CN112734342A - 一种油罐车运输损耗手持监管设备及监管方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油罐车运输损耗手持监管设备及监管方法，涉及计算机应用技术领域，手持监管设备以MCS‑51为处理器，配有RTC、EEPROM、调试加载电路、配置键盘、LED、LCD、扬声器、RS232等辅助器件。MCS‑51处理器负责对各功能模块的控制、数据存储和传输；RTC提供记录罐内装油和卸油时间，该时间和上位机时间进行比较核对，防止记录作弊；EEPROM负责实时存储油量相关信息；配置键盘用于设备初始使用参数的设置、数据下载/调试切换、显示内容的选择；LCD用于显示设备记录的相关信息；在加油或者卸油时，RS232负责与一次仪表或PC机之间的通信。该设备可以准确记录油罐车油量，准确进行运费结算，杜绝漏油偷油现象发生。

Description

一种油罐车运输损耗手持监管设备及监管方法
技术领域
本发明涉及计算机应用技术领域，特别涉及一种油罐车运输损耗手持监管设备及监管方法。
背景技术
目前偏远地方的油田以及无输油管道的井场原油运输主要靠油罐车运输，运输过程中会存在漏油、偷油情况，造成装油量和卸油量相差较大。传统的方法是油罐车在装油时进行计量、打印票据，卸油时不重新计量，按照票据付款，造成较大的经济损失。
针对此问题，本申请提供了一种油罐车运输损耗手持监管设备及监管方法，集成了EEPROM存储器、RTC实时钟、PCF8563T存储器、LED显示灯、LCD1602显示屏和扬声器，与抽油设备和卸油设备一次仪表进行通信传输油量信息，通过上位机通信软件读取设备存储的信息；配套的上位机管理软件可对信息进行分析、计算，进行精确结算。可防止运输过程中漏油、偷油情况发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油罐车运输损耗手持监管设备及监管方法，集成了EEPROM存储器、RTC实时钟、PCF8563T存储器、LED显示灯、LCD1602显示屏和扬声器，与抽油设备和卸油设备一次仪表进行通信传输油量信息，通过上位机通信软件读取设备存储的信息；配套的上位机管理软件可对信息进行分析、计算，进行精确结算。可防止运输过程中漏油、偷油情况发生。
本发明提供了一种油罐车运输损耗手持监管设备，包括：外壳，所述外壳内部安装处理器，所述处理器与时钟电路、复位电路电连接；所述处理器与时钟芯片RTC、存储器EEPROM电连接，用于实时获取时间信息、实时进行数据存储；所述处理器的输出端电连接LED显示管、LCD液晶显示器和扬声器，用于向外界输出装油或卸油信息；
所述处理器的输入端电连接键盘，用于设备参数设置和数据记录查询，所述处理器电连接调试加载电路，用于进行程序下载和调试切换；所述外壳表面设置与所述处理器电连接的RS232通信接口，通过所述RS232通信接口与PC机电连接，手持监管设备向所述PC机的管理软件发送设备记录数据，管理软件对数据帧进行解析存入数据库，对人员信息、仪表信息和装油或卸油信息进行关联查询、分析和结算，所述处理器与装油或卸油设备的一次仪表串行通信，所述一次仪表用于计量油量。
进一步地，所述处理器选用MCS-51系列单片机，所述存储器EEPROM采用AT24C64芯片，所述时钟芯片RTC采用PCF8563T芯片，所述LCD液晶显示器选用LCD1602。
进一步地，所述键盘为2×4矩阵，其中4个键分别与所述处理器的2个外部中断和2个定时时钟相连，以中断方式进行工作，其余4个键以查询方式工作。
进一步地，应用一种油罐车运输损耗手持监管设备的监管方法，包括以下步骤：
步骤一：对手持监管设备进行初始化操作，校准当前时间，输入油罐车司机工号；
步骤二：手持监管设备与装油或卸油设备的一次仪表通信接口连接，启动装油或卸油设备，通过串行口向手持监管设备发送2个字节的0xAA，一次仪表将装油时间、装油量或卸油时间、卸油量传输至手持监管设备进行存储；
