移動(dòng)式汽車(chē)尾氣分析儀的設計與實(shí)現

　　引言

　　汽車(chē)尾氣已成為城市大氣污染物的主要來(lái)源之一，各級政府從發(fā)展規劃、城市建設、能源供應等不同方面采取綜合措施，緩解汽車(chē)尾氣排放對大氣環(huán)境的影響。有關(guān)部門(mén)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，降低交通運輸行業(yè)能源消耗和尾氣排放。移動(dòng)式汽車(chē)尾氣分析儀是用于檢測汽車(chē)在行駛過(guò)程中尾氣排放指標而設計的一款檢測設備，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(chē)尾氣分析儀

　　當汽車(chē)啟動(dòng)后，移動(dòng)汽車(chē)尾氣分析儀啟動(dòng)抽氣泵從汽車(chē)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，進(jìn)行內部的紅外法處理，采集CO、CO2、HC的濃度數據，然后尾氣進(jìn)入經(jīng)過(guò)外部的O2、NOx傳感器，采集相應O2、NOx的尾氣濃度數據。這些數據是經(jīng)過(guò)信號檢測、放大和處理后變?yōu)閿底纸Y果，通過(guò)IRidium100的RS-232串口傳到微處理器。微處理器經(jīng)過(guò)統計、平均等算法處理和存儲，按自定義的環(huán)保通信協(xié)議進(jìn)行數據封裝，經(jīng)過(guò)GSM/GPRS/CDMA數據通信或短消息通信傳到指定的上位管理平臺。分析儀上的LCD上有操作菜單，使用者通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行菜單操作，可獲得設備工作狀態(tài)和尾氣分析結果，LCD上可顯示CO、CO2、HC、O2、NOx的具體檢測數據結果。移動(dòng)汽車(chē)尾氣分析儀的結構如圖1所示。

　　移動(dòng)汽車(chē)尾氣分析儀的硬件設計

　　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(guò)內部的紅外法處理，采集CO、CO2、HC的的濃度數據。IRidium100可以通過(guò)外接的O2傳感器和NOx傳感器，得到O2和NOx的濃度數據。

　　單片機系統采用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)議和上位管理平臺進(jìn)行數據交換。

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

　　單片機通過(guò)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(kāi)狀態(tài)，當系統開(kāi)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(mén)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(guò)串口對它進(jìn)行控制和數據傳輸，可以傳送包括短信、CSD、GPRS等在內的數據。CPU對模塊的控制采用的是AT指令，符合ETSI標準GSM 07.07和GSM 07.05。

　　移動(dòng)汽車(chē)尾氣分析儀的軟件設計

　　尾氣分析儀的工作模式

　　專(zhuān)用汽車(chē)尾氣分析儀設計具有四種工作模式：

　?、偈謩?dòng)工作模式，在開(kāi)機狀態(tài)下通過(guò)鍵盤(pán)控制菜單，執行一次尾氣分析的過(guò)程;

　?、谧詣?dòng)工作模式，當每天設定的時(shí)刻達到時(shí)，自動(dòng)執行一次尾氣分析過(guò)程;

　?、勖罟ぷ髂Ｊ?，當接收到上位管理平臺命令時(shí)，執行一次尾氣分析過(guò)程;

　?、苄使ぷ髂Ｊ?，在開(kāi)機狀態(tài)下通過(guò)菜單選擇進(jìn)入，進(jìn)行一次尾氣校準過(guò)程。

　　其中，手動(dòng)工作模式和校準工作模式由LCD提供的主菜單，在現場(chǎng)通過(guò)鍵盤(pán)輸入的鍵值觸發(fā)，然后執行相應的控制命令。

　　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，或者選擇執行n次尾氣檢測(n由菜單的設置選項輸入)，進(jìn)行的一次或多次尾氣分析過(guò)程。