黃彩梅，楊　鵬，朱凱歌，張樹霖，姚學練，吳健輝

(東北大學 秦皇島分校 計算機與通信工程學院，河北 秦皇島 066004)

基于物聯(lián)網(wǎng)的卡車偷油漏油報警系統(tǒng)設(shè)計

黃彩梅，楊鵬，朱凱歌，張樹霖，姚學練，吳健輝

(東北大學 秦皇島分校 計算機與通信工程學院，河北 秦皇島 066004)

摘要:基于物聯(lián)網(wǎng)，采用移動通信(GSM)、射頻識別(RFID)、無線射頻收發(fā)(NRF)技術(shù)設(shè)計了卡車偷油漏油報警系統(tǒng)。通過三重防盜措施來提高系統(tǒng)的安全可靠性；采用平均值和中值濾波算法測量燃油液位，有效避免了外部震動等干擾信息對系統(tǒng)的影響；用手機短信通知司機油箱油量的異常變化，使司機能及時有效地監(jiān)控油量變化。仿真結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠很好地實現(xiàn)偷油漏油的檢測和油量異常及時報警。

關(guān)鍵詞：卡車偷油漏油；物聯(lián)網(wǎng)；中值濾波；短信裝置

0引言

在我國，公路運輸以其點對點、靈活快捷、運價相對低廉的優(yōu)勢，在鐵路、公路、水運、民航和管道運輸中占據(jù)著70 %的運輸量[1]，卡車作為公路運輸?shù)闹饕ぞ?，越來越發(fā)揮著重要作用。然而近年來卡車偷油、漏油現(xiàn)象一直影響著卡車運輸?shù)母咝院徒?jīng)濟性。目前,市場常見的防卡車燃油盜竊裝置有：儀表型防偷油裝置、紅外線報警防偷油裝置和震動傳感器防偷油裝置，還有卡車防偷油[2]、漏油的系統(tǒng)，如文獻[3]通過監(jiān)測油箱中消耗的油量和進油管里經(jīng)過的油量差值來確定使用是否正常?，F(xiàn)存的系統(tǒng)大都是針對車隊管理形式設(shè)計的，通過GPS遠程監(jiān)控車隊卡車油量的變化情況[4]，司機不能及時獲得卡車停車時油量的變化。因此，迫切需要一種安全可靠的系統(tǒng)能夠在事發(fā)第一時間通知車主以采取應對措施。

針對現(xiàn)存卡車偷油漏油現(xiàn)象，本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[5,6]，設(shè)計了一種新穎的卡車偷油漏油報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，只要油箱油量變化異常就能及時發(fā)送手機短信直接通知司機，可適用于車隊管理也可用于個體用戶，在現(xiàn)實生活中具有廣闊的發(fā)展前景。

1偷油漏油報警系統(tǒng)設(shè)計

卡車偷油漏油報警系統(tǒng)按照功能主要由開關(guān)裝置、檢測裝置和短信裝置三部分組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　卡車偷油漏油報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig 1　Structure diagram of alarm system of oil theft and oil leakage of truck

1.1電源開關(guān)裝置

電源開關(guān)裝置由單片機、三軸重力傳感器和繼電器組成，三軸重力傳感器可感知x,y,z三個方向的相對坐標[7]，通過單片機控制三軸重力傳感器采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)返回單片機，根據(jù)數(shù)據(jù)的變化來判斷車輛是否停止。當車輛停止，則繼電器閉合，給檢測裝置和短信裝置供電;否則，裝置斷電，其流程圖如圖2(a)。

1.2檢測裝置

采用中值濾波法，利用液位變送器實時測量卡車油箱

內(nèi)部燃油液面，根據(jù)燃油液面變化的快慢來判斷是偷油還是漏油。如果有偷油、漏油或者打開油箱蓋的情況發(fā)生，車廂外部檢測裝置上的射頻無線傳輸模塊運用NRF技術(shù)，發(fā)送對應編碼到車廂內(nèi)部的短信裝置上與之唯一配對的射頻無線傳輸模塊[8]，同時警報響起。其流程圖如圖2(b)所示。

1.3短信裝置

短信裝置由單片機、NRF模塊、射頻識別(RFID)讀寫器、無源RFID卡和移動通信模塊組成。司機打開油箱蓋加油時刷卡進行RFID認證，如果不刷卡直接打開油箱蓋，則為非法[9,10]。車廂內(nèi)部短信裝置的NRF模塊接收到車廂外部的NRF模塊發(fā)送的編碼后進行解碼，移動通信模塊發(fā)送短信到車主手機進行提醒。車廂內(nèi)短信裝置判斷出車廂外部檢測裝置被破壞時，也會發(fā)送相應的短信到車主手機進行提醒。其流程圖如圖2(c)所示。

圖2　系統(tǒng)功能流程圖Fig 2　Flow chart of system function

2中值濾波算法

鑒于中值濾波良好的去噪功能，在采集油量數(shù)據(jù)時，加入了中值濾波算法

G(n)=med{f(x),x∈W}

(1)