步骤三：手持监管设备与PC机的通信接口连接，将手持监管设备存储器中的数据传送至PC机内的上层管理软件，上层管理软件自动解析设备数据，进行数据存储和自动结算；
步骤四：核对装油数据与卸油数据，得出运输耗油总量。
进一步地，所述PC机读取手持监管设备的信息时，向手持监管设备发送2个字节的0x55，手持监管设备收到标记数据后，将设备中存储的信息发送给PC机内的管理软件，管理软件解析数据并存入数据库，供数据分析、查询和结算使用。
进一步地，所述PC机中存储司机信息、一次仪表信息和罐车信息；所述PC机导入所述手持监管设备的数据时，进行数据解析后再存入运输耗油信息，所述PC机进行条件级联信息查询、计算和结算。
与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
(1)本发明提供了一种油罐车运输损耗手持监管设备及监管方法，手持监管设备与装油或卸油设备一次仪表的接口一致，采用RS232接口，设备两端数据格式相同，避免了数据转换，通信协议完全一致，数据解析简单。
(2)本发明提供了一种油罐车运输损耗手持监管设备及监管方法，设备启动和停止时自动读取当前时间、油量并保存，管理软件可读取设备数据，进行分析结算，司机只能查看设备中的油量信息，禁止修改信息，防止人为作假。
(3)本发明提供了一种油罐车运输损耗手持监管设备及监管方法，手持监管设备的实时钟、数据存储器、LED显示接口与单片机之间连接全部使用I2C总线，键盘通过单片机的外部中断请求和定时器时钟输入端连接，单片机以最小方式工作，不需进行总线扩展，因此体积小、耗电低。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种油罐车运输损耗手持监管设备的硬件连接图；
图2为本发明实施例提供的一种油罐车运输损耗手持监管设备的电路原理图；
图3为本发明实施例提供的一种油罐车运输损耗手持监管设备的电路连接图；
图4为本发明实施例提供的一种油罐车运输损耗手持监管设备的按键定义图；
图5为本发明实施例提供的一种油罐车运输损耗手持监管设备的工作流程图；
图6为本发明实施例提供的一种油罐车运输损耗手持监管设备与PC机的通信流程图。
具体实施方式
下面结合本发明中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
参照图1-图6，本发明提供了一种油罐车运输损耗手持监管设备，包括：外壳，所述外壳内部安装处理器，所述处理器与时钟电路、复位电路电连接；所述处理器与时钟芯片RTC、存储器EEPROM电连接，用于实时获取时间信息、实时进行数据存储；所述处理器的输出端电连接LED显示管、LCD液晶显示器和扬声器，用于向外界输出装油或卸油信息；
其特征在于，所述处理器的输入端电连接键盘，用于设备参数设置和数据记录查询，所述处理器电连接调试加载电路，用于进行程序下载和调试切换；所述外壳表面设置与所述处理器电连接的RS232通信接口，通过所述RS232通信接口与PC机电连接，手持监管设备向所述PC机的管理软件发送设备记录数据，管理软件对数据帧进行解析存入数据库，对人员信息、仪表信息和装油或卸油信息进行关联查询、分析和结算，所述处理器与装油或卸油设备的一次仪表串行通信，所述一次仪表用于计量油量。手持监管设备与装/卸油一次仪表进行通信时可自动记录工号、时间和油量，防止人为篡改数据；手持监管设备与PC机通信可以将设备记录数据传送给管理软件，管理软件对数据帧进行解析存入数据库，将人员信息、仪表信息和装/卸油信息进行关联查询、分析和结算。
