CN108287232A - 一种发动机润滑油健康管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机润滑油(以下简称机油)健康管理系统，涉及汽车保养领域。系统包括一部手持式机油介电常数测量仪器(以下简称仪器)，一个智能手机APP，一个服务器后台程序和数据库，三个部分通过蓝牙和互联网方式交互数据和操作。系统根据机油介电常数与机油劣化程度相关性的研究成果，设计一种仪器，用于测量机油介电常数，再上传至手机，手机端APP根据服务器数据库提供的介电常数数据，进行简单计算判定机油的健康状况和劣化程度。用户(包括汽修厂，车主等有汽车保养需求的用户)通过应用此系统，可以实时评估机油的健康状况，决定是否更换机油，评估机油剩余的续航里程。本发明成本低，简单易用，易于远程维护，可扩展性强，在不增加硬件成本的前提下可通过互联网和后台服务器提供各种类型机油的介电常数数据。

Description

一种发动机润滑油健康管理系统

技术领域

本发明所涉及汽车保养技术领域

背景技术

汽车基础的保养即为更换发动机润滑油(以下简称机油)和机油滤芯，如果不能及时更换会造成引擎磨损加剧，油耗升高，动力下降等问题，如果长期不及时更换，会形成恶性循环，造成引擎工况变差，寿命变短。现在一般的保养规则是按里程或按时间保养，其实质是一种折衷的做法，并不能百分百适用到每一辆车。由于车的工况不同，如不同汽油质量，不同路况，不同驾驶习惯等诸多因素，每辆车的机油劣化速度也不一样，所以车主需要一种简单易用的机油检测设备，使自己的车得到更精确的呵护。

根据大量实验结果和理论研究，机油的介电常数与劣化程度有对应关系，可以作为更换机油的参考。由于市场上机油各类繁多，不同厂家不同型号的机油添加剂配方不同，所以不同类型的机油新油的介电常数都不同，要准确地估算机油健康水平，就需要准确知道当前新油和废油的介电常数，这需要一个很大的数据库存储，如果利用本地存储的独立设备，成本高，仪器售出后不易维护。使用本发明，可以由手机APP连接后台数据库，所有售出的分布在用户手上的仪器可以使用统一的各种型号机油的介电常数值，并可实时得到后台的支持。

现有的机油特性分析相关的仪器有大型设备和小型设备。大型设备功能强大的成本高，一台黏度测试仪的价格都在六位数人民币以上。便宜的小型产品以测介电常数来测量机油寿命的仪器，都比较简单，受限于内部存储容量有限，不分机油类型，测试结果也不准确，操作界面也比较简单，售后升级服务也比较难。

本发明专利仪器只负责测试介电常数，除开关机键，不设置用户交互输入界面，所有数据上传到手机上处理显示，简化了仪器的设计，降低了系统硬件成本；利用手机端APP与服务器后台程序和数据库相连接，可以实时下载机油介电常数数据，也可以远程升级APP，也可以通过APP连接仪器，对仪器的固件进行升级，便于远程维护。

本发明可以填补在汽车保养领域的根据机油实际健康状况进行保养的技术空白，为车主和汽修厂提供了一个可以个性化服务和精准服务的方式。

发明内容

本发明将机油的介电常数测试法、物联网方法，移动互联网相结合，创造性地利用智能手机的强大硬件平台和无线互联能力，实现终端设备硬件设计的最简化和各种类机油介电常数数据库的最完整化，实现远程仪器固件升级，易于实现售后服务。

为实现本发明的上述目的，提供以下技术方案：

系统由三部分组成，一台手持式小型机油介电常数测量仪器，一个智能手机端APP，一个服务器后台服务程序和数据库。三部分以无线方式互联，手持仪器通过蓝牙与智能手机连接，手机与服务器通过互联网互相访问。以下技术方案内容不涉及常规设计，如仪器的电源部分设计，手机APP的维护页等

1.手持仪器的设计包括：

1)一个电容传感器，根据应用场景不同，可以设计成油槽形式，也可以是浸入式的，其特征是电容决定于极板间的介质介电常数，电容量的比值也就是介质介电常数的比值；

2)一套时钟同源的交流信号的激励——响应——放大滤波——采样电路，整个电路系统保证时钟同源，也就是由一个时钟源，经过稳定的倍频或分频产生各自模块的时钟，可以克服时钟漂移导致的采样频率也信号频率的偏差，保证采样频率是信号频率的整数倍；

3)一个计算机系统，采样后的数字量输入到计算机系统，经过软件算法处理，得到相对介电常数数据；

4)计算机系统的固件可以进行自我更新；

5)出厂前仪器需对空气的介电常数量进行标定，以消除器件还来的误差；

6)一个蓝牙通讯模块，负责连接手机，分为命令传输通道和数据传输通道，命令通道传输包括启动测试，启动固件升级，固件升级包等交互命令，数据通道传输包括测量数据，环境数据等；

