基于北斗定位系統(tǒng)的車輛燃油監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)

引言

隨著市場經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，汽車運(yùn)輸已經(jīng)成為貨物運(yùn)輸過程中不可或缺的一部分。很多貨車公司為了獲得更多的經(jīng)濟(jì)利益，通常采用雙司機(jī)倒班制，也就是司機(jī)輪流歇班，保證車輛一直在路上行駛。但是也有一些特殊情況，例如大霧天氣高速公路封閉，這時(shí)很多司機(jī)會(huì)選擇找地方停車休息，而有一些不法分子則借此機(jī)會(huì)利用司機(jī)在車上休息的時(shí)間偷竊貨車油箱中的燃油，不僅給司機(jī)帶來了經(jīng)濟(jì)上的損失，而且會(huì)導(dǎo)致車輛缺少燃油而無法行駛。

本文基于北斗定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種車輛燃油監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，其主要功能是，當(dāng)車輛油箱中的燃油被盜時(shí)主動(dòng)向運(yùn)輸公司或司機(jī)發(fā)送報(bào)警信息。以引起司機(jī)的注意。北斗定位系統(tǒng)可以定位車輛當(dāng)前的位置，為運(yùn)輸公司或者車主提供位置查詢和行駛軌跡查詢。

1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

車輛燃油監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，該系統(tǒng)主要由電源變換電路、緊急報(bào)警按鈕、北斗定位模塊、燃油液位傳感器以及報(bào)警器組成。電源變換電路將車載蓄電池的電源轉(zhuǎn)變成單片機(jī)所需的5 V電源;北斗定位模塊提供車輛的定位信息和行駛速度;燃油液位傳感器用來檢測油箱液位變化;車載報(bào)警器是安裝在駕駛室內(nèi)的報(bào)警設(shè)備，可以給司機(jī)發(fā)出警告信號(hào);GSM報(bào)警器是在檢測到油箱液位異常后給指定號(hào)碼發(fā)送報(bào)警信息。另外，在車輛行駛中，可以通過GPRS網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器發(fā)送車輛的當(dāng)前定位和行駛速度。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)選擇及電源電路設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的北斗定位模塊和GSM報(bào)警模塊都需要串行接口，而車載的液位傳感器通常都采用模擬接口，因此選擇的單片機(jī)應(yīng)該至少具有兩個(gè)串口和片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)中選擇宏晶科技公司生產(chǎn)的STC15F2K61S2，該單片機(jī)片內(nèi)有10位8通道A/D轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)獨(dú)立串行口，可以對(duì)內(nèi)部的Flash存儲(chǔ)器在系統(tǒng)編程，且抗干擾能力強(qiáng)。圖2是該系統(tǒng)的單片機(jī)及電源部分原理圖。

為了適用12 V及24 V蓄電池的汽車需要，本系統(tǒng)中使用LM2576—5.0設(shè)計(jì)了寬電壓輸入的電源電路，該電路可以在8～36 V電源電壓范圍下正常工作，輸出電流高達(dá)3 A。

2.2 北斗定位模塊

北斗定位系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的新一代導(dǎo)航定位系統(tǒng)，本系統(tǒng)中選用BD-126北斗/GPS雙模定位芯片。該芯片能在北斗定位和GPS定位兩種模式下自由切換，從而最大程度上保證定位的可靠性，其對(duì)外輸出信號(hào)為GGA語句、GSV語句、VTG語句，默認(rèn)波特率設(shè)置是“9600，N，8，1”。其電路原理如圖3所示。

2.3 燃油箱液位監(jiān)測電路

選用的液位傳感器型號(hào)為S3-E225，該傳感器將油箱液位轉(zhuǎn)換為0～190 Ω的電阻。因此，只需要給傳感器施加一個(gè)恒流源，就可以將該電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。由于單片機(jī)使用5 V電壓供電，因此恒流源的輸出電流I
?？紤]到恒流源電流大小與成本，選用LM317設(shè)計(jì)的燃油液位監(jiān)測電路如圖4所示。圖中R11為液位傳感器，R10=
，選用R10=47 Ω即可。

2.4 GSM報(bào)警器設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中GSM報(bào)警器有3個(gè)任務(wù)：

①通過GPRS網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)程的服務(wù)器發(fā)送車輛定位信息和行駛速度信息;

