一種汽車尾氣檢測系統(tǒng)的改進(jìn)

蔚 亞

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710089）

前言

近年來，我國經(jīng)濟(jì)形勢一片大好，汽車市場的需求量大幅攀升，大眾更換購買汽車的頻率越來越高。雖然汽車行業(yè)的快速發(fā)展為我國經(jīng)濟(jì)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，但對環(huán)境也造成了嚴(yán)重的污染。因此，需要對汽車尾氣的檢測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以平衡生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)效益之間的關(guān)系，推動汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 汽車尾氣檢測系統(tǒng)的工作原理

1.1 非分散紅外氣體分析原理

非分散紅外氣體分析技術(shù)具有精準(zhǔn)度高、便捷的特點(diǎn)，它檢測的對象主要為CO、CO?、HC 等氣體。非分散紅外氣體分析技術(shù)主要是利用某些氣體粒子能夠吸收紅外線輻射能量的特點(diǎn)，當(dāng)紅外線的光強(qiáng)與其穿過氣體的長度均保持在特定的水平時(shí)，氣體分子的吸收量直接決定著氣體濃度的高低，需要檢測的氣體濃度越高，所吸收的紅外線輻射能量也就越大。當(dāng)確定檢測氣體為何種氣體時(shí)，就可以查到該氣體的吸收系數(shù)，一般紅外線穿過氣體的長度是確定的。因此，根據(jù)朗伯比爾吸收定律來進(jìn)行計(jì)算，就能夠發(fā)現(xiàn)氣體的濃度與紅外線穿過氣體通道后剩余能量的大小有關(guān)，所以，只需要計(jì)算出經(jīng)過吸收減小后的能量，便可以獲知?dú)怏w的濃度。

1.2 氫火焰離子化原理

氫火焰離子化檢測法常用于碳氧化合物的檢測，該技術(shù)的主要原理為：H?和O?的燃燒過程中能夠產(chǎn)生大量的能量，當(dāng)一些有機(jī)化合物與其相遇就會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電離，為使產(chǎn)生的離子有序流動，應(yīng)對其施加高壓電場，從而形成離子流，再通過一些大電阻的加工，以完成電信號的轉(zhuǎn)化工作，此時(shí)的電信號是有機(jī)化合物反應(yīng)量的直接體現(xiàn)，通過電信號的的檢測分析就可以得出氣體的濃度。

1.3 電化學(xué)檢測原理

在進(jìn)行汽車尾氣的檢測工作時(shí)，有一些氣體的濃度是無法通過非分散紅外氣體分析技術(shù)和氫火焰離子化技術(shù)進(jìn)行檢測的，如：O?、N?等氣體。因此需要采用利用其他的檢測原理來完成氣體濃度的檢測，電化學(xué)法恰好可以完成這類氣體的檢測，該方法的原理是：首先利用氧氣傳感器構(gòu)建一個(gè)相對密閉的空間，然后在陰陽極進(jìn)行布置，一般將鉛塊布置于陽極，將聚四氟乙烯放置于陰極，與此同時(shí)，為了加快反應(yīng)的速度，還可以在表面設(shè)置一些催化劑，將電解質(zhì)溶液加入到傳感器中，最后完成其與外部設(shè)備的連接即可。經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)，就可以通過電阻來獲知電勢差的大小，從而檢測出氧氣的濃度。

2 汽車尾氣檢測系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)

2.1 汽車尾氣檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

汽車尾氣的檢測系統(tǒng)主要由主控板、顯示屏、控制面板三部分組成，除此之外汽車尾氣的檢測系統(tǒng)還需要尾氣分析系統(tǒng)來完成氣體的分析工作，這一部分主要由非分散紅外氣體傳感模塊構(gòu)成，主要實(shí)現(xiàn)一氧化碳、二氧化碳、碳氧化合物的檢測功能。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，汽車尾氣分析系統(tǒng)會將非分散紅外氣體傳感模塊檢測到的氣體信息輸送到主控板中，主控板經(jīng)過分析整理，將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在顯示屏上，工作人員可以通過控制面板來進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。

2.2 檢測系統(tǒng)中控制電路的設(shè)計(jì)

