黄彩梅，杨　鹏，朱凯歌，张树霖，姚学练，吴健辉

(东北大学 秦皇岛分校 计算机与通信工程学院，河北 秦皇岛 066004)

基于物联网的卡车偷油漏油报警系统设计

黄彩梅，杨鹏，朱凯歌，张树霖，姚学练，吴健辉

(东北大学 秦皇岛分校 计算机与通信工程学院，河北 秦皇岛 066004)

摘要:基于物联网，采用移动通信(GSM)、射频识别(RFID)、无线射频收发(NRF)技术设计了卡车偷油漏油报警系统。通过三重防盗措施来提高系统的安全可靠性；采用平均值和中值滤波算法测量燃油液位，有效避免了外部震动等干扰信息对系统的影响；用手机短信通知司机油箱油量的异常变化，使司机能及时有效地监控油量变化。仿真结果表明：该系统能够很好地实现偷油漏油的检测和油量异常及时报警。

关键词：卡车偷油漏油；物联网；中值滤波；短信装置

0引言

在我国，公路运输以其点对点、灵活快捷、运价相对低廉的优势，在铁路、公路、水运、民航和管道运输中占据着70 %的运输量[1]，卡车作为公路运输的主要工具，越来越发挥着重要作用。然而近年来卡车偷油、漏油现象一直影响着卡车运输的高效性和经济性。目前,市场常见的防卡车燃油盗窃装置有：仪表型防偷油装置、红外线报警防偷油装置和震动传感器防偷油装置，还有卡车防偷油[2]、漏油的系统，如文献[3]通过监测油箱中消耗的油量和进油管里经过的油量差值来确定使用是否正常。现存的系统大都是针对车队管理形式设计的，通过GPS远程监控车队卡车油量的变化情况[4]，司机不能及时获得卡车停车时油量的变化。因此，迫切需要一种安全可靠的系统能够在事发第一时间通知车主以采取应对措施。

针对现存卡车偷油漏油现象，本文基于物联网技术[5,6]，设计了一种新颖的卡车偷油漏油报警系统。该系统结构简单，只要油箱油量变化异常就能及时发送手机短信直接通知司机，可适用于车队管理也可用于个体用户，在现实生活中具有广阔的发展前景。

1偷油漏油报警系统设计

卡车偷油漏油报警系统按照功能主要由开关装置、检测装置和短信装置三部分组成。系统结构如图1所示。

图1　卡车偷油漏油报警系统结构图Fig 1　Structure diagram of alarm system of oil theft and oil leakage of truck

1.1电源开关装置

电源开关装置由单片机、三轴重力传感器和继电器组成，三轴重力传感器可感知x,y,z三个方向的相对坐标[7]，通过单片机控制三轴重力传感器采集数据，数据返回单片机，根据数据的变化来判断车辆是否停止。当车辆停止，则继电器闭合，给检测装置和短信装置供电;否则，装置断电，其流程图如图2(a)。

1.2检测装置

采用中值滤波法，利用液位变送器实时测量卡车油箱

内部燃油液面，根据燃油液面变化的快慢来判断是偷油还是漏油。如果有偷油、漏油或者打开油箱盖的情况发生，车厢外部检测装置上的射频无线传输模块运用NRF技术，发送对应编码到车厢内部的短信装置上与之唯一配对的射频无线传输模块[8]，同时警报响起。其流程图如图2(b)所示。

1.3短信装置

短信装置由单片机、NRF模块、射频识别(RFID)读写器、无源RFID卡和移动通信模块组成。司机打开油箱盖加油时刷卡进行RFID认证，如果不刷卡直接打开油箱盖，则为非法[9,10]。车厢内部短信装置的NRF模块接收到车厢外部的NRF模块发送的编码后进行解码，移动通信模块发送短信到车主手机进行提醒。车厢内短信装置判断出车厢外部检测装置被破坏时，也会发送相应的短信到车主手机进行提醒。其流程图如图2(c)所示。

图2　系统功能流程图Fig 2　Flow chart of system function

2中值滤波算法

鉴于中值滤波良好的去噪功能，在采集油量数据时，加入了中值滤波算法

G(n)=med{f(x),x∈W}

(1)

式中f(x)为采样值，W为采集数据的个数的中间值。采集奇数个数据按照由小到大排序，生成单调上升(或下降)的一维数据序列，取中间的数据作为采集数据。中值滤波算法示意图如图3所示。

图3　中值滤波算法Fig 3　Median filtering algorithm

通过实验，获取在相同外界条件下使用液位变送器采集同一箱燃油的液位，采用中值滤波算法和未使用中值滤波算法的数据。数据对比如图4、图5所示。

图4　未采用中值滤波算法获得的数据Fig 4　Data obtained without using median filtering algorithm

图5　采用中值滤波算法获得的数据Fig 5　Data obtained adopting median filtering algorithm

由以上数据可以看出:使用中值滤波算法能有效地去除数据采集时的噪声，采集数据更加稳定，降低了装置的误报率，有效提高了系统的稳定性。

3系统功能实现

系统安装示意图如图6所示。常见卡车偷油漏油方式[12]如图7所示：1)非法打开油箱盖，通过油箱口偷油；2)通过吸油管处偷油；3)通过放油螺丝偷油；4)油箱钻孔偷油;5)靠近油箱底部由于油箱腐蚀或者刮伤漏油;6)强力破坏防盗装置后偷油法。

图6　系统安装示意图Fig 6　Installation diagram of system

图7　常见偷油方式示意图Fig 7　Common ways of oil theft

针对第1种情况，本系统用在油箱口附近安装的RFID读写器来识别是否正常打开油箱盖，如果没有经过刷RFID卡认证，则为非法，发出警报的同时向司机发出手机短信;如果经过RFID卡认证，无论是打开油箱盖还是油箱内液面变化，都不会有警报和短信发出；针对第2～5种情况，本系统运用液位变送器实时监测油箱内液面变化情况，根据油箱内液面变化快慢来判断是偷油还是漏油，测试结果如图8所示；针对第6种情况，当车厢外部检测装置被破坏，车厢内部短信装置会及时发送手机短信给卡车司机，当破坏车载电瓶时，继电器断开，备用蓄电池给短信装置供电，向司机及时发送有关短信。

所以,本系统可以有效地防止偷油漏油的6种常见方式，达到对卡车油箱进行全方位保护的目的。

图8　部分测试结果Fig 8　Part of test results

4结论

本文设计了基于物联网技术的卡车偷油漏油系统，实现了以下功能：

1)对偷油的行为实行三重防护，安全可靠。油箱盖上装有RFID模块，刷错卡或者直接打开油箱盖，就会有短信和警报发出；短信装置和电源开关装置放在车厢里面，检测装置在车厢外面的布局，有利于短信的及时发送，即使检测装置被损坏也会有短信发出。

2)电源开关装置有“行车断电、停车通电”功能，时刻监控油箱油量的变化。既有效地节约了卡车车载电瓶的电能，又避免了手动操作带来的麻烦。

3)采用平均值和中值滤波算法，有效避免了干扰信息对装置的影响，使检测信号准确无误。

4)用手机短信的形式直接通知卡车司机油箱油量变化的异常情况，报警及时。

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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

中图分类号：TN 98

文献标识码：A

文章编号：1000—9787(2016)05—0107—03

作者简介:

黄彩梅(1975-)，女，河北晋州人，博士研究生，讲师，主要研究方向为信号处理、无线网络。