②當(dāng)油箱位出現(xiàn)異常時(shí)向指定手機(jī)發(fā)送報(bào)警短信并撥打電話;

③當(dāng)駕駛室的緊急報(bào)警按鈕按下時(shí)，撥打報(bào)警電話，并發(fā)送定位短信。

基于需要，選用GSM模塊的型號(hào)為SIM900A。設(shè)計(jì)中通過單片機(jī)的串行口與模塊相連接，通過相應(yīng)的AT指令完成短信與撥打電話的操作。SIM900A電路原理圖如圖5所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)從功能上可以分為油箱燃油監(jiān)測與報(bào)警、車輛位置及速度監(jiān)控、緊急報(bào)警等功能。根據(jù)功能將程序分為主程序、發(fā)送短信及撥打電話程序、燃油監(jiān)測程序以及緊急情況下的中斷程序等子程序。

3.1 系統(tǒng)主程序

系統(tǒng)主程序主要完成燃油液位監(jiān)測、發(fā)現(xiàn)異常后報(bào)警、車輛位置和速度接收，以及按一定時(shí)間間隔向服務(wù)器發(fā)送等功能，其程序流程如圖6所示。

3.2 發(fā)送短信及撥打電話程序

單片機(jī)通過串行口向GSM模塊發(fā)送AT指令可以實(shí)現(xiàn)收發(fā)短信和撥打電話。其發(fā)送短信的流程圖如圖7所示。

其C51程序?yàn)椋?/p>

需要注意的是，在計(jì)算PDU總長度(即所發(fā)送內(nèi)容的總長度)時(shí)，需要將信息頭和接收短信的號(hào)碼包含在內(nèi)，兩位十六進(jìn)制碼算一位長度。以上述程序?yàn)槔?，向手機(jī)號(hào)1506335 4891發(fā)送的信息為“油箱液位異常”，其完整的內(nèi)容包含：

◆08短信中心號(hào)碼長度(字節(jié))，包括第2段(91)和第3段(7字節(jié))。

◆91號(hào)碼類型，91表示號(hào)碼帶國家編碼，中國是86。

◆683108501305F0短信中心號(hào)碼為13800531500。

以上信息在發(fā)送短信時(shí)不必每次都設(shè)置短信中心號(hào)碼，因此可以在發(fā)送中用00代替，并且該字節(jié)不計(jì)入CMGS指令中的信息長度。下面的信息則是程序中包含的內(nèi)容。

11 發(fā)送參數(shù)(TP—MTI/VFP)無需改變。

00 消息基準(zhǔn)值(TP—MR)，不改變。

0D 目標(biāo)手機(jī)號(hào)碼的長度，不包括91，不包括補(bǔ)加的F。

91 號(hào)碼類型，91表示號(hào)碼帶國家編碼，中國是86。

685160334598F1 目標(biāo)號(hào)碼為8615063354891。

00 協(xié)議標(biāo)識(shí)，00表示普通GSM類型，點(diǎn)到點(diǎn)方式。

08 信息內(nèi)容使用的編碼，UCS2(16位)編碼，(Unicode)格式。

A7 短信有效期，00表示5分鐘，A7表示24小時(shí)。

0C 信息長度，即后面短信內(nèi)容的字節(jié)數(shù)(每兩個(gè)字符為一字節(jié))。計(jì)算公式為：字?jǐn)?shù)×2。

6CB9 7BB1 6DB2 4F4D 5F02 5E38 短信內(nèi)容(Unicode碼)。

3.3 燃油監(jiān)測程序

對(duì)油箱內(nèi)燃油的監(jiān)測采用定時(shí)采樣的方法，采樣時(shí)間間隔為30s。當(dāng)本次采樣與上次采樣值之間的差值超過設(shè)定的界限時(shí)，就可以認(rèn)為燃油的使用出現(xiàn)了異常。為了防止出現(xiàn)誤報(bào)警，系統(tǒng)中采用算術(shù)平均值濾波的方法，即在1 s內(nèi)連續(xù)進(jìn)行32次采樣，然后求其平均值，將求得的平均值作為本次的液位值。

結(jié)語

經(jīng)過調(diào)試，基于北斗定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)的車輛燃油監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了車輛燃油監(jiān)控、緊急報(bào)警、車輛定位和行駛狀態(tài)監(jiān)控等功能，目前在大型貨車的應(yīng)用中取得了很好的效果。實(shí)際測試表明，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，具有很好的市場前景。