一种油罐车阀门射频锁的制作方法

本发明涉及物流安全技术领域，特别涉及一种油罐车阀门射频锁。

背景技术：

我国西部地区石油资源丰富，石油资源分布广泛，油井与集中存储区域距离很远，因此需要油罐车将各地开采的石油运输到集中存储区域，然后再通过管道输送到内地。再石油运输的过程中，由于当地地广人稀，人民生活还不富裕，因此养成了靠油吃油的传统，盗油现象十分普遍，运输车队因此损失巨大。基于这种情况，开发一种监控装置，可以控制油罐车的每日装卸油次数，而且在非规定区域不得卸油等就变得非常重要。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

为了解决上述问题，本发明提供了一种油罐车阀门射频锁，油罐车只有在进入指定区域之后才被获准可以进行装卸油操作，而在其它任何地域均不可进行这样的操作，否则视为盗油触发报警，保证了油罐车运输过程的安全性。

(二)技术方案

一种油罐车阀门射频锁，所述射频锁安装于油罐车出油口阀门处，所述射频锁包括射频发送单元、mcu控制单元、存储单元、报警单元、执行单元和电源供电单元；所述mcu控制单元通过所述射频发送单元与控制台进行交互通信；所述mcu控制单元与所述存储单元相互通信，读取所述存储单元中保存的油罐车id编号；所述mcu控制单元输出连接所述报警单元和所述执行单元；所述报警单元对阀门异常开启进行预警提醒；所述mcu通信单元输出pwm脉冲信号驱动所述执行单元控制阀门开启或锁紧；所述电源供电单元为装置其它各单元提供工作电压。

进一步的，所述mcu控制单元包括单片机、第一晶振、第一电感、第一电阻和第一～第八电容，其中所述单片机选用32pinatmega48pa，所述第八电容为电解电容。

进一步的，所述存储单元选用所述单片机自带eeprom存储器。

进一步的，所述射频发送单元包括无线收发器、天线、第二晶振、第二～第四电感、第九～第十七电容、第二和第三电阻，其中所述无线收发器选用20pinnrf24l01，所述天线为pcb板载天线。

进一步的，所述报警单元包括蜂鸣器、三极管和第四电阻，其中所述三极管为pnp型三极管。

进一步的，所述执行单元包括直流电机和步进电机，其中所述直流电机选用lr260型直流电机，所述步进电机选用20byg型步进电机。

进一步的，所述电源供电单元包括电源、场效应管、第十八电容和第五～第七电阻，其中所述电源为两节锂电池，所述场效应管为nmos场效应管。

(三)有益效果

本发明提供了一种油罐车阀门射频锁，基于无线射频和单片机控制技术，实现了油罐车只有在进入指定区域之后才被获准可以进行装卸油操作，而在其它任何地域均不可进行这样的操作，否则视为盗油触发报警，保证了油罐车运输过程的安全性，同时控制台对油罐车车辆信息和每日装卸油次数实时记录，规范了管理和监控，该装置结构简单，体积小巧，响应灵敏，抗干扰能力强，稳定性和可靠性好，扩展性强，具有极佳的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明所涉及的一种油罐车阀门射频锁的系统结构框图。

图2为本发明所涉及的一种油罐车阀门射频锁的mcu控制单元电路原理图。

图3为本发明所涉及的一种油罐车阀门射频锁的射频发送单元电路原理图。

图4为本发明所涉及的一种油罐车阀门射频锁的报警单元电路原理图。

图5为本发明所涉及的一种油罐车阀门射频锁的电源供电单元电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所涉及的实施例做进一步详细说明。

如图1所示，一种油罐车阀门射频锁，射频锁安装于油罐车出油口阀门处，射频锁包括射频发送单元、mcu控制单元、存储单元、报警单元、执行单元和电源供电单元；mcu控制单元通过射频发送单元与控制台进行交互通信；mcu控制单元与存储单元相互通信，读取存储单元中保存的油罐车id编号；mcu控制单元输出连接报警单元和执行单元；报警单元对阀门异常开启进行预警提醒；mcu通信单元输出pwm脉冲信号驱动执行单元控制阀门开启或锁紧；电源供电单元为装置其它各单元提供工作电压。

如图2所示，mcu控制单元包括单片机u1、晶振x1、电感l1、电阻r1和电容c1～c8，其中单片机u1选用32pinatmega48pa，电容c8为电解电容。选用atmel公司的atmega48pa作为主控制器，该芯片是一种高性能、低功耗的8位avr微处理器，工作电压仅1.8～5.5v，工作频率为0～20mhz，极低功耗：正常模式0.2ma；空闲模式0.1ua；省电模式0.75ua。拥有4kb的系统内可编程flash、256字节的系统内可编程eeprom和512字节的片内sram。32个8位通用工作寄存器，两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器，一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器，六通道pwm，8路10位adc，可编程的串行usart接口，可工作于主机/从机模式的spi串行接口以及面向字节的两线串行接口等，外设资源非常丰富。

