CN106644129A - 一种可排除主观误差及虚假数据的油品温度测量装置及方法 - Google Patents

一种可排除主观误差及虚假数据的油品温度测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种可排除主观误差及虚假数据的油品温度测量装置，主控CPU模块与多路传感器模块、显示模块、键盘及独立按键模块、实时钟模块的信号端相连，主控CPU读取温度和时间信息，进行组合加密后，送往显示模块显示，显示模块显示内容包括加密前、后的时间信息和加密前、后的温度信息；独立按键包括复位键和启动测量按键，键盘用来设置实时钟初始时间、管理密码和加密密钥；解密软件模块为一独立软件模块，用来对加密数据进行解密，或者发现主观测量错误时还原出真实数据；本方法通过测试前后的数据加密，保证一线操作人员按规章进行油品温度检测，有助于提高加油站管理的科学化水平，提高加油站的经济效益。

Description

一种可排除主观误差及虚假数据的油品温度测量装置及方法
技术领域
本发明属于自动测量、计量技术领域，特别涉及一种可排除主观误差及虚假数据的油品温度测量装置及方法。
背景技术
石油贸易中，通常采用质量计量方式，其理论依据为不同时间、不同地方的重力加速度一样。但在油品的零售环节，为了简化计量程序、减轻劳动强度，又采用以升为单位的交易方式。在我国，目前加油站采用“升进升出”的销售方式，这种方式避免了在油品销售中测定油品密度以转换为质量的不便。但是，由于液体的体积随温度变化存在相应的膨胀或收缩，势必导致零售环节温度引起的损溢效应。不同的加油站，由于地理位置、地罐的类型、地罐与加油机的连接方式和距离远近、加油站日销售量以及进油温度的不同，由油品温差所引起的损溢相差很大。这种温度差主要有以下两种，第一是油库发油温度与加油站接油温度之差，第二是加油站接油温度与地罐油温之差。为了准确评估温度引起的损溢效应，必须准确掌握以上两种温差，即必须获得以上环节的准确油温。
“升进升出”的销售方式，其采购起点源于油库发油环节，中间环节牵扯运输、存储，最终至于加油机出油。这些环节都会带来一定的计量误差和损耗，为了提高油品转储、销售的管理水平，就必须准确计算正常的损溢水平，以限制非正常损耗。
计量中心会根据各个加油站的实际情况，结合进油温差和销售周转对各个加油站制定一个基本损溢指标，超出这个指标的损溢率即为超耗率。用超耗率乘以体积零售量即为赔付量，用赔付量乘以每升油的价格即为赔付金额。如果超耗率为正值，计量中心会对加油站按赔付量进行罚款；超耗率为负，说明损溢率处于正常范围，不做处理。
损溢分为三个部分，第一项为进货温差补偿率，油罐车从油库提油后，当油品运到加油站后，油品温度可能会上升或下降，由此带来体积膨胀或收缩，需要对这个体积损溢进行补偿，这就是进货温差补偿率。第二项为固定损耗，它包括油品运输、卸油、存储以及零售环节中的蒸发(挥发效应)、卸油不净、计量误差等因素。第三项为到站周转损溢率补偿，因为进油温度和加油站地罐温度不同，混合后会达到一个新的温度。如果加油站销售快，那么混合之后可能还未达到地罐的平衡温度，就已经有相当部分的油品完成了销售；反之，混合之后有充分的时间达到地罐的平衡温度，大部分的油品实际以地罐平衡温度进行销售。以夏季为例，进油温度高于地罐温度，如果销售快，那么油品就以相对较高的温度销售，那么周转损溢率就低；如果销售慢，高温油品就有充分的时间与低温油品混合，并逐步回归到地罐平衡温度，相应的周转损溢率就高。到站周转损溢率补偿与油品到站温度、地罐温度和加油站销售快慢有关。
由油品转、运、储、销的整个流程和油品零售的损溢管理可以看出，油品温度是这一过程的关键参数。只有准确掌握整个环节的油品温度这一关键参数，才能在“升进升出”的销售模式中将非正常损耗与温差损耗剥离，避免将所有损耗往温差损耗这个“篮子”里装，倒逼加油站加强管理，杜绝非正常损耗，提高运营效益。
目前，油品温度测量多采用玻璃棒温度计。玻璃棒温度计的主要不足有：测量时间长、人为误差大、测温筒重量大、受环境温度影响大、易破碎造成人身伤害等。随着科技发展，电子测温仪开始用于油温测量，其测量速度快、准确可靠、携带方便。
虽然电子测温仪可以解决玻璃温度计的很多不足，但在油品测温中仍然不能解决以下问题：
1.油品测温中的偏向性误差问题
油品交接过程涉及经济利益，纯粹的人工计量难以避免偏向性误差。例如，油库出油后，计量中心对罐车油品进行验证，如果计量人员有意记录一个比油品实际温度偏高的温度作为发货温度，那么对于罐车司机来说，就留下了充足的运输温差损耗。源头数据作假，会给整个流程带来不可挽回的损失，在“升进升出”模式中很难发现。
