客车燃料消耗量指标监测系统的制作方法

本发明涉及一种能耗数据监测系统，特别是客车燃料消耗量指标监测系统，属能耗监测技术领域。

背景技术：

节能监测是政府推动能源合理利用的一项重要手段。《中华人民共和国能源节约法》明确规定，国务院有关交通运输主管部门要按照各自的职责负责全国交通运输相关领域的节能监督管理工作，制定交通运输营运车船的燃料消耗量限值标准，不符合标准的，不得用于营运。根据国家有关标准，各地应加强对客运车辆燃料消耗量检测和监督管理，加快淘汰、更新高耗能的老旧营运车辆。

目前也有一些新型客车上使用了智慧运营系统，对车辆技术状态实时监控,实现了车辆故障远程诊断，保证了车辆正常技术状态。系统能对驾驶员的不良驾驶行为进行实时监控，规范了驾驶操作，降低了安全隐患，控制了燃油消耗。通过对车辆运行过程的综合监控与分析，辅之于车辆调整等技术措施，使车辆技术性能与运行线路环境完美匹配。这种智慧运营系统对节能减排工作有一定的促进作用，但由于一般都没有对客车载荷的检测，也没有对路面平坦度及直线度进行检测，因而与交通行业标准《营运客车燃料消耗量限值及测量方法》的差距较远，不能与规定的燃料消耗量限值进行比对，不能在非专业测试的条件下确定客车的燃料消耗量是否符合标准。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种客车燃料消耗量指标监测系统，通过附加的传感器及客车CAN总线接口实时对客车的能耗相关数据进行采集和计算处理，并且对采集到的数据，按照客车燃料消耗量测试的标准条件进行分析和筛选，取出符合标准测试条件的数据，进行存储，还可通过无线模块将有关数据及时发送到数据处理中心，以便数据处理中心的计算机通过客车能耗远程监测软件以图表形式显示客车的能耗的数据，进一步地，客车能耗远程监测软件还可提供历史数据查询、自动生成日报表、月报表、年报表的功能，通过对能耗监测数据与燃料消耗量限值标准的比较，给出客车燃料消耗量超标的告警信息，由此可提升客车燃料消耗量统计与监测的数据质量，并逐步建立覆盖交通运输全行业的节能减排工作考核体系，完善车辆节能减排考核评价指标。

本发明是这样实现的：客车燃料消耗量指标监测系统，其特征在于，包括：客车燃料消耗量采集装置、通信网络、数据处理中心；

所述的数据处理中心包括数据库服务器、运行客车能耗监测软件的计算机、显示器及打印机；

所述的客车燃料消耗量采集装置，包括：电源稳压单元（1）、智能单元（2）、系统复位单元（3）、数据存储单元（4）、调试接口（5）、乘客计数器（6）、加速度检测单元（7）、CAN接口单元（8）、通信接口电平转换单元（9）、PC机RS-232接口（10）、无线通信模块（11）；其中：

电源稳压单元（1）为智能单元（2）、系统复位单元（3）、数据存储单元（4）、调试接口（5）、乘客计数器（6）、加速度检测单元（7）、CAN接口单元（8）、通信接口电平转换单元（9）、无线通信模块（11）供电，与各部分构成电气连接；

智能单元（2）与电源稳压单元（1）、系统复位单元（3）、数据存储单元（4）、调试接口（5）、乘客计数器（6）、加速度检测单元（7）、CAN接口单元（8）、通信接口电平转换单元（9）构成电气连接；