其中，所述处理器选用MCS-51系列单片机，价格便宜，耗电量低，所述存储器EEPROM采用AT24C64芯片，系统初次使用时修改芯片内的日期和时间，利用电池给器件供电，保证时间准确性。所述时钟芯片RTC采用PCF8563T芯片，存储容量为64K，用户自己定义了存储的报文格式，报文格式属于私有协议，避免信息干扰。时钟芯片和存储器都属于2线I2C器件，器件与单片机之间接线少。所述LCD液晶显示器选用LCD1602。所述MCS-51处理器负责对各功能模块的控制、数据存储和传输；所述时钟芯片RTC提供记录罐内装油和卸油时间，该时间和上位机时间进行比较核对，防止记录作弊；所述存储器EEPROM负责实时存储油量相关信息；配置键盘用于设备初始使用参数的设置、数据下载/调试切换、显示内容的选择；所述LED用于显示设备工作状态、扬声器可以在每步操作时发出提示音；所述LCD液晶显示器用于显示设备记录的相关信息可显示操作人员信息，也可显示油量信息，可开启或关闭背光以适应不同时间段；在加油或者卸油时，所述RS232通信接口负责与一次仪表或PC机之间的通信。该设备可以准确记录油罐车油量，准确进行运费结算，杜绝漏油偷油现象发生。
所述键盘为2×4矩阵，其中4个键分别与所述处理器的2个外部中断和2个定时时钟相连，以中断方式进行工作，其余4个键以查询方式工作。按键具有防抖动电路，按键接收稳定。8个按键可以进行组合实现记录油罐编号、运油量，查询运输信息等功能。键盘阵列充分利用了单片机的外部中断信号，定时中断信号，整个系统属于单片机最小系统。系统上电初始化正常后，显示灯为绿色；在每步操作时，扬声器都发出提示音，保证操作正确。系统选用C51语言编程控制，算法实现灵活，编译形成代码小，程序直接存储在MCS-51内部程序存储器中，便于升级。设备体积小，司机可随身携带设备，精确计量。选用内部自带的16K电可擦写存储器存储程序，存放油量、运输人员信息、数据传输程序，程序易升级。
实施例1
所述的一种油罐车运输损耗手持监管设备的监管方法，包括以下步骤：
步骤一：对手持监管设备进行初始化操作，校准当前时间，输入油罐车司机工号，每个油罐车有固定的编号，手持监管设备与油罐车一一对应，设备使用前先要将油罐车编号写入手持监管设备；
步骤二：手持监管设备与装油或卸油设备的一次仪表通信接口连接，启动装油或卸油设备，通过串行口向手持监管设备发送2个字节的0xAA，一次仪表将装油时间、装油量或卸油时间、卸油量传输至手持监管设备进行存储；
步骤三：手持监管设备与PC机的通信接口连接，将手持监管设备存储器中的数据传送至PC机内的上层管理软件，上层管理软件自动解析设备数据，进行数据存储和自动结算；
步骤四：核对装油数据与卸油数据，得出运输耗油总量。
其中，手持监管设备与一次仪表、PC机之间的通信接口都为串行口。通信时，一次仪表和PC机为通信的主动方，手持监管设备为被动方。
所述PC机读取手持监管设备的信息时，向手持监管设备发送2个字节的0x55，手持监管设备收到标记数据后，将设备中存储的信息发送给PC机内的管理软件，管理软件解析数据并存入数据库，供数据分析、查询和结算使用。所述PC机内的软件为可视化图形界面，操作简单。为保证数据正确性，每帧数据的传输采用校验和的方式进行校验，校验正确保存数据，校验失败会请求重发数据。手持监管设备的数据全部传送到PC机后会自动删除设备中数据。
所述PC机中存储司机信息、一次仪表信息和罐车信息；所述PC机导入所述手持监管设备的数据时，进行数据解析后再存入运输耗油信息，所述PC机进行条件级联信息查询、计算和结算。装/卸油时，运输人员在手持监管设备上设置工号，与一次仪表的通信接口连接后启动装/卸油设备，一次仪表将装油时间、装油量、卸油时间、卸油量传输给手持监管设备，手持监管设备将信息按规定格式自动写入数据存储器；手持监管设备的数据不能人为修改，防止数据造假。手持监管设备与PC机的通信接口相连将设备中存储器的数据传送给上层管理软件，管理软件能自动解析设备数据，进行数据存储和自动计算；结算时，能准确计算运输费用并惩罚中途油量损失，保护经济利益。
