一種采用WUSB的物流車(chē)輛油耗監(jiān)控系統(tǒng)

吳志勇 鞠傳香

(山東理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 淄博 255049)

0 引言

相關(guān)數(shù)據(jù)表明，目前重型卡車(chē)的燃油消耗量仍與1969年的油耗量持平，大約為30 L/100 km［1］。對(duì)于物流企業(yè)，燃油消耗已成為計(jì)算運(yùn)營(yíng)成本需要考慮的重要因素。在現(xiàn)有對(duì)重型卡車(chē)的燃油管理中，定額管理方式較為常見(jiàn)，即根據(jù)路程公里數(shù)配給燃油。但由于路況(受彎道、坡度、坑洼路面等因素影響)、車(chē)況以及載重量等的不同，相同里程的燃油消耗可能也不相同。因此，要想得到精確的油耗計(jì)算公式不太可能。常見(jiàn)的方法是在估算量上再乘以一定的系數(shù)，這樣與實(shí)際油耗相比，計(jì)算得到的油耗通常都會(huì)有一些安全余量。而在部分駕駛員群中，這就可能導(dǎo)致將“余量”轉(zhuǎn)手他人以謀取個(gè)人經(jīng)濟(jì)利益。長(zhǎng)期以來(lái)，由物流企業(yè)中人為因素引起的燃油消耗虛高成為常態(tài)，這也是物流系統(tǒng)亟待解決的問(wèn)題之一。而隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)車(chē)載設(shè)備對(duì)油耗進(jìn)行實(shí)時(shí)或離線監(jiān)控已成為可能。

本系統(tǒng)將嵌入式車(chē)載智能終端附著于物流車(chē)輛，通過(guò)智能設(shè)備實(shí)時(shí)采集行車(chē)油耗信息并存儲(chǔ)于本地。當(dāng)物流車(chē)輛歸隊(duì)后，通過(guò)無(wú)線 USB(wireless USB，WUSB)將油耗數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)服務(wù)中心［2］。

1 系統(tǒng)概述

物流車(chē)輛油耗監(jiān)控系統(tǒng)包括下位機(jī)嵌入式車(chē)載智能終端、上位機(jī)車(chē)隊(duì)管理子系統(tǒng)和上位機(jī)無(wú)線USB數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)三部分［3］，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of the system

下位機(jī)嵌入式車(chē)載智能終端作為監(jiān)控設(shè)備，附著于物流車(chē)輛。通過(guò)油耗傳感器采集數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)于本地。當(dāng)物流車(chē)輛歸隊(duì)后，油耗數(shù)據(jù)通過(guò)WUSB發(fā)送到上位機(jī)。上位機(jī)車(chē)隊(duì)管理子系統(tǒng)作為用戶前臺(tái)客戶端，為用戶提供用戶管理、角色管理、權(quán)限管理、車(chē)輛信息管理、駕駛員信息管理、用車(chē)申請(qǐng)、派車(chē)、出車(chē)登記、油耗預(yù)算、油耗數(shù)據(jù)采集、油耗統(tǒng)計(jì)、車(chē)輛保單管理、車(chē)輛違紀(jì)管理、車(chē)輛事故管理以及綜合數(shù)據(jù)查詢分析等功能。

通過(guò)油耗數(shù)據(jù)采集模塊，用戶可以控制WUSB數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。上位機(jī)WUSB數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)作為中間設(shè)備，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，用戶可通過(guò)客戶端軟件控制WUSB設(shè)備，向下位機(jī)發(fā)送控制命令或接收下位機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

2 無(wú)線USB通信協(xié)議

上位機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與下位機(jī)終端設(shè)備間的通信方式均采用主從方式，所有通信都由上位機(jī)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的無(wú)線USB設(shè)備發(fā)起，由下位機(jī)終端設(shè)備作出響應(yīng)［4］。

2.1 協(xié)議幀定義

為保證上位機(jī)與下位機(jī)的正常通信，協(xié)議中定義了命令幀、數(shù)據(jù)幀、握手幀、錯(cuò)誤幀和結(jié)束幀五種幀格式。幀格式中的CRC校驗(yàn)由硬件完成。

①命令幀:由上位機(jī)無(wú)線USB數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)發(fā)出，車(chē)載智能終端設(shè)備據(jù)此上傳不同意義的數(shù)據(jù)。命令幀格式和命令字功能說(shuō)明分別如表1、表2所示。

表1 命令幀格式Tab.1 Format of the command frame

表2 命令字功能說(shuō)明Tab.2 The functions of the command bits

②數(shù)據(jù)幀:由車(chē)載智能終端設(shè)備發(fā)出，由上位機(jī)WUSB數(shù)據(jù)采集模塊接收，其格式如表3所示。

表3 數(shù)據(jù)幀格式Tab.3 Format of the data frame

③握手幀:由上位機(jī)WUSB數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)出，由車(chē)載智能終端設(shè)備接收并返回相同的命令作為應(yīng)答，以此建立連接，其格式如表4所示。

表4 握手幀格式Tab.4 Format of the handshake frame

④結(jié)束幀:由上位機(jī)WUSB數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)出，用來(lái)通知車(chē)載智能終端設(shè)備通信結(jié)束，并轉(zhuǎn)入其他工作狀態(tài)，其格式如表5所示。