系统复位单元（3）用于智能单元上电复位，与智能单元（2）构成电气连接；

数据存储单元（4）用于存储智能单元筛选出的符合标准测试条件的数据以及未发送到数据处理中心的数据，与智能单元（2）构成电气连接；

调试接口（5）用于智能单元仿真调试以及下载程序，与智能单元（2）构成电气连接；

乘客计数器（6）用于检测客车当前乘客人数，与智能单元（2）构成电气连接；

加速度检测单元（7）用于检测客车的加速度，与智能单元（2）构成电气连接；

CAN接口单元（8）用于适配与客车的发动机诊断接口收发数据，与智能单元（2）构成电气连接；

通信接口电平转换单元（9）用于适配智能单元与所连接的通信设备的电平信号，与智能单元（2）、PC机RS-232接口（10）和无线通信模块（11）构成电气相连。

PC机RS-232接口（10）用于配置客车的基本参数，与通信接口电平转换单元（9）构成电气连接；

无线通信模块（11）用于连接无线通信网络并与数据处理中心通信，与通信接口电平转换单元（9）构成电气连接。

所述的客车燃料消耗量采集装置安装在需要采集能耗数据的每部客车内。

进一步地，客车能耗相关的数据包括车速、燃油消耗量、燃油消耗率、客车三轴加速度及倾角、乘客人数。

进一步地，PC机RS-232接口，用于连接到PC机的RS232接口，通过在PC机中运行与之配套的客车参数配置软件后，通过该接口配置客车的基本参数、运行参数和极限范围。

所述的加速度检测单元包括三轴加速度传感器U5及电容C16～C19，U5的型号为MMA7455L，是低功耗、高抗震性的数字三轴加速度传感器，内部具有信号调理、低通滤波、温度补偿、自测等功能；电容C16及C17并联接于U5的第1、2引脚之间，并紧靠U5的第1、2引脚，电容C16及C17的容量分别为10μF和0.1μF；电容C18及C19并联接于U5的第5、6引脚之间，并紧靠U5的第5、6引脚，电容C18及C19的容量分别为10μF和0.1μF；U5的第1、4、6、7引脚连接到3.3V电源；U5的第2、5引脚连接到地；U5的第8引脚连接到图3中微控制器U3的第45引脚；U5的第9引脚连接到图3中微控制器U3的第46引脚；U5的第13引脚是I2C通信的SDA串行数据信号线，连接到图3中微控制器U3的第43引脚；U5的第14引脚是I2C通信的SCL时钟信号线，连接到图3中微控制器U3的第42引脚。

本发明是按照上述构思使用上述主要单元部件构成的。其工作原理是：智能单元检测客车的乘客人数以及三轴的加速度信号，由三轴的加速度数据计算三轴的倾角，通过CAN接口单元读取客车的车速、消耗的燃油（燃料）量、燃油消耗率等数据，对采集到的数据按软件设计的算法进行分析与处理，得出实时的燃油消耗率，同时筛选出的符合标准测试条件的数据，由无线通信模块将相关的数据通过通信网络传输到数据处理中心，经数据处理中心的监测软件处理后实时显示有关客车的燃料消耗量数据，并提供历史数据查询、自动生成日报表、月报表、年报表的功能，通过对监测数据与燃料消耗量限值标准的比较，给出客车燃料消耗量超标的告警信息。

本发明的优点及效果：

(1)能够实时快速地采集客车的车速、燃油消耗量、燃油消耗率、加速度、乘客人数等能耗相关的数据，分析计算客车的倾角及燃油有效消耗率等数据。

(2)使用4G或GPRS、CDMA无线数据通信技术，将客车能耗相关的数据传送到数据处理中心，以便实现全自动的客车能耗数据分析、处理、评估，提高工作效率及数据的准确性，能为管理部门对高能耗高污染车辆实施强制淘汰或报废提供数据支持。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是本发明客车燃料消耗量指标监测系统的原理方框图。

图2是实施例的电源稳压单元电路连接原理图。

图3是实施例的智能单元电路连接原理图。

图4是系统复位单元电路连接原理图。

图5是实施例的数据存储单元电路连接原理图。

图6是实施例的调试接口电路连接原理图。

图7是实施例的乘客计数器电路连接原理图。

图8是实施例的加速度检测单元电路连接原理图。

图9是实施例的CAN接口单元电路连接原理图。

图10是实施例的通信接口电平转换单元电路及PC机RS-232接口连接原理图。

图11是实施例的无线通信模块电路连接原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参看图1，客车燃料消耗量指标监测系统，包括客车燃料消耗量采集装置、通信网络（12）、数据处理中心（13）；其中数据处理中心包括数据库服务器、运行客车能耗监测软件的计算机、显示器及打印机。