实施例2
本发明是基于单片机开发的监管油罐车运输途中耗损的手持监管设备和方法，首先手持监管设备能记录每个罐车装/卸油时间和油量，管理机要能对数据进行解析、分析和结算，确定数据存储格式、设备操作方法、确定通信协议、结算和惩罚方法。具体包括以下内容：
(1)确定手持监管设备中数据存储器分布
设备中数据存储器分为两个区域，系统参数区和数据帧区：
Figure BDA0002919345320000071
①第一个区域存放系统参数，包括油罐编号、当前数据指针：
油罐编号：每台手持监管设备与一个油罐对应，设备使用前先将对应的油罐编号置入设备。
当前数据指针：记录存储器中数据写入的位置，初始值为4，写入一次数据，指针增加帧字节数；当数据写满之后自动从地址为4的位置开始覆盖写入，存储器形成了环形存储器；上位机读取数据后，存储器指针回到初始值4。
②第二个区域为数据帧，每帧数据格式如下：
Figure BDA0002919345320000072
员工编号：每个司机都有一个2字节的员工编号，每次计量在手持监管设备设置员工编号，该编号作为运油记录的一部分，在上位机解析数据时与职工基本信息对应。
仪表编号：装/卸油设备的每个一次仪表都有唯一的2字节编号，上位机的仪表信息中存放了每个仪表的信息，仪表编号作为上位机解析油罐车装/卸油的位置和油量。
时间：记录装油的具体时间，格式为YYYY-MM-DDhh:mm:ss。
油量：为单精度数，存储装/卸油时间。
校验和：为保证数据正确性，数据传送时形成校验和，接收方用校验和验证传输正确性。
(2)确定上位机解析数据用数据表
上位机要将读到的信息正确解析到司机的运输量需要有员工信息表、仪表信息表、运输信息表，根据这些表中解析出的结果可以实现信息查询、分析和结算。
①员工信息：包括员工编号、员工姓名等信息，用于信息联合查询。
②仪表信息：包括仪表编号、仪表类型(装/卸油)、位置、油量。
③运输信息：包括员工编号、时间、油量等信息。
(3)确定通信协议
手持监管设备上的接口与装/卸油设备一次仪表的接口、PC机接口标准一致，采用交叉线全双工连接方式实现手持监管设备与一次仪表的通信，或者实现与PC机连接。串行协议波特率为9600，8位数据位，无校验位，1位停止位。
要区分手持监管设备与一次仪表或者PC机的通信，数据要以一定的特征字符进行区分，手持监管设备上的接口与装/卸油设备一次仪表通信的特征字符为2个字节0xAA，然后发送一帧数据；手持监管设备与PC机之间通信的特征字符为2字节0x55，通信双方互认特征字后，计算设备中包含的帧数，然后将所有数据帧传送给上位机。
①手持监管设备与一次仪表的通信报文格式为：
特征字符 报文
0xAA，0xAA 1帧报文
②手持监管设备与PC机的通信报文格式为。
特征字符 报文长度 报文 报文2 报文
0x55，0x55 帧数(2字节) 帧1 帧2 帧n
(4)上位机读取设备数据时，进行数据分析，按管理系统要求要求存入数据库，管理系统可查询司机运输信息，进行自动结算，数据存入数据库为数据分析以及和财务软件衔接打下基础。
(5)确定设备按键含义
按键用于手持监管设备的操作，按键含义定义如图4。
8个按键组合可完成设置油罐车编号和调准系统时间、显示油罐车编号和系统时间、开始装/卸油，查询装/卸油记录等功能。
(6)费用结算
每个司机手持监管设备数据导入到上位机后，上位机管理系统中存储有当前运费和油量损失应扣除的费用，根据油量和运费可以计算出结算费用，计算公式为：
结算费用＝Q·P-q·p
其中：Q为实际运油量，单位为吨，P为运输单价，单位为元/吨；
p为损失油量，单位为吨，p为原油单价，单位为元/吨。
实施例3
手持监管设备电路如图3所示，系统具体设计过程为：
(1)时钟与复位电路：采用经典的单片机时钟与复位电路，时钟频率为12MHZ，具有手动复位功能，经多种应用场合验证，时钟电路稳定，复位电路工作稳定。