式中f(x)為采樣值，W為采集數(shù)據(jù)的個數(shù)的中間值。采集奇數(shù)個數(shù)據(jù)按照由小到大排序，生成單調(diào)上升(或下降)的一維數(shù)據(jù)序列，取中間的數(shù)據(jù)作為采集數(shù)據(jù)。中值濾波算法示意圖如圖3所示。

圖3　中值濾波算法Fig 3　Median filtering algorithm

通過實驗，獲取在相同外界條件下使用液位變送器采集同一箱燃油的液位，采用中值濾波算法和未使用中值濾波算法的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)對比如圖4、圖5所示。

圖4　未采用中值濾波算法獲得的數(shù)據(jù)Fig 4　Data obtained without using median filtering algorithm

圖5　采用中值濾波算法獲得的數(shù)據(jù)Fig 5　Data obtained adopting median filtering algorithm

由以上數(shù)據(jù)可以看出:使用中值濾波算法能有效地去除數(shù)據(jù)采集時的噪聲，采集數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定，降低了裝置的誤報率，有效提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3系統(tǒng)功能實現(xiàn)

系統(tǒng)安裝示意圖如圖6所示。常見卡車偷油漏油方式[12]如圖7所示：1)非法打開油箱蓋，通過油箱口偷油；2)通過吸油管處偷油；3)通過放油螺絲偷油；4)油箱鉆孔偷油;5)靠近油箱底部由于油箱腐蝕或者刮傷漏油;6)強力破壞防盜裝置后偷油法。

圖6　系統(tǒng)安裝示意圖Fig 6　Installation diagram of system

圖7　常見偷油方式示意圖Fig 7　Common ways of oil theft

針對第1種情況，本系統(tǒng)用在油箱口附近安裝的RFID讀寫器來識別是否正常打開油箱蓋，如果沒有經(jīng)過刷RFID卡認證，則為非法，發(fā)出警報的同時向司機發(fā)出手機短信;如果經(jīng)過RFID卡認證，無論是打開油箱蓋還是油箱內(nèi)液面變化，都不會有警報和短信發(fā)出；針對第2～5種情況，本系統(tǒng)運用液位變送器實時監(jiān)測油箱內(nèi)液面變化情況，根據(jù)油箱內(nèi)液面變化快慢來判斷是偷油還是漏油，測試結(jié)果如圖8所示；針對第6種情況，當車廂外部檢測裝置被破壞，車廂內(nèi)部短信裝置會及時發(fā)送手機短信給卡車司機，當破壞車載電瓶時，繼電器斷開，備用蓄電池給短信裝置供電，向司機及時發(fā)送有關(guān)短信。

所以,本系統(tǒng)可以有效地防止偷油漏油的6種常見方式，達到對卡車油箱進行全方位保護的目的。

圖8　部分測試結(jié)果Fig 8　Part of test results

4結(jié)論

本文設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的卡車偷油漏油系統(tǒng)，實現(xiàn)了以下功能：

1)對偷油的行為實行三重防護，安全可靠。油箱蓋上裝有RFID模塊，刷錯卡或者直接打開油箱蓋，就會有短信和警報發(fā)出；短信裝置和電源開關(guān)裝置放在車廂里面，檢測裝置在車廂外面的布局，有利于短信的及時發(fā)送，即使檢測裝置被損壞也會有短信發(fā)出。

2)電源開關(guān)裝置有“行車斷電、停車通電”功能，時刻監(jiān)控油箱油量的變化。既有效地節(jié)約了卡車車載電瓶的電能，又避免了手動操作帶來的麻煩。

3)采用平均值和中值濾波算法，有效避免了干擾信息對裝置的影響，使檢測信號準確無誤。

4)用手機短信的形式直接通知卡車司機油箱油量變化的異常情況，報警及時。

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Design of warning system for oil theft and oil leakage of truck based on Internet of things

HUANG Cai-mei,YANG Peng,ZHU Kai-ge,ZHANG Shu-lin,YAO Xue-lian,WU Jian-hui

(School of Computer and Communication Engineering,Northeastern University at Qinhuangdao,Qinhuangdao 066004,China)

Abstract:Based on Internet of things,warning system for oil theft and oil-leakage of truck is designed,using GSM,RFID and NRF technologies.Tripling anti-theft method is used to further improve safety reliability of the system;mean value and median filtering algorithms are used to measure liquid level of fuel oil,and effectively avoid influence of interference information such as external vibration on system.Driver can monitor change of fuel oil quantity change timely and effectively by SMS informing abnormal changes of oil quantity in fuel tank.Simulation show that the system can achieve detection of oil theft and oil leakage and timely alarm of abnormal of oil quantity.

Key words:oil theft and oil leakage of truck;Internet of things;median filtering;SMS device

DOI:10.13873/J.1000—9787(2016)05—0107—03

收稿日期：2015—09—14

中圖分類號：TN 98

文獻標識碼：A

文章編號：1000—9787(2016)05—0107—03

作者簡介:

黃彩梅(1975-)，女，河北晉州人，博士研究生，講師，主要研究方向為信號處理、無線網(wǎng)絡(luò)。