移動(dòng)式汽車尾氣分析儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　引言

　　汽車尾氣已成為城市大氣污染物的主要來源之一，各級(jí)政府從發(fā)展規(guī)劃、城市建設(shè)、能源供應(yīng)等不同方面采取綜合措施，緩解汽車尾氣排放對(duì)大氣環(huán)境的影響。有關(guān)部門也在研究制定政策措施，推動(dòng)建立更加方便快捷的公共交通體系，降低交通運(yùn)輸行業(yè)能源消耗和尾氣排放。移動(dòng)式汽車尾氣分析儀是用于檢測(cè)汽車在行駛過程中尾氣排放指標(biāo)而設(shè)計(jì)的一款檢測(cè)設(shè)備，它將為控制尾氣排放、建立低碳生活發(fā)揮一定的作用。

　　移動(dòng)式汽車尾氣分析儀

　　當(dāng)汽車啟動(dòng)后，移動(dòng)汽車尾氣分析儀啟動(dòng)抽氣泵從汽車排氣管采樣尾氣，經(jīng)除塵、去油、濾水處理進(jìn)入氣體分析部件IRidium100內(nèi)，進(jìn)行內(nèi)部的紅外法處理，采集CO、CO2、HC的濃度數(shù)據(jù)，然后尾氣進(jìn)入經(jīng)過外部的O2、NOx傳感器，采集相應(yīng)O2、NOx的尾氣濃度數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是經(jīng)過信號(hào)檢測(cè)、放大和處理后變?yōu)閿?shù)字結(jié)果，通過IRidium100的RS-232串口傳到微處理器。微處理器經(jīng)過統(tǒng)計(jì)、平均等算法處理和存儲(chǔ)，按自定義的環(huán)保通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝，經(jīng)過GSM/GPRS/CDMA數(shù)據(jù)通信或短消息通信傳到指定的上位管理平臺(tái)。分析儀上的LCD上有操作菜單，使用者通過鍵盤進(jìn)行菜單操作，可獲得設(shè)備工作狀態(tài)和尾氣分析結(jié)果，LCD上可顯示CO、CO2、HC、O2、NOx的具體檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果。移動(dòng)汽車尾氣分析儀的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　移動(dòng)汽車尾氣分析儀的硬件設(shè)計(jì)

　　尾氣分析儀的氣體分析部件采用英國CITY公司的IRidium100型氣體分析模塊。它通過內(nèi)部的紅外法處理，采集CO、CO2、HC的的濃度數(shù)據(jù)。IRidium100可以通過外接的O2傳感器和NOx傳感器，得到O2和NOx的濃度數(shù)據(jù)。

　　單片機(jī)系統(tǒng)采用C8051F020，它具有兩個(gè)串口，其中一個(gè)串口連接IRidium100，另一個(gè)串口連接GSM/GPRS或CDMA通信模塊，用自定義的通信協(xié)議和上位管理平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　　輸入電源直接接汽車電源DC12V～DC24V，轉(zhuǎn)換成DC12V提供給IRidium100，同時(shí)提供一組DC5V電源輸出給單片機(jī)和通信模塊使用。

　　單片機(jī)通過繼電器控制采樣抽氣泵的工作，主要控制進(jìn)氣、排氣的動(dòng)作。繼電器控制抽氣泵，平時(shí)處于斷開狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)開始進(jìn)行尾氣分析時(shí)，給繼電器通電使抽氣泵工作5分鐘。

　　GSM模塊采用西門子公司的MC37I。該模塊是一個(gè)功能完整的移動(dòng)通信工業(yè)模塊，CPU通過串口對(duì)它進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)傳輸，可以傳送包括短信、CSD、GPRS等在內(nèi)的數(shù)據(jù)。CPU對(duì)模塊的控制采用的是AT指令，符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM 07.07和GSM 07.05。

　　移動(dòng)汽車尾氣分析儀的軟件設(shè)計(jì)

　　尾氣分析儀的工作模式

　　專用汽車尾氣分析儀設(shè)計(jì)具有四種工作模式：

　?、偈謩?dòng)工作模式，在開機(jī)狀態(tài)下通過鍵盤控制菜單，執(zhí)行一次尾氣分析的過程;

　?、谧詣?dòng)工作模式，當(dāng)每天設(shè)定的時(shí)刻達(dá)到時(shí)，自動(dòng)執(zhí)行一次尾氣分析過程;

　　③命令工作模式，當(dāng)接收到上位管理平臺(tái)命令時(shí)，執(zhí)行一次尾氣分析過程;

　　④校準(zhǔn)工作模式，在開機(jī)狀態(tài)下通過菜單選擇進(jìn)入，進(jìn)行一次尾氣校準(zhǔn)過程。

　　其中，手動(dòng)工作模式和校準(zhǔn)工作模式由LCD提供的主菜單，在現(xiàn)場(chǎng)通過鍵盤輸入的鍵值觸發(fā)，然后執(zhí)行相應(yīng)的控制命令。

　　手動(dòng)工作模式，在需要立即進(jìn)行尾氣分析時(shí)，手動(dòng)進(jìn)入主菜單選擇，然后選擇一次尾氣檢測(cè)，或者選擇執(zhí)行n次尾氣檢測(cè)(n由菜單的設(shè)置選項(xiàng)輸入)，進(jìn)行的一次或多次尾氣分析過程。