處理器是汽車尾氣檢測系統(tǒng)的核心，因?yàn)樗缲?fù)著整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理運(yùn)算，所以，處理器的選擇非常重要，需要遵循一定的原則。在選擇處理器時(shí)，應(yīng)首先考慮其內(nèi)存容量的大小以及處理器輸入輸出的接線個(gè)數(shù)，同時(shí)還要考慮容量不夠時(shí)是否方便拓展的問題。除此之外，處理器的工作環(huán)境也是選擇處理器時(shí)的一個(gè)重要參考標(biāo)準(zhǔn)，在一些高溫、易腐蝕的環(huán)境中，就應(yīng)該選擇能夠適應(yīng)工作環(huán)境的處理器。最后，就是在處理器的選擇中盡量降低成本。

2.3 檢測系統(tǒng)中功能模塊的設(shè)計(jì)

在對汽車尾氣檢測系統(tǒng)進(jìn)行功能模塊的設(shè)計(jì)時(shí)，主要包括存儲模塊、按鍵模塊、通信模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。根據(jù)汽車的特點(diǎn)，存儲模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足便攜、容量大的特點(diǎn)，一般來說，SD 卡較為符合這一特點(diǎn)。按鍵模塊的設(shè)計(jì)主要是通過檢測裝置的功能來設(shè)定按鍵，一般采用六鍵設(shè)計(jì)。通信模塊的設(shè)計(jì)是基于USB 的串口通信電路，通過設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的共享與傳遞。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，簡單來說，就是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從而將信號輸送到單片機(jī)中。

2.4 檢測系統(tǒng)中檢測電路的設(shè)計(jì)

紅外線傳感器的設(shè)計(jì)是檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，不可忽視的重要組成部分。在對紅外線傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先滿足氣體檢測的需要，盡可能的選擇檢測氣體數(shù)量較多的傳感器，同時(shí)還需要保證氣體檢測的精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性。

3 汽車尾氣檢測系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

3.1 檢測系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)

加強(qiáng)人機(jī)交互是進(jìn)行檢測系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)的主要出發(fā)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)需要保證界面的簡潔直觀，應(yīng)將主菜單設(shè)計(jì)為實(shí)時(shí)測量、怠速測量、雙怠速測量、信息管理、操作指南、系統(tǒng)設(shè)置幾個(gè)模塊。通過按鍵來實(shí)現(xiàn)光標(biāo)的移動，方便用戶進(jìn)行選擇，然后使用“確定”按鍵選擇進(jìn)入相應(yīng)的子菜單系統(tǒng)，點(diǎn)擊“返回”即可回到主菜單頁面。

3.2 檢測系統(tǒng)的氣體采集模塊程序設(shè)計(jì)

汽車尾氣檢測系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換是通過單片機(jī)的處理器來完成的，因此ADC 和DMA 都是通過函數(shù)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，它的工作流程如下：首先，將輸入輸出口、DMA 進(jìn)行配置，然后配置ADC 工作模式，將配置時(shí)間進(jìn)行轉(zhuǎn)換并校準(zhǔn)，然后開始ADC 轉(zhuǎn)換工作，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取。

3.3 檢測系統(tǒng)的顯示屏驅(qū)動模塊程序設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)界面以及采集數(shù)據(jù)的顯示功能，提高系統(tǒng)的互動性，就需要對顯示屏的驅(qū)動模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先需要完成時(shí)鐘的初始化、GPIO 的初始化，然后通過FSMC 接口初始化的情況，對顯示屏初始化是否成功進(jìn)行判斷，如果顯示屏初始化成功，即可調(diào)用函數(shù)，使顯示屏完成顯示工作。

4 結(jié)論

汽車尾氣的檢測工作對節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境具有非常重要的作用，因此，對汽車尾氣檢測系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)性設(shè)計(jì)，能夠從根本上減少排放，改善人們的生活環(huán)境。設(shè)計(jì)人員應(yīng)繼續(xù)提高尾氣檢測系統(tǒng)的精準(zhǔn)度，預(yù)防尾氣污染，為環(huán)境的治理提供強(qiáng)有力的支持，實(shí)現(xiàn)汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。