另外，在加油站交接班时，按规定要检测地罐油温。由于地罐油温与计量中心下发的损溢考核率有关，地罐油温越低，考核率越高；反之，考核率越低。因此，从被考核者的角度而言，工人记录的地罐油温可能会比实际值偏低。
2.加油站日常油品温度管理的严格测量、准确记录问题
加油站日常管理中，要求工人在交接班时对地罐中的油品测量温度、体积数。在实际工作中，工人仅关心体积数，对于温度通常少测或不测，根据经验虚构数据。因为油品温度是动态参数，因此计量中心甚至加油站管理者也很难发现虚假数据。
这种数据造假给油品零售管理中的温度损溢估计带来了极大困难。因此，计量中心需要定期对各加油站地罐温度进行抽测，以督促各加油站强化温度测量、如实记录，但收效不大。因为，即便计量中心抽测温度高于加油站测量温度，也无法说明加油站测量的地罐温度有误，因为两者的测量时间不同。最终的结果是，计量中心只能采取较为宽松的考核指标。
如果能够开发一种温度计量工具，在整个油品转运储销环节中，使得测温人员能够高效、准确、如实、合规地记录油品温度，就可以有效管控油品零售中的温差损耗，明确非正常损耗水平，公平、公正地评价各个加油站的管理水平，促进加油站管理水平的提升，提高油品销售的经济效益。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可排除主观误差及虚假数据的油品温度测量装置及方法，在整个油品转运储销环节中，使得测温人员能够高效、准确、如实、合规地记录油品温度，有效管控油品零售中的温差损耗，明确非正常损耗水平，公平、公正地评价各个加油站的管理水平，促进加油站管理水平的提升，提高油品销售的经济效益。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种可排除主观误差及虚假数据的油品温度测量装置，包括多路传感器模块1、主控CPU模块2、显示模块3、键盘及独立按键模块4、实时钟模块5、电源模块6和与之配套的解密软件模块7，电源模块6为上述所有模块供电；主控CPU模块2与多路传感器模块1、显示模块3、键盘及独立按键模块4、实时钟模块5的信号端相连，主控CPU模块2读取温度和时间信息，进行组合加密后，送往显示模块3显示，显示模块3显示内容包括加密前、后的时间信息和加密前、后的温度信息；独立按键包括复位键和启动测量按键，键盘用来设置实时钟初始时间、管理密码和加密密钥；解密软件模块7为一独立软件模块，用来对加密数据进行解密，或者发现主观测量错误时还原出真实数据。
所述的主控CPU模块2采用AT89S52；所述的多路传感器模块1采用三路DS18B20复用设计；所述的键盘和独立按键4采用4*4矩阵键盘；所述的显示模块3显示电路采用LCD1602；所述的实时钟模块5芯片采用DS1302。
基于上述一种可排除主观误差及虚假数据的油品温度测量装置的测量方法，包括以下步骤：
(1)将多路传感器模块1放入待测油品中；
(2)启动测温过程，油品温度测量装置自动进行初始化，初始化内容包括：显示模块3初始化；实时钟模块5初始时间设置；多路传感器模块1初始化；
(3)主控CPU模块2读多路传感器模块1的温度和实时钟模块5的时间数据，将两个数据送往显示模块3进行显示，同时将其暂存寄存器中；
(4)从寄存器中读出温度和时间数据，在主控CPU模块2中将两个数据拼接后，进行加密处理。
(5)清屏显示模块3，将加密处理后的数据送显示模块3显示。
本发明的有益效果是：
本方法采用数字测温芯片，温度分辨率、准确度高，测量快速；加密测量方案可以保证测量结果真实可信；传感器电路采用多路复用技术，可以保证测量装置可靠运行，避免系统误差；本方法及装置可以设置管理密码和加密密钥，配合解密软件，可以第一时间发现数据造假甚至于恢复原始真实数据；可通过技术手段对一线操作人员加强监管；整个测量过程全自动实现，无需人工干预。测量结果用液晶显示，简洁大方。
采用本方法可以确保油品温度测量准确，保证一线操作人员按规章进行油品温度检测，有助于提高加油站管理的科学化水平，提高加油站的经济效益。
附图说明
图1为本发明油品温度测量方法及装置原理框图。
图2为本发明的主程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
采用高灵敏度的数字温度传感器DS18B20，结合采样及加密解密设计，实现准确、可靠的油温检测。本发明的整体框图如图1所示。具体实施分电路设计和测量流程两个层面进行介绍。