2.手机APP的设计包括：

1)通过手机蓝牙功能连接仪器，并读取仪器硬件软件版本号；

2)一个图形界面，包含

a)显示区域，可显示但不限于，机油寿命分析结果，与仪器的通讯状态，与数据库的通讯状态，仪器升级状态等；

b)按钮和列表，包含但不限于，选择机油类型按钮和机油类型列表，启动仪器测量按钮，启动仪器升级按钮，向服务器发出添加机油类型的请求的按钮等；

3)可以管理本地的机油介电常数数据库；

4)接收到仪器传来的机油介电常数测量结果，并结合机油介电常数数据库的数据，将测量结果换算为机油寿命分析结果；

5)建立个人车辆档案，为用户显示机油劣化曲线；

3.服务器后台服务程序和数据库的设计包括：

1)后台服务程序由手机APP通过internet访问；

2)后台服务程序通过手机APP送上来的仪器硬件软件版本号判断是否有可用的仪器升级包，保证仪器在开机联网的第一时间保持最新；

3)后台服务程序接收手机APP的下载机油介电常数数据的请求，并验证请求，从服务器数据库中提取相应机油类型的数据，通过internet传送给手机APP；

4)后台服务程序接收手机APP发送来的添加机油类型的请求，并保存下来，通知管理员；

5)机油介电常数数据库存储各类型的机油介电常数数据，包含新油的介电常数值、废油的介电常数值等，并易于扩充；

附图说明

1.附图1是电容传感器在印刷电路板上的形态，黑色部分表示铜皮，两块铜皮为电容的两极，交错相对，因为印刷电路板上铜皮的厚度，形成平行板电容器。

2.附图2是刻有电容传感器的印刷电路板与油槽构件的安装关系，上图为主视图，下图为侧视图。油槽构件为上锥下柱的基本形状，下柱的高度决定机油在油槽内加注量的上限。

3.图3是整个系统的3个组成部分之间的交互关系框图。

具体实施方式

本系统侧重于系统各部分间的相互协调工作，以降低系统硬件成本，实现小型化，易维护，大数据等特点，因为各部分功能不涉及技术开发，所以仪器不局限于一种设计实现方法，APP 不局限于界面形式；服务器数据库不局限于实现方法，以下实施方式中的电路设计，软件界面设计，仅为一实例。

1.仪器设计实施：

1)设计一个传感器为PCB上蚀刻铜皮传感器，示意如附图1，绿色部分为铜皮，黑色部分为PCB基板。

2)设计一个塑料模具油槽，固定在传感器上方，如附图2.

3)使用一颗新唐MO516LDN单片机作为计算机系统的主处理器，内置程序存储器和数据存储器，程序存储器分为APROM和LDROM，APROM内存储用户程序，也就是我们开发的仪器固件程序，LDROM存储的是ISP程序，启动ISP程序，可以对APROM内的固件进行更新；

4)单片机的串行口接一个串口蓝牙模块；

5)单片机的输入时钟源为一颗12MHz，稳定度高于30ppm的晶体振荡器；

6)单片机内的PLL模块将晶体振荡器的时钟倍频到48MHz，作为单片机运行的核心时钟；

7)单片机内部经过分频输出一个10KHz，50％占空比的PWM信号，经过3级低通滤波，得到一个干净的正弦波信号，作为传感器的激励信号；

8)响应信号经过滤波放大处理后，由单片机的A/D以160 KSPS的速率进行采样；

9)连续采样1000个响应信号时钟周期；

10)对1000个时钟周期的样值进行数字滤波运算，得到一个周期内的16个样值；

11)对一个周期内的16个样值进行FFT运算，得到基波幅度；

12)电容的交流阻抗与电容值呈反比，电容值与极间介质的介电常数呈正比，再由放大电路的比例运算特性，可以得到基波幅度值与介电常数呈正比，则测出空气为介质时的基波幅值1，机油为介质时的基波幅值2，幅值2和幅值1的比值即为机油相对空气的相对介电常数。