表5 結(jié)束幀格式Tab.5 Format of the end frame

⑤錯(cuò)誤幀:連接失敗或通信失敗(或錯(cuò)誤)時(shí)，產(chǎn)生此幀并通知對(duì)方，其格式如表6所示。

表6 錯(cuò)誤幀格式Tab.6 Format of the error frame

2.2 無(wú)線USB通信過(guò)程

上位機(jī)與下位機(jī)進(jìn)行通信包括建立連接和設(shè)備通信兩個(gè)步驟，其流程分別如圖2和圖3所示。

圖2 建立連接流程圖Fig.2 Flowchart of building connection

圖3 設(shè)備通信流程圖Fig.3 Flowchart of device communication

用戶通過(guò)客戶端軟件點(diǎn)擊“通信連接”按鈕后，WUSB設(shè)備向下位機(jī)發(fā)送握手幀，進(jìn)入連接應(yīng)答狀態(tài)。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，上位機(jī)接收到下位機(jī)的應(yīng)答幀，則建立連接成功;否則連接失敗。連接成功建立后，通過(guò)WUSB設(shè)備向下位機(jī)發(fā)送讀寫(xiě)命令幀。如果數(shù)據(jù)接收正常，則通信完成;否則通信失敗，需要重新發(fā)送命令。

2.3 工作模式轉(zhuǎn)換

下位機(jī)智能終端運(yùn)行過(guò)程中包括通信模式、車(chē)況監(jiān)測(cè)模式和休眠模式三種工作模式，通過(guò)上位機(jī)的WUSB命令實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的控制。當(dāng)車(chē)輛智能終端加電啟動(dòng)后進(jìn)入油耗監(jiān)測(cè)模式，車(chē)輛行駛過(guò)程中通過(guò)傳感器采集油耗數(shù)據(jù)信息;當(dāng)車(chē)輛歸隊(duì)后，上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送連接通信命令，進(jìn)入通信模式;當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)采集時(shí)，智能終端進(jìn)入休眠模式。工作模式轉(zhuǎn)換如圖4所示。

圖4 工作模式轉(zhuǎn)換圖Fig.4 Conversion of the working modes

3 主機(jī)應(yīng)用程序

主機(jī)應(yīng)用程序又稱(chēng)界面應(yīng)用程序，它是在Visual C++6.0環(huán)境下開(kāi)發(fā)的，軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同的功能模塊設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件，使系統(tǒng)具有很好的裁剪性［5］。該程序的主要功能有:提供人機(jī)界面、提供各種具體操作功能;通過(guò)WUSB模塊向下位機(jī)智能終端發(fā)送設(shè)定的目標(biāo)參數(shù)及控制指令，并接收油耗數(shù)據(jù)，分析、顯示數(shù)據(jù)結(jié)果［6－11］。該部分程序主要由動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)和用戶應(yīng)用程序組成，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)負(fù)責(zé)與無(wú)線USB功能驅(qū)動(dòng)程序通信，并接受用戶應(yīng)用程序的各種操作請(qǐng)求。用戶應(yīng)用程序負(fù)責(zé)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、分析和保存。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種采用WUSB的物流車(chē)輛油耗監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)離線采集嵌入式智能終端中的油耗數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控物流車(chē)輛油耗的目的［12－14］。實(shí)際運(yùn)行表明，嵌入式智能終端記錄油耗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，無(wú)線USB下載數(shù)據(jù)穩(wěn)定。此外，系統(tǒng)具有成本低、離線采集數(shù)據(jù)安全性高和簡(jiǎn)單易用等特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)普及應(yīng)用具有重要意義。

［1］鄺光榮.物流企業(yè)燃料消耗情況調(diào)查［J］.中國(guó)物流與采購(gòu)，2010(11):44－48.

［2］付百學(xué)，于春鵬，張德生.汽車(chē)油耗檢測(cè)方法研究［J］.黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010(6):4－7.

［3］汪春華，劉全周，王文揚(yáng).基于LPC2362帶GPS功能汽車(chē)行駛記錄儀的開(kāi)發(fā)［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2010(3):35－37.

［4］《汽車(chē)行駛記錄儀》起草工作組.GB/T 19056－2003汽車(chē)行駛記錄儀實(shí)施指南［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

［5］張玉付.計(jì)算機(jī)油耗管理決策系統(tǒng)［J］.長(zhǎng)沙交通學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，1995(3):62－66.

［6］楊申，陳偉.基于無(wú)線USB的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)［J］.儀器儀表學(xué)報(bào)，2004，25(4):55 －517.

［7］姜印平，錢(qián)振洋，趙欣華，等.車(chē)載油耗測(cè)量系統(tǒng)的研究［J］.電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2010(2):190－194.

［8］劉余，孟小華.嵌入式智能家居終端通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2010(8):1689－1692.

［9］李允，熊光澤.嵌入式系統(tǒng)的功耗管理技術(shù)研究［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2001(12):21－25.

［10］牟迪，陳少華，高翔，等.基于WUSB的機(jī)載導(dǎo)彈自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2010(5):238 －240.

［11］李亮，張維強(qiáng).基于 WUSB的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2007(20):21－24.

［12］車(chē)艷雙，李民贊，鄭立華.基于GPS和PDA的移動(dòng)智能農(nóng)田信息采集系統(tǒng)開(kāi)發(fā)［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(2):109 －114.

［13］趙勇.高速公路交通異常事件監(jiān)控節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)［J］.西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011，16(3):81 －84.

［14］師曉敏，朱名日.基于CAN和CC1100的嵌入式遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2009(2):53 －55.