图1所示，一种可排除主观误差及虚假数据的油品温度测量装置，包括多路传感器模块1、主控CPU模块2、显示模块3、键盘及独立按键模块4、实时钟模块5、电源模块6和与之配套的解密软件模块7。电源模块6为上述所有模块供电；主控CPU模块2与多路传感器模块1、显示模块3、键盘及独立按键模块4、实时钟模块5的信号端相连，主控CPU模块2读取温度和时间信息，进行组合加密后，送往显示模块3显示，显示模块3显示内容包括加密前、后的时间和加密前、后的温度信息；独立按键包括复位键和启动测量按键，键盘用来设置实时钟初始时间、管理密码和加密密钥；解密软件模块7为一独立软件模块，用来对加密数据进行解密，或者发现主观测量错误时还原出真实数据。
所述的主控CPU模块2采用AT89S52；所述的多路传感器模块1采用三路DS18B20复用设计；所述的键盘和独立按键4采用4*4矩阵键盘；所述的显示模块3显示电路采用LCD1602；所述的实时钟模块5芯片采用DS1302。
基于上述一种可排除主观误差及虚假数据的油品温度测量装置的测量方法，包括以下步骤：
(1)将多路传感器模块1放入待测油品中；
(2)启动测温过程，油品温度测量装置自动进行初始化，初始化内容包括：显示模块3初始化；实时钟模块5初始时间设置；多路传感器模块1初始化；
(3)主控CPU模块2读多路传感器模块1的温度和实时钟模块5的时间数据，将两个数据送往显示模块3进行显示，同时将其暂存寄存器中；
(4)从寄存器中读出温度和时间数据，在主控CPU模块2中将两个数据拼接后，进行加密处理。
(5)清屏显示模块3，将加密处理后的数据送显示模块3显示；
解密软件是计量管理人员用于检查测温数据真实性的工具，它以单个数据或文件形式读入相应格式的测温数据，以单个数据或文件形式输出解密结果。
本发明的具体电路设计如下：
整个电路包括多路传感器模块1、主控CPU模块2、显示模块3、键盘及独立按键模块4、实时钟模块5、电源模块6，主控CPU模块2采用AT89S52单片机，电源模块6采用5V的USB接口供电。按键设计采用4*4矩阵扫描形式，行、列线与单片机P1口相连，按键值分别为0-F，该键盘用于系统管理密码和加密密钥输入接口。设独立按键“测量”键，测量键与AT89S52单片机的P23口相连，控制系统测量过程。实时钟采用DS1302，其时钟采用32768Hz晶振，其复位、串行时钟和数据I/O分别接AT89S52的P12、P10和P11口。温度传感器采用DS18B20芯片，采用三路冗余设计，输出信号接上拉电阻后送出，分别送往AT89S52单片机的P20、P21和P22口。显示电路采用LCD1602，与AT89S52单片机的数据端口P0口相连。
在电路设计之上，油品温度测量装置的详细测量流程包括传感器多路复用自诊断、装置密码设置、加密密钥设置以及测量主程序，除此之外，还有一个独立的软件解密模块，它主要属于解密及验证功能。
1.传感器多路复用自诊断程序用来检查多路传感器的数据一致性，数据一致性可用变异系数表征。当变异系数大于阈值时，测量装置通过显示电路提示用户“传感器故障，请检修！”，同时停止测量，以保证温度测量数据的高度可靠性。
2.参照图2，油品温度测量装置出厂时设初始管理密码及加密密钥，管理密码仅提供给具有计量管理权限的人员。如果需要修改管理密码，可在装置开机后，同时按下“C”“E”“F”三键，系统提示用户输入原始密码及新密码。如果输入的原始密码正确，则可完成新密码修改；如果原始密码错误，则密码修改失败。如果用户在使用过程中没有修改初始管理密码，原始密码即为初始管理密码，否则为最近一次修改的管理密码。如果用户想修改加密密钥，需同时按下“C”“D”“F”三键，待系统提示输入管理密码时，通过按键输入管理密码正确后方可进入加密密钥修改界面。加密密钥修改界面和管理密码修改流程相同，只有正确输入原始加密密钥，才能完成加密密钥修改。
以下实施例根据本发明的技术方案用于验证操作员是否在规定时间范围内如实进行油品温度的检测和记录。
实施例一
以下测量过程均在摄像头范围内进行，以保证测量过程真实存在，依规进行测量并如实记录由本发明保证。
(正常测量记录)，2016年6月27日15点14分23秒，测量某加油站某92#地罐油温为20.4℃，测温装置第一屏显示原始数据“2016-06-27 15:14:23 20.4℃”，第二屏显示加密数据“0016130302532380”。
其加密过程由主控CPU2自动完成，解密过程由解密软件完成，针对此例，其具体加密、解密算法分析如下。
加密过程：
加密采用8421BCD编码结合异或操作，密钥为(0x16)8421BCD，加密和解密算法完全相同。
(1)原始测量数据2016-06-27 15:14:23的十进制表示为：16 06 27 15 14 23；