2.手机APP的设计实施：

1)APP有搜索可用仪器设备，并提供仪器列表供用户选择的功能；

2)APP提供机油类型选择按钮，机油类型列表；

3)APP提供的机油列表类型可以通过品牌，基础油，指标等项目交叉搜索；

4)APP提供启动仪器检测的按钮；

5)APP提供监视仪器运行状态的界面；

6)APP提供显示测量结果的界面；

7)APP提供自身和仪器的升级界面；

8)APP提供与后台数据库的连接；

3.服务器后台服务程序和数据库的设计实施：

1)服务器通过域名和IP挂接在internet上；

2)提供一个机油介电常数数据库，包含各类型机油的新油和废油的介电常数数据；

3)提供一个服务器后台服务程序，用于和手机APP的远程交互；

4)数据库由后台服务程序进行访问和维护；

5)后台服务程序向手机APP端推送更新信息和更新程序包；

4.机油寿命测量过程：

1)仪器开机，与手机进行蓝牙连接；

2)用户通过手机APP界面，选择待测机油的型号；

3)用户通过手机APP界面向仪器发出测量命令；

4)仪器向手机发出响应，手机界面提示用户在油槽中加入待测油；

5)用户在油槽中加入待测油，通过手机APP向仪器发出确认测量的命令；

6)机器响应命令，启动测量，并将机油介电常数测量结果发送给手机APP；

7)手机APP将机器发送来的测试结果(介电常数)与机油类型比对，计算出机油健康状况显示给用户；

5.升级过程

1)手机处于internet访问状态；

2)手机APP访问服务器后台服务程序和数据库；

3)服务器后台服务程序向手机APP推送升级信息；

4)当手机APP有更新包可用时，按一般手机APP升级方式进行升级；

5)当仪器固件有升级程序可用时，将仪器开机，连接手机；

6)手机APP向仪器发出升级要求；

7)仪器检查电源，并进行其它自检，自检后向手机发出准备好响应；

8)手机APP将服务器提供的固件升级程序推送给仪器；

9)仪器接收升级程序包完成后，对程序包进行校验；

10)仪器完成程序包校验后，进入ISP模式，对自身固件进行升级；

11)仪器升级完成后重启，启动新固件程序，并向手机APP发出升级成功响应；

6.维护过程：

1)手机端和仪器端的升级维护通过远程完成；

2)当用户所选择的机油类型不在数据库之内，用户向服务器后台发出添加机油类型请求，后台保留请求，并通过internet发送给管理员，管理员可向机油供应商寻求帮助，或其它渠道，得到相关数据；

3)机油介电常数数据库可选择在线数据和离线数据方式，如果选择离线数据方式，即将服务器端的机油介电常数数据库下载到手机端使用。

Claims (10)

1.一种发动机润滑油(以下简称机油)健康管理系统，包括三个通过无线互联的部分：

一部手持式机油介电常数测量仪器(1)。仪器(1)的设计主要包括一个电容传感器，一套激励——响应——放大滤波——采样电路，一个用于分析计算的计算机系统，一个用于数据传输的蓝牙模块四部分功能模块构成；

一个智能手机APP(2)。APP(2)提供一个用户界面，用户可交互式地选择机油型号参数，启动连接仪器(1)，启动仪器(1)进行测量，启动仪器(1)固件更新过程；APP(2)对手机接收到的仪器(1)测量结果进行计算转换，并将机油健康状况显示给用户。APP(2)通过手机互联网功能连接服务器后台数据库，下载机油介电常数数据，下载APP(2)更新程序，下载仪器(1)升级程序；

一个服务器后台服务程序和数据库(3)，包括一个数据库，用于存放各种型号机油的介电常数数据，一个后台服务程序，与手机APP(2)通过internet进行交互，验证手机APP(2)发出的请求，调取机油介电常数数据发送给手机，发布APP(2)更新软件包，发布仪器(1)固件升级程序。

2.根据权利要求1所述，仪器(1)特征在于，它是手持式的，可以准确测量机油的介电常数。

3.根据权利要求1所述，仪器(1)特征在于，具有一个蓝牙模块，能够以蓝牙方式连接手机。

4.根据权利要求1所述，APP(2)用户界面特征在于，提供选择机油类型，连接仪器(1)，启动仪器(1)测试过程，启动仪器(1)升级过程等用户输入功能。

5.根据权利要求1所述，APP(2)特征在于，可以从服务器实时在线获得特定型号的机油介电常数数据，也可以下载所有机油介电常数数据到手机本地供离线使用。

6.根据权利要求1所述，APP(2)特征在于，可以建立机油健康档案，在换油保养初期建立新档，含机油类型，车辆信息，车辆行驶里程等数据，以后每次测量可以调用档案，将每次的测量结果存档，以跟踪机油劣化状况，反映发动机的工作状况。

7.根据权利要求1所述，服务器后台程序和数据库(3)特征在于，数据库存放各种型号机油的新油和废油(临界需更换的机油)介电常数数据。

8.根据权利要求1所述，服务器后台程序和数据库(3)特征在于，后台服务程序将APP(2)发来的增加机油类型数据的请求记录下来，并通知管理员。

9.根据权利要求1所述，整个系统的特征在于，在手机APP(2)的界面上实现对仪器的操作，仪器的测量结果原始值——机油介电常数上传至手机，由手机完成后续的运算和结果显示，所以仪器不需要显示屏和键盘等输入输出设备，做到体积小，成本低。

10.根据权利要求1所述，整个系统的特征在于，因为仪器(1)可以实现IAP和ISP功能，由后台服务程序(3)通过互联网发到手机APP(2)上的食品固件升级程序，再由手机通过蓝牙连接传输至仪器，仪器可完成自升级，是售后升级服务的便利解决方案。