm{\μV}---\left(11\right)$

若输出电压U_out保持不变，2次对输出电压U_out做AD转换得到的ΔU_out最大转换误差为2·U_LSB。那么，考虑到式(10)中ΔU_out与R的非线性关系，当R为最大值10kΩ时，最大转换误差2·U_LSB将导致ΔR的测量误差将取到最大值(ΔR)_maxerr。由式(10)可以计算出(ΔR)_maxerr为，

${\left(\mathrm{\ΔR}\right)}_{\max \mathrm{err}}=\frac{{(10\mathrm{k\Ω}+R)}^2}{\frac{10\mathrm{k\Ω}\·V_{\mathrm{ref}}}{2\·U_{\mathrm{LSB}}}-(10\mathrm{k\Ω}+R)}\≈\frac{{(10\mathrm{k\Ω}+R)}^2}{10\mathrm{k\Ω}}\·\frac{2\·U_{\mathrm{LSB}}}{V_{\mathrm{ref}}}=0.005\mathrm{\Ω}---\left(12\right)$

由式(8)可以计算出对应的油量测量最大误差ΔV_maxerr≈0.129·(ΔR)_maxerr＝0.6ml。这表明，采用24位A/D转换器的测量电路能提供的油量测量分辨力为0.6ml，可以满足防作弊的需求。

微处理器7以一个固定频率启动AD转换器对测量测量电路6的输出电压U_out，把测量结果进行加密后由所述通信模块8发送至监控器5。通信模块8与监控器5之间的通讯可以选择多种方式来实现，如RS232通讯、RS485通讯等。

监控器5将测量主板4发送来的输出电压U_out进行解密后用式(9)和式(6)计算出角度传感器的当前输出电阻和当前角度位置。测量误差阈值θ_th和油量作弊阈值为V_th在监控器5中设定和保存，用于后续计算和作弊判断。若加油机有供电时，监控器5会将采集到的角度位置保存在其存储器中。加油机断电前所保存的最后一个角度位置θ_off认为是断电时刻的角度位置。若一段时间过后再次上电，监控器5启动时会读出所保存的θ_off并从测量主板4中读到上电后的第一个角度位置θ_on，并根据测量误差阈值θ_th和式(3)-式(5)及式(8)计算角度变化值Δθ和ΔV，并判断是否存在作弊行为。若监控器中θ_th设为0.5度，V_th设为10L，下面的计算实例给出了几种不同情况下的监控器作弊判定结果。

计算实例1：断电前监控器5所保存的θ_off为25.53度，再次上电后监控器5读取到的角度位置θ_on为30.31度，则由式(4)计算出Δθ＝4.78°＝0.083(rad)＞θ_th。再由式(8)可计算出ΔV＝17.04L。这表明，断电时加油机油量输出存在变化，有作弊嫌疑。监控器可以发出作弊报警信号并对加油机进行锁定，等待计量部门重新检定加油机。

计算实例2：断电前监控器5所保存的θ_off为25.53度，再次上电后监控器5读取到的角度位置θ_on为25.42度，则由式(4)计算出Δθ＝-0.11°＜θ_th。监控器5将会判断得出断电时加油机油量输出没有变化的结论。测量所得的角度位置微小变化可能是由于断电期间角度传感器电阻值温度漂移、断电期间加油机的微小机械振动引起电阻值微小波动或者断电前后两次测量的随机误差等因素引起的。

计算实例3：断电前监控器5所保存的θ_off为25.53度，再次上电后监控器5读取到的角度位置θ_on为26.74度，则由式(4)计算出Δθ＝1.21°＝0.021(rad)＞θ_th。再由式(8)可计算出ΔV＝4.31L。这表明，断电时加油机油量输出存在变化，但没有明显的作弊嫌疑。监控器可以发出异常报警信号并进行异常计数。若连续多次发生类似情况，监控器将判断发出异常累计报警信号并对加油机进行锁定，等待计量部门重新检定加油机或由供应商对加油机进行维修。

Claims (5)

1.一种可断电工作的加油机防作弊装置，应用于加油机上，其特征在于：包括齿轮传动模块（2）、角度传感器（3）、测量主板（4）和监控器（5）；所述齿轮传动模块（2）分别连接加油机的流量测量变换器（1）和所述角度传感器（3）；所述测量主板（4）分别连接所述角度传感器（3）和所述监控器（5）。

2.根据权利要求1所述的一种可断电工作的加油机防作弊装置，其特征在于：所述齿轮传动模块（2）由一个输入齿轮和n级传动齿轮组串联构成，其中n为自然数；输入齿轮与流量测量变换器（1）的主轴齿轮同轴安装，随主轴一起转动，并借助传动齿轮组的减速变比作用把流量测量变换器（1）主轴的多圈旋转变换为齿轮传动模块（2）输出角度的变化，且输出角度的变化与加油机的输出油量成正比。

3.根据权利要求1或2所述的一种可断电工作的加油机防作弊装置，其特征在于：所述齿轮传动模块（2）的输入齿轮到第1级传动齿轮组的传动比为                                                ，且；第i-1级传动齿轮组到第i级传动齿轮组的传动比为，且 ，其中；齿轮传动模块（2）的总传动比为。

4.根据权利要求1所述的一种可断电工作的加油机防作弊装置，其特征在于：所述角度传感器（3）具有一个机械转轴，用来测量360度连续旋转的角度；无论加油机在通电还是断电的情况下，只要流量测量变换器（1）的主轴发生转动，与齿轮传动模块（2）保持机械连接的角度传感器（3）由齿轮传动模块（2）带动一起旋转，能够监测流量测量变换器（1）的主轴转动；当流量测量变换器（1）主轴的转动角度为时，齿轮传动模块（2）的输出使角度传感器（3）的角度变化值，油量变化值与角度变化值的关系为，其中为流量测量变换器（1）主轴旋转角度对应的齿数值，为流量测量变换器（1）的主轴齿轮齿数，为主轴齿轮转动一个齿所对应的油量脉冲当量；当主轴停止旋转时，角度传感器（3）一直保持当前角度位置不变。

5. 根据权利要求1所述的一种可断电工作的加油机防作弊装置，其特征在于：所述测量主板（4）包括电源模块（9）、测量电路（6）、微处理器（7）和通信模块（8）；所述测量电路（6）、微处理器（7）和通信模块（8）依次连接，所述电源模块（9）分别连接测量电路（6）、微处理器（7）和通信模块（8），给测量主板（4）的其它部件提供直流电源；所述测量电路（6）与角度传感器（3）连接，把角度传感器（3）输出的角度值转换为输出电压信号；所述微处理器（7）获取测量电路（6）的输出电压信号，并加密后通过所述通信模块（8）把此代表角度传感器（3）当前角度位置的电压信号传输到监控器（5）。