(2)将(1)其转换为8421BCD码为：00010110 00000110 00011011 0001010100010100 00100011；
(3)将(2)与密钥(0x16)8421BCD异或：
00010110⊕00010110＝00000000(十进制为00)年加密
00000110⊕00010110＝00010000(十进制为16)月加密
00011011⊕00010110＝00001101(十进制为13)日加密
00010101⊕00010110＝00000011(十进制为03)时加密
00010100⊕00010110＝00000010(十进制为02)分加密
00100011⊕00010110＝00110101(十进制为53)秒加密
(4)温度为20.4℃，其数据格式为16位二进制数据，高5位为符号位，全为0，低4位为小数位。其格式为：
0 0 0 0 0 26 25 24 23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4；
20.4℃对应的二进制数据为：
(0 0 0 0 0)符号位(0 0 1 0 1 0 0)整数位(0 1 1 0)小数位
与密钥(0x16)8421BCD异或：
00000001⊕00010110＝00010111(十进制为23)
01000110⊕00010110＝01010000(十进制为80)
结论：原始数据“2016-06-27 15:14:23 20.4℃”加密之后的数据为“0016130302532380”。
解密过程：
(1)加密之后的数据的十进制表示：00 16 61 03 02 53 23 80
(2)将(1)转换为二进制表示：00000000 00010000 00001101 00000011 0000001000110101 00010111 01010000
(3)将(2)与密钥(0x16)8421BCD异或：
00000000⊕00010110＝(00010110)BCD8421(十进制为16)年
00010000⊕00010110＝(00000110)BCD8421(十进制为06)月
00001101⊕00010110＝(00011011)BCD8421(十进制为27)日
00000011⊕00010110＝(00010101)BCD8421(十进制为15)时
00000010⊕00010110＝(00010100)BCD8421(十进制为14)分
00110101⊕00010110＝(00100011)BCD8421(十进制为23)秒
(4)将加密的温度23 80与密钥(0x16)8421BCD异或：
(23 80)8421BCD对应的二进制为：00010111 01010000
与密钥(0x16)8421BCD进行异或操作：
00010111⊕00010110＝00000001
01010000⊕00010110＝01000110
将两部分串起来为：0000000101000110，对应温度数据格式，其十进制为20.375℃，保留一位小数显示，温度即为20.4℃。
结论：加密之后的数据为“0016130302532380”，其解密后的数据为“2016-06-2715:14:23 20.4℃”。解密后的数据与原始记录相同，说明操作员记录的数据真实、可靠。
实施例二
按规定时间进行测量，但记录的原始温度数据较真实值偏低，加密数据如实记录，2016年7月4日8点2分6秒，测量某加油站某95#地罐油温为21.5℃，测温装置第一屏显示原始数据“2016-07-04 08:02:06 21.5℃”，第二屏显示加密数据“0017183020162378”。而操作人员实际记录的原始温度数据为“2016-07-04 08:02:06 20.5℃”。
结论：计量管理人员通过解密软件调入记录文件后，发现此组数据“0017183020162378”解密之后的记录为“2016-07-04 08:02:06 21.5℃”，与操作员记录的数据“2016-07-04 08:02:06 20.5℃”相比温度高1℃，时间信息一致。说明操作员记低温度值。
实施例三
按规定时间进行测量，但记录的原始温度数据偏高，加密数据如实记录，2016年7月4日18点12分26秒，测量某加油站某92#地罐油温为18.4℃，测温装置第一屏显示原始数据“2016-07-04 18:12:26 18.4℃”，第二屏显示加密数据“00171420482348”。操作人员实际记录的原始温度数据为“2016-07-04 18:12:26 19.2℃”。
