汽車尾氣排放超標智能監(jiān)測系統(tǒng)研究

吉武俊

摘 要：本文就大氣污染中汽車尾氣排放的監(jiān)控技術(shù)展開深入研究，主要解決大氣污染中汽車尾氣排放的監(jiān)控問題，針對車輛排放進行監(jiān)測，提出了一項先進的汽車廢氣排放的監(jiān)測體系。利用OBD-II與汽車尾氣排放系統(tǒng)，進行了汽車排放數(shù)據(jù)收集分析模塊和GPRS遠程傳輸模塊設(shè)計，實時監(jiān)控車輛的排放，如遇到問題，及時告知駕駛員前去維修，減少不必要的污染，進而為大氣污染中汽車尾氣排放監(jiān)測、超標排放車輛監(jiān)督控制、防治技術(shù)應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：尾氣排放;智能控制;檢測

中圖分類號：U463.6 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）19-0016-02

Abstract： This paper conducted in-depth research on the monitoring technology of automobile exhaust emissions in air pollution， which mainly solved the problem of vehicle exhaust emission monitoring in air pollution， and put forward an advanced vehicle exhaust emission monitoring system. Through OBD-II and the National monitoring of automobile exhaust emission systems， the vehicle emission data collection and analysis module and the GPRS long-distance transmission module design are designed to monitor the emissions of vehicles in real time. If problems are encountered， the drivers are informed in time to go for maintenance， and reduce unnecessary pollution. It has laid a solid foundation for the monitoring of automobile exhaust emissions in air pollution， the supervision and control of vehicles that exceed the emission level， and the application of prevention and control technologies.

Keywords： exhaust gas emission;intelligent control;detection

從2011—2018年的調(diào)查結(jié)果得知，各類燃油汽車的數(shù)量持續(xù)增加，汽車尾氣的排放量也不斷加大。雖然汽車尾氣增加的速率在下降，但是總體的情形依然令人擔(dān)憂。隨著各類燃油汽車數(shù)量不斷增加，其對大氣環(huán)境造成的破壞日益嚴重。由中國科學(xué)院關(guān)于大氣環(huán)境的研究機構(gòu)監(jiān)控的數(shù)據(jù)可知，汽車排放的廢氣是霧霾產(chǎn)生的主要因素。因此，汽車尾氣排放智能監(jiān)控系統(tǒng)研究顯得尤為重要。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)整體設(shè)計

本課題設(shè)計的系統(tǒng)分為車輛尾氣排放故障數(shù)據(jù)收集和GPRS遠距離控制與監(jiān)視2個單元。DSP和車輛之間的數(shù)據(jù)通信主要由汽車尾氣排放故障的數(shù)據(jù)采集模塊負責(zé)，遠程監(jiān)控模塊重點負責(zé)DSP與監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)通信。

車輛尾氣排放故障數(shù)據(jù)收集主要由汽車問題收集單元來管理，包括DSP和汽車之間的溝通交流、凍結(jié)幀數(shù)據(jù)提取、故障診斷代碼提取、查看汽車有關(guān)問題的數(shù)據(jù)值等。GPRS遠距離監(jiān)測和調(diào)節(jié)單元共有兩大類用途：其一，通過在遠距離GPRS利用汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與汽車有關(guān)的數(shù)據(jù)傳送給檢查調(diào)節(jié)的站點;其二，接收并傳輸遠程監(jiān)控中心發(fā)送的指令給DSP。上述兩個模塊由主控制芯片DSP自動發(fā)送相應(yīng)指令，并把需要的結(jié)構(gòu)芯片，將相關(guān)的串連接口用獨特的方式發(fā)功給TL718，也可以發(fā)送給MC55。具體發(fā)送給哪個，視自身情況而定，在這一系列操作之后按照規(guī)定采取措施。