所述的客车燃料消耗量采集装置，包括：电源稳压单元（1）、智能单元（2）、系统复位单元（3）、数据存储单元（4）、调试接口（5）、乘客计数器（6）、加速度检测单元（7）、CAN接口单元（8）、通信接口电平转换单元（9）、PC机RS-232接口（10）、无线通信模块（11）；其中：电源稳压单元（1）为智能单元（2）、系统复位单元（3）、数据存储单元（4）、调试接口（5）、乘客计数器（6）、加速度检测单元（7）、CAN接口单元（8）、通信接口电平转换单元（9）、无线通信模块（11）供电，与各部分构成电气连接；智能单元（2）与电源稳压单元（1）、系统复位单元（3）、数据存储单元（4）、调试接口（5）、乘客计数器（6）、加速度检测单元（7）、CAN接口单元（8）、通信接口电平转换单元（9）构成电气连接；系统复位单元（3）用于智能单元上电复位，与智能单元（2）构成电气连接；数据存储单元（4）用于存储智能单元筛选出的符合标准测试条件的数据以及未发送到数据处理中心的数据，与智能单元（2）构成电气连接；调试接口（5）用于智能单元仿真调试以及下载程序，与智能单元（2）构成电气连接；乘客计数器（6）用于检测客车当前乘客人数，与智能单元（2）构成电气连接；加速度检测单元（7）用于检测客车的加速度，与智能单元（2）构成电气连接；CAN接口单元（8）用于适配与客车的发动机诊断接口收发数据，与智能单元（2）构成电气连接；通信接口电平转换单元（9）用于适配智能单元与所连接的通信设备的电平信号，与智能单元（2）、PC机RS-232接口（10）和无线通信模块（11）构成电气相连。PC机RS-232接口（10）用于配置客车的基本参数，与通信接口电平转换单元（9）构成电气连接；无线通信模块（11）用于连接无线通信网络并与数据处理中心通信，与通信接口电平转换单元（9）构成电气连接。

客车能耗相关的数据包括车速、燃油消耗量、燃油消耗率、客车三轴加速度及倾角、乘客人数。

PC机RS-232接口用于连接到PC机的RS232接口，通过在PC机中运行与之配套的客车参数配置软件后，通过该接口配置客车的基本参数、运行参数和极限范围。其中的基本参数包括: 车长、车宽、车高、车重、产品名称、型号、出厂日期、发动机型号、发动机排量、功率、载客人数、总质量、整备质量、燃料种类等。

请进一步参看图2，电源稳压单元由插座CZ1、开关电源模块U1、集成稳压块U2、电容C1～C4、电阻R1、二极管D1、发光二极管LED组成，与电路的其它部分构成电气连接，为相关部分提供工作电源。从CZ1输入车辆蓄电池的24V直流电压，经D1、U1稳压后输出5V电压，再经U2（型号为LD1117S33C）稳压后输出3.3V电压，为智能单元及相关电路供电，与电路的相关部分构成电气连接。电容C1～C4为滤波电容，电阻R1和发光二极管LED提供电源的状态指示。二极管D1是电源输入极性保护元件，当电源极性接反时不会损坏本装置。

请参看图3，智能单元由高性能的微控制器U3及其相关的电路构成，微控制器U3的型号是STM32F103C8T6，内核是ARM32位的Cortex-M3 CPU,具有64KB的FLASH存储器、20KB的SRAM，内部集成有振荡器、调试电路、温度传感器、12位ADC模数转换电路、多达7个定时器和9个通信口，它是客车能耗数据采集装置的核心控制器件，与外围各单元构成电气连接，在程序的控制下运行。晶振X1、电容C5、C6、电阻R2与微控制器U3第5、6引脚内部电路组成振荡电路，作为微控制器的时钟源。晶振Y1、电容C7、C8与微控制器U3第3、4引脚内部电路组成低频振荡电路，作为微控制器的低频时钟源。电阻R3一端连接到微控制器U3的第44引脚，另一端接地；电阻R4一端连接到3.3V的电源3V3，另一端连接到微控制器U3的第1引脚；电阻R5一端连接到3.3V的电源3V3，另一端连接到微控制器U3的第9引脚。电阻R6一端连接到微控制器U3的第20引脚，另一端接地。电容C9～C13起电源滤波作用。微控制器U3的第24、36、48引脚与3.3V的电源3V3相连接。微控制器U3的第23、35、47、8引脚接地。插座CZ3是与乘客计数器连接的插座，各引脚与微控制器U3的相同的网络编号的引脚相连接。