结论：计量管理人员通过解密软件调入记录文件后，发现此组数据“00171420482348”解密之后的记录为“2016-07-04 18:12:26 18.4℃”，与操作员记录的数据“2016-07-04 18:12:26 19.2℃”相比温度低0.8℃，时间信息一致。说明操作员记高温度值。
实施例四
操作员未按规定时间进行测量，修改测量时间，温度如实记录，加密数据如实记录，加油站规定每天换班8点和18点均要测量地罐油温，操作员实际测温时间为2016年7月5日23点08分27秒，测量加油站某92#地罐油温为18.8℃，测温装置第一屏显示原始数据“2016-07-05 23:08:27 18.8℃”，第二屏显示加密数据“0017195330492358”。操作员实际记录的原始温度数据为“2016-07-05 18:10:26 18.8℃”。
结论：计量管理人员通过解密软件调入记录文件后，发现此组数据“0017195330492358”解密之后的记录为“2016-07-05 23:08:27 18.8℃”，与操作员记录的数据“2016-07-05 18:10:26 18.8℃”温度一致，时间信息不一致。说明操作员未在规定时间测量温度值。
实施例五
操作员未按规定时间进行测量，漏测后虚构测量数据和加密数据)，2016年7月6日8点换班，操作员未进行油温测量。后直接虚构某92#地罐油温为“2016-07-06 08:14:2318.4℃”，加密数据为“0016132732275669”。
结论：计量管理人员通过解密软件调入记录文件后，发现此组数据“0016132732275669”解密之后的时间信息为为“2016-06-27 13:36:13”，加密出来的温度数格式不符合规定，无法还原出温度值。说明操作员漏测并虚构数据。
通过以上测量实例可以看出，使用本发明，如果现场操作人员记高、记低、未按规则时间测量或漏测虚构数据，管理人员均可以快速发现。除漏测以外，其余均可以通过解密软件还原出真实值。管理人员定期或抽查现场操作人员记录的数据，通过解密软件调入文件进行解密，可以快速发现问题，并且大多数情况下还可以还原出真实数据，这对于现场操作人员的影响很大，可促进现场操作人员依规、如实测温，提高管理水平。
本发明并不局限于上述具体实施方式，本领域的技术人员还可据此做出多种变化，例如将温度测量扩展到距离、液位、湿度、质量等等方面。具体实现上，例如改变多路复用传感器的通道数、加密和解密算法、集成电路类型或型号等，但任何和本发明等同或者雷同的变化都应涵盖在本发明权利要求的范围内。

Claims (3)

1.一种可排除主观误差及虚假数据的油品温度测量装置，其特征在于，包括多路传感器模块(1)、主控CPU模块(2)、显示模块(3)、键盘及独立按键模块(4)、实时钟模块(5)、电源模块(6)和与之配套的解密软件模块(7)，电源模块(6)为上述所有模块供电；主控CPU模块(2)与多路传感器模块(1)、显示模块(3)、键盘及独立按键模块(4)、实时钟模块(5)的信号端相连，其特征在于，主控CPU模块(2)读取温度和时间信息，进行组合加密后，送往显示模块(3)显示，显示模块(3)显示内容包括加密前、后的时间信息和加密前、后的温度信息；独立按键包括复位键和启动测量按键，键盘用来设置实时钟初始时间、管理密码和加密密钥；解密软件模块(7)为一独立软件模块，用来对加密数据进行解密，或者发现主观测量错误时还原出真实数据。
2.根据权利要求1所述的一种可排除主观误差及虚假数据的油品温度测量装置，其特征在于，所述的主控CPU模块(2)采用AT89S52；所述的多路传感器模块(1)采用三路DS18B20复用设计；所述的键盘和独立按键(4)采用4*4矩阵键盘；所述的显示模块(3)采用LCD1602；所述的实时钟模块(5)芯片采用DS1302。
3.基于上述权利要求1-2任意一项装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将多路传感器模块(1)放入待测油品中；
(2)启动测温过程，油品温度测量装置自动进行初始化，初始化内容包括：显示模块(3)初始化；实时钟模块(5)初始时间设置；多路传感器模块(1)初始化；
(3)主控CPU模块(2)读多路传感器模块(1)的温度和实时钟模块(5)的时间数据，将两个数据送往显示模块(3)进行显示，同时将其暂存寄存器中；
(4)从寄存器中读出温度和时间数据，在主控CPU模块(2)中将两个数据拼接后，进行加密处理。
(5)清屏显示模块(3)，将加密处理后的数据送显示模块(3)显示。
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