車輛啟動后，系統(tǒng)將啟動電源，DSP就可以計算相關(guān)代碼問題，根據(jù)相關(guān)的規(guī)定傳輸給MC55這個站點，等待網(wǎng)絡(luò)連接后就會傳輸相關(guān)問題代碼。如果想要了解更深層次的問題數(shù)據(jù)，就需要從車輛的數(shù)據(jù)信息入手。監(jiān)控站通過GPRS和MC55的指令，把查看到的關(guān)于凍結(jié)幀的汽車信息、氧傳感器的信息以及OBD監(jiān)測結(jié)果進行傳送。串口MC55結(jié)合相對應(yīng)的OBD命令把DSP的信息進行下一步傳遞，把數(shù)據(jù)收集之后再返回到監(jiān)控中心，從而可以初步得出故障結(jié)論，然后傳遞給DSP。控制語音芯片記錄之后會及時通知駕駛員前去維修和解決相應(yīng)問題[1]。

1.2 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計

1.2.1 數(shù)據(jù)采集的硬件電路設(shè)計。CPU選用芯片TMS320F2812，因此，所有用TL718設(shè)計制作的汽車OBD接口電路和所有滿足OBD-II規(guī)定的汽車都能適用于此系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)采集方面能夠得到完整利用。

1.2.2 數(shù)據(jù)采集的軟件設(shè)計。為了準確收集相關(guān)單位需要的數(shù)據(jù)，有關(guān)部門編程和開發(fā)DSP之前，應(yīng)該為DSP創(chuàng)建一個軟件開發(fā)環(huán)境。致力于創(chuàng)建從DSP到TL718，再到車載OBD接口的握手連接。

1.2.3 GPRS模塊的硬件電路設(shè)計。GPRS所在單元的硬件電路是從德國西門子公司生產(chǎn)制造的標準MC55無線區(qū)域單元。MC55是一個相當(dāng)高構(gòu)成程度的、具有嵌入式TCP/IP協(xié)議的模塊，共有50個引腳。為了基本實現(xiàn)GPRS應(yīng)用，需要設(shè)計較為固定的電壓、適合的接口電路SIM卡接口電路以及主控芯片DSP。

1.2.4 GPRS模塊的程序設(shè)計。本設(shè)計中，初始化GPRS之后，能使MC55模塊與主機服務(wù)器建立聯(lián)系。MC55完全支持AT命令集，DSP將相應(yīng)的AT命令發(fā)送給MC55，完成網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)傳輸。

1.2.5 語音提示模塊。該模塊本文不做詳細解釋。

2 實驗及分析

本實驗主要是實驗室模擬測試和道路測試，以一汽大眾邁騰2012款轎車為實驗用車，用博世EDC17C53模擬測試。系統(tǒng)采用J1939CAN協(xié)議測試連接。為了驗證系統(tǒng)功能的可靠性與實用性，在實車上設(shè)置發(fā)動機失火故障，通過藍牙通信在安裝有故障監(jiān)測APP的手機終端顯示出故障信息，表1為2 500r/min運行時失火故障狀態(tài)下發(fā)動機參數(shù)值。根據(jù)表1可得出以下結(jié)果。

①正常排放運行狀態(tài)。負荷不變，2個油門踏板位置傳感器信號、空氣流量計信號、節(jié)氣門開度的2個信號隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加而增大，噴油時間和氧傳感器信號均在正常數(shù)值范圍內(nèi)，HC、CO、CO2、NOX和O2尾氣排放值符合第Ⅴ階段國家機動車大氣污染物排放標準排放標準。

②2 500r/min運行時失火故障狀。故障狀態(tài)下油門踏板位置傳感器的2個信號、空氣流量計信號、節(jié)氣門開度信號、噴油時間相對正常工作狀態(tài)的信號值要偏大，因為在故障狀態(tài)下，發(fā)動機ECU要保障必須的輸出功率，只能增加進氣、增加燃油。此時，前氧傳感器、后氧傳感器信號有明顯增加，發(fā)動機HC、CO、CO2、NOX和O2尾氣排放值均超出第Ⅴ階段國家機動車大氣污染物排放標準排放標準。

3 結(jié)論

建立車輛數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)，不僅利于有關(guān)管理部門對車輛進行實時監(jiān)管和控制，確保車輛行駛時不對環(huán)境產(chǎn)生不必要的污染，使車輛潔凈行駛;還有利于駕駛員實時了解車輛的排放情況，對車輛的維護保養(yǎng)、安全駕駛具有非常重要的作用。

參考文獻：

[1]中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部.中國機動車環(huán)境管理年報（2018）[Z].2018.