第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

随着汽车保有量的持续攀升，传统加油站的运营模式正面临严峻挑战。当前，多数加油站仍依赖人工操作完成加油、计价、收费等流程，不仅效率低下，高峰时段易造成排队拥堵，还显著增加了人力成本与管理难度。同时，人工监控油箱液位的方式存在滞后性，难以精准判断加油终点，既可能导致溢油风险，也可能因过度加注造成资源浪费，与现代社会对安全、高效、节能的发展需求存在明显差距。此外，传统加油站的支付方式较为单一，多以现金或特定加油卡为主，难以适配用户对移动支付、无感支付等多元化支付手段的需求，且缺乏对加油卡的智能化管理功能，无法满足用户对账户实时监控、便捷充值的诉求。在安全防护方面，传统系统的信号屏蔽与防爆措施多依赖人工操作或固定装置，响应速度慢，难以根据实时场景动态调整，存在一定安全隐患。

在此背景下，研发基于单片机的汽车自助加油控制系统具有重要的现实意义与应用价值。该系统通过引入单片机作为核心控制单元，将智能化检测、自动化控制与网络化交互深度融合，能够有效弥补传统加油模式的短板。从功能实现来看，系统通过超声波传感器实时监测油箱液位，结合阈值报警机制，可精准防范液位过低或加注过量的问题；流量传感器与水泵的协同工作，配合三种加油模式（定价、定量、正常），既能满足用户多样化需求，又能实现加油过程的精准计量与自动化控制。按键模块的集成不仅简化了操作流程，还能通过控制继电器动态模拟信号屏蔽与防爆功能，提升系统的安全防护等级。支付环节融合刷卡与扫码支付，并支持加油卡的注册、注销及充值，极大增强了交易灵活性与用户体验。而WiFi模块与手机的互联功能，更是打破了传统加油系统的信息孤岛，实现了加油数据、液位信息、金额总量的实时传输，以及阈值、油价的远程设置，为用户与管理者提供了便捷的智能化管理渠道。整体而言，该设计通过全流程的自动化与智能化改造，在提升加油效率、降低运营成本、强化安全防护、优化用户体验等方面均有显著突破，为推动自助加油系统的技术升级提供了可行方案，对促进智慧交通与智慧城市的建设具有积极作用。

1.2 国内外研究现状

在自助加油系统的研究与应用领域，国内外已形成一定技术积累，但整体发展呈现差异化特征。

国外自助加油起步较早，技术相对成熟。欧美等发达国家凭借汽车工业的先发优势，早在20世纪80年代便开始推广自助加油模式，目前已建立起较为完善的智能化体系。例如，美国多数加油站采用基于PLC（可编程逻辑控制器）的自助系统，通过高精度流量传感器实现加油量的精准计量，支持信用卡、 debit卡等非现金支付，并集成液位检测功能，部分高端系统还具备与车辆OBD接口的数据交互能力，可自动识别油箱容量并推荐加注量。欧洲则更注重安全与环保，其自助加油系统普遍配备防爆传感器与油气回收装置，通过实时监测油气浓度触发防爆机制，同时借助物联网技术实现加油站与云端管理平台的对接，支持远程监控设备状态与交易数据。不过，国外系统多依赖专用硬件与封闭协议，成本较高，且对本地化支付方式（如移动扫码支付）的适配性不足。

国内自助加油系统的研究始于21世纪初，初期以模仿国外技术为主，核心控制器多采用PLC，功能集中在基础的定量加油与刷卡支付。近年来，随着单片机技术的普及与成本优势凸显，国内研究逐渐转向以单片机为核心的低成本方案。例如，部分高校与企业研发的系统通过STM32或Arduino单片机整合超声波液位检测、流量计量与继电器控制模块，实现液位报警、自动启停加油等功能，并引入扫码支付与加油卡管理功能，适配国内用户支付习惯。同时，国内系统更注重网络化交互，通过WiFi或4G模块与手机APP互联，支持远程查看加油数据、设置参数，部分系统还尝试将区块链技术应用于加油卡管理，提升交易安全性。但现有系统在安全防护的动态响应（如信号屏蔽、防爆功能的实时触发）、多模式加油的切换效率以及复杂场景下的计量精度等方面仍有提升空间，且不同厂商的系统缺乏统一标准，兼容性较差。

总体而言，国内外自助加油系统均朝着智能化、自动化方向发展，但国外侧重高端硬件与安全标准，国内则以低成本、本地化适配为特色。基于单片机的汽车自助加油控制系统的研究，既能吸收国外安全防护与精准控制的经验，又能结合国内支付习惯与网络化需求，通过优化硬件集成与软件算法，有望在提升系统性价比与功能适配性方面实现突破，推动自助加油技术的本土化创新。

1.3 研究内容与方法

本设计以单片机为核心，研究内容涵盖硬件选型与电路设计、软件程序开发及功能集成调试。硬件方面，选取适配的单片机作为控制中枢，集成超声波液位传感器、流量传感器、水泵、按键模块、继电器、刷卡模块、扫码模块及WiFi模块，设计液位检测、加油控制、支付交互及无线通信电路，实现各模块的电气连接与信号传输。软件方面，开发主控制程序，编写液位检测算法以实时获取油箱液位并实现阈值报警，设计流量计量与加油模式（定价、定量、正常）控制逻辑，编写按键响应程序实现启停、参数设置及继电器开关功能，开发支付模块驱动程序以支持刷卡支付、扫码支付及加油卡管理，通过WiFi模块程序实现与手机的数据交互。研究方式采用模块化设计，先分模块进行硬件调试与程序编写，再进行整体集成测试，通过模拟场景验证各功能的稳定性与协同性，优化程序算法以提升系统响应速度与数据准确性。