(2)加载电路：采用MCU-PGM器件实现程序的下载升级，芯片SCL、SDA、CLKOUT分别与单片机的P1.5、P1.6、P1.7引脚相连，下载程序通过该电路模块完成程序的烧写。
(3)电源单元：包括充电电路和DC/DC模块，充电电路为设备上的可充电电池进行充电，DC/DC模块用于直接为设备供电。根据设备使用环境，设备可选择电池供电或由DC/DC模块供电。
(4)数据存储器采用EEPROMAT24C64，存储容量为64K。存储器的I2C总线SCL和SDA分别与单片的P1.0和P1.1连接，存储器用于存储司机信息和装油起止时间和计算的油量。
(5)RTC实时钟采用PCF8563T芯片，存储日期和时间值，具体有：年、月、日、时、分、秒。芯片SCL和SDA分别与单片机的P1.2、P1.3引脚相连，系统启动和停止时读取当前时间值，用于计算装油量和卸油量。
(6)LED显示灯：用于显示设备的工作状态，设备上电工作正常后灯亮。
(7)LCD显示屏：用于显示设备存储的数据。芯片数据信号与单片机P0.0-P0.7相连。控制信号E、E/W、RS、BLV分别与单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.4引脚相连。LCD显示屏可以显示2行字符，每行16个字符信息。
(8)矩阵键盘。2×4的矩阵键盘用做启动和停止操作。第1排4个键连接到单片机的INT0、INT1、T0、T1上，以中断方式工作，第2排按键连接在P2.3、P2.5、P2.6、P3.0引脚，以查询方式工作。键的编号和含义如图4。
(9)RS232接口：手持监管设备与PC机或者一次仪表之间通过串行接口传输数据。
①PC机主动要数据，PC机给手持监管设备发0x55，0x55，设备计算设备中已存帧数，然后按规定格式将数据发给PC机。
②手持监管设备与一次仪表数据传输，手持监管设备按“开始取油”键，一次仪表先给手持监管设备发0XAA、0XAA，待设备确认后，一次仪表将时间、油量发送给设备，设备将数据按数据帧格式存入存储器。
(10)扬声器：用声音提示按键状态，防止卡键引起未按下的情况。扬声器与单片机的P2.3相连，每个按键按下，扬声器发声。
实施例4
手持监管设备与一次仪表通信主要是将一次仪表的装/卸油量传入到手持监管设备，一次仪表启动后，先向手持监管设备发送两个字节0xAA，0xAA，手持监管设备收到后给一次仪表返回2字节的0xAA，0xAA，确认成功后，一次油表将本次的时间、仪表编号、油量发送给手持监管设备，手持监管设备进行数据校验、保存数据后，修改数据指针。具体实现程序流程如图5。
实施例5
手持监管设备与PC机进行通信时，管理软件读设备数据时先发2字节特征值0x55，0x55，设备收到后回送0x55，0x55，然后设备根据当前数据指针位置计算数据帧数并进行校验，然后将设备数据存入管理软件的数据库，同时设备将数据指针设置到起始位置。具体实现程序流程如图6。
实施例6
上位PC机程序包括通信程序和管理程序两部分，通信程序用于读取手持监管设备中的数据，进行数据解析和存储；管理程序主要完成人员信息管理、查询和结算功能。
所述的一种油罐车运输损耗手持监管设备工作原理步骤如下所示：
(1)初次使用时，要对设备初始化，包括设置油罐编号和调准当前系统时间。
①设置司机编号：“显示/修改”键按偶数次为修改状态，“工号/时间”键按奇数次为修改工号状态，“光标移动”指示移动需要修改的数值位置，“数字增加”用于调整工号，每按一次光标处的数自动加1，加到10自动回0，工号为1-65535之间的数值。
②校准系统时间：“显示/修改”键按偶数次为修改状态，“工号/时间”键按偶数次为修改时间状态，“光标移动”指示移动需要修改的数值位置，“数字增加”用于修改当前日期和时间，每按一次光标处的数自动加1，加到10自动回0，具体格式为yyyy-MM-ddhh:mm:ss。