请参看图4，系统复位单元由电阻R9和电容C14、按钮S1组成，电阻R9和电容C14为微控制器提供上电复位信号，按钮S1为微控制器提供人工手动复位信号。

请参看图5，集成电路U4是数据存储单元，型号为AT24C04，用于存储微控制器程序筛选出的符合标准测试条件的数据以及当前未发送到数据处理中心的数据，

请参看图6，CZ2是调试接口，微控制器通过此接口进行仿真、编程、调试和程序下载，各引脚与图3微控制器U3的相同的网络编号的引脚相连接。

请参看图7，M1是客车乘客计数器，5V稳压电源连接到插座CZ3的第1脚，TX2信号通过电阻R21连接到插座CZ3的第3脚，RX2信号通过电阻R22连接到插座CZ3的第4脚，插座CZ3的第5脚接地。

插头CT3连接到乘客计数器M1的TTL电平通信接口，使用时将CT3与CZ3相连接，通过插座CZ3及插头CT3的第1引脚向乘客计数器供电，微控制器通过乘客计数器读取客车中的乘客人数。

请参看图8，加速度检测单元由集成电路U5及电容C16～C19组成，U5的型号为MMA7455L，是低功耗、高抗震性的数字三轴加速度传感器，内部具有信号调理、低通滤波、温度补偿、自测等功能；电容C16及C17并联接于U5的第1、2引脚之间，并紧靠U5的第1、2引脚，电容C16及C17的容量分别为10μF和0.1μF；电容C18及C19并联接于U5的第5、6引脚之间，并紧靠U5的第5、6引脚，电容C18及C19的容量分别为10μF和0.1μF；U5的第1、4、6、7引脚连接到3.3V电源；U5的第2、5引脚连接到地；U5的第8引脚连接到图3中微控制器U3的第45引脚；U5的第9引脚连接到图3中微控制器U3的第46引脚；U5的第13引脚是I2C通信的SDA串行数据信号线，连接到图3中微控制器U3的第43引脚；U5的第14引脚是I2C通信的SCL时钟信号线，连接到图3中微控制器U3的第42引脚。

请参看图9，CAN接口单元包括CAN收发器U6及电容C20、电阻R10、R11、跳线器JP1、插座CZ4。R11是端接电阻，阻值为120欧姆，可根据需要用跳线器JP1接入电路中。CAN收发器U6的型号为SN65HVD230DR，U5的第1引脚连接到图3中微控制器U3的第33引脚，U5的第2引脚接地，U5的第3引脚接3.3V电源，U5的第4引脚连接到图3中微控制器U3的第32引脚；U5的第6、7引脚分别连接到插座CZ4的第2和第1引脚，U5的第8引脚通过电阻R10接地；电阻R11与跳线器JP1串联后接于插座CZ4的第1、2引脚之间，CZ4的第3引脚接地。电容C20接于U6的第3引脚和地之间。

请参看图10，通信接口电平转换单元由接口转换集成电路U7、电容C21～C25、插座CZ5、CZ6组成，其功能是进行接口电平转换。接口转换集成电路U7的型号为SP3232EEN。插座CZ5是PC机RS-232接口，用于连接到PC机的RS232接口，通过在PC机中运行与之配套的客车参数配置软件后，通过该接口配置客车的基本参数、运行参数和极限范围。其中的基本参数包括: 车长、车宽、车高、车重、产品名称、型号、出厂日期、发动机型号、发动机排量、功率、载客人数、总质量、整备质量、燃料种类等。

请参看图11，这是GPRS无线通信模块电路连接原理图。插头CT6连接到GPRS无线通信模块M2的RS232接口，使用时将CT6与图10中的CZ6相连接，通过插座CZ6及插头CT6的第1引脚向GPRS无线通信模块供电，微控制器通过无线通信模块M2向数据处理中心发送车辆能耗相关的数据。

图2～图11的电路原理图中，相同的电气网络编号或端口是电气连通的。