存储单元主要保存油罐车的id编号，为了降低成本和简化电路结构，存储单元选用atmega48pa自带eeprom存储器，256字节的eeprom对于16位id编号的存储完全够用。

rfid无线射频技术是80年代起走向成熟的一项非接触式自动识别技术，它利用射频方式进行非接触式双向通信，以达到自动识别并交换数据的目的。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预。因此rfid技术具有很多突出的优点：防水、防磁、耐高温、无机械磨损、寿命长、读取距离大、射频标签上数据可以加密、标签存储数据容量更大、存储信息更改自如等。

当油罐车进入指定区域后，控制台通过射频信号发送应答指令给装置，装置的射频发送单元接收该应答指令并送入atmega48pa进行处理，atmega48pa读取eeprom保存的油罐车16位id编号，通过射频发送单元上传给控制台进行身份验证。

如图3所示，射频发送单元包括无线收发器u2、天线e1、晶振x2、电感l2～l4、电容c9～c17、电阻r2和r3，其中无线收发器u2选用20pinnrf24l01，天线e1为pcb板载天线。配置atmega48pa的pd6、pb2脚作为gpio端口，分别与nrf24l01的ce脚和csn脚连接；配置atmega48pa的pb5、pb4、pb3脚作为spio端口，分别与nrf24l01的sck、miso、mosi脚连接；配置atmega48pa的pd2脚作为einto端口，与nrf24l01的irq脚连接。nrf24l01与atmega48pa连接时应注意电源隔离，nrf24l01与天线e1之间连接了滤波电感将两部分进行隔离，旁路电容c14和c15用来抵制高频干扰。nrf24l01工作于2.4～2.5ghz超高频段，采用shockbursttm收发模式，它使nrf24l01能够处理射频协议，实现接收模式和发送模式之间切换。nrf24l01的理论通信距离为200米，但是在包括电磁干扰、功率影响等情况下，实际距离大概为150米，即在150米以外有丢失数据的额现象，但是在100米范围内则完全可以做到不丢失数据。通常一个油罐车的范围为89米，因此可以保证数据通信的完成率和准确性。

当油罐车处于指定区域外而强行开启阀门或者油罐车处于指定区域出现身份验证异常而强行开启阀门的时候，触发报警单元进行预警提醒，防止盗油现象的发生。如图4所示，报警单元包括蜂鸣器b1、三极管q1和电阻r4，其中三极管q1为pnp型三极管。选用蜂鸣器b1作为报警发生装置，pnp三极管q1作为驱动，考虑到atmega48pa的i/o口驱动能力，atmega48pa将以灌电流形式控制蜂鸣器b1发声。控制i/o口由atmega48pa的spk脚提供，当i/o口为低电平时，蜂鸣器b1发声，为高电平时，蜂鸣器b1停止发声。

执行单元包括直流电机和步进电机，其中直流电机选用lr260型直流电机，工作电压为dc1.2～12v，步进电机选用20byg型步进电机，工作电压为dc3.0～12v，本装置中直流电机和步进电机均工作于直流5v电压。当控制台确认验证油罐车id编号后，反馈获准装卸油指令给装置。atmega48pa输出pwm脉冲信号驱动直流电机正转，带动齿轮正向转动，拉动齿条向上提起，使锁芯从阀门垫片中拔出，从而扳手可以转动阀门；而装卸油完成后，atmega48pa控制直流电机反转，将锁芯插入阀门垫片中，锁住扳手。当阀门需要进行修理或拆卸的时候，控制台向装置发送维修指令，经atmega48pa验证后输出pwm脉冲信号驱动步进电机正转，打开阀门锁销，从而可以将整个阀门拆下来。

如图5所示，电源供电单元包括电源、场效应管q2、电容c18和电阻r5～r7，其中电源为两节锂电池，场效应管q2为nmos场效应管。装置中单片机atmega48pa和无线收发器nrf24l01工作电压均为3.3v，因此采用两节锂电池作为装置的主电源，而蜂鸣器、直流电机和步进电机工作电压为5v，利用nmos场效应管的电流放大效果，将两节锂电池的3.3v进行放大为5v电压再输出。

本发明提供了一种油罐车阀门射频锁，基于无线射频和单片机控制技术，实现了油罐车只有在进入指定区域之后才被获准可以进行装卸油操作，而在其它任何地域均不可进行这样的操作，否则视为盗油触发报警，保证了油罐车运输过程的安全性，同时控制台对油罐车车辆信息和每日装卸油次数实时记录，规范了管理和监控，该装置结构简单，体积小巧，响应灵敏，抗干扰能力强，稳定性和可靠性好，扩展性强，具有极佳的推广应用价值。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。