(2)显示工号：“显示/修改”键按奇数次为显示状态，“工号/时间”键按奇数次为显示工号状态。
(3)显示系统时间：“显示/修改”键按奇数次为显示状态，“工号/时间”键按偶数次为显示时间状态。
(4)装油/卸油：“开始取油”和“结束取油”在装油时，“开始取油”按键是开始给油罐车装油，“结束取油”是停止装油；在卸油时，“开始取油”按键是开始从油罐车卸油，“结束取油”是停止卸油。
(5)查询：“向前查询”和“向后查询”按键用来查询前一条记录或者后一条记录。
(6)与PC机传输数据，PC机中通信软件发出读数据命令，下位机将存储器中所有记录发送给PC机，PC机对数据解析存入数据库，管理程序可以查询运油信息，并进行运费结算。
本发明是油罐车罐内油量计量手持监管设备设计，运油车司机可随身携带，装油/卸油时与设备串行口相连，通过按键操作可自动记录起始和结束时间，计算装油量和卸油量，信息传入上位机的管理软件，在管理软件中可按条件查询每位司机运油情况，进行准确结算，防止漏油和偷油情况发生。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种油罐车运输损耗手持监管设备，包括：外壳，所述外壳内部安装处理器，所述处理器与时钟电路、复位电路电连接；所述处理器与时钟芯片RTC、存储器EEPROM电连接，用于实时获取时间信息、实时进行数据存储；所述处理器的输出端电连接LED显示管、LCD液晶显示器和扬声器，用于向外界输出装油或卸油信息；
其特征在于，所述处理器的输入端电连接键盘，用于设备参数设置和数据记录查询，所述处理器电连接调试加载电路，用于进行程序下载和调试切换；所述外壳表面设置与所述处理器电连接的RS232通信接口，通过所述RS232通信接口与PC机电连接，手持监管设备向所述PC机的管理软件发送设备记录数据，所述处理器与装油或卸油设备的一次仪表串行通信，所述一次仪表用于计量油量。
2.如权利要求1所述的一种油罐车运输损耗手持监管设备，其特征在于，所述处理器选用MCS-51系列单片机，所述存储器EEPROM采用AT24C64芯片，所述时钟芯片RTC采用PCF8563T芯片，所述LCD液晶显示器选用LCD1602。
3.如权利要求1所述的一种油罐车运输损耗手持监管设备，其特征在于，所述键盘为2×4矩阵，其中4个键分别与所述处理器的2个外部中断和2个定时时钟相连，以中断方式进行工作，其余4个键以查询方式工作。
4.应用如权利要求1所述的一种油罐车运输损耗手持监管设备的监管方法，包括以下步骤：
步骤一：对手持监管设备进行初始化操作，校准当前时间，输入油罐车司机工号；
步骤二：手持监管设备与装油或卸油设备的一次仪表通信接口连接，启动装油或卸油设备，通过串行口向手持监管设备发送2个字节的0xAA，一次仪表将装油时间、装油量或卸油时间、卸油量传输至手持监管设备进行存储；
步骤三：手持监管设备与PC机的通信接口连接，将手持监管设备存储器中的数据传送至PC机内的上层管理软件，上层管理软件自动解析设备数据，进行数据存储和自动结算；
步骤四：核对装油数据与卸油数据，得出运输耗油总量。
5.如权利要求4所述的一种油罐车运输损耗手持监管设备的监管方法，其特征在于，所述PC机读取手持监管设备的信息时，向手持监管设备发送2个字节的0x55，手持监管设备收到标记数据后，将设备中存储的信息发送给PC机内的管理软件，管理软件解析数据并存入数据库，供数据分析、查询和结算使用。
6.如权利要求4所述的一种油罐车运输损耗手持监管设备的监管方法，其特征在于，所述PC机中存储司机信息、一次仪表信息和罐车信息；所述PC机导入所述手持监管设备的数据时，进行数据解析后再存入运输耗油信息，所述PC机进行条件级联信息查询、计算和结算。
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