基于無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)臋C(jī)動(dòng)車(chē)尾氣檢測(cè)及數(shù)據(jù)分析設(shè)備

安徽師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院　蔣運(yùn)超　陳　瑾　朱向冰

?

基于無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)臋C(jī)動(dòng)車(chē)尾氣檢測(cè)及數(shù)據(jù)分析設(shè)備

安徽師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院蔣運(yùn)超陳瑾朱向冰

【摘要】為解決現(xiàn)階段尾氣檢測(cè)程序復(fù)雜，所需時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題，提出本簡(jiǎn)易的便攜式尾氣檢測(cè)及分析設(shè)備。能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)動(dòng)車(chē)正常行駛時(shí)的尾氣排放的監(jiān)測(cè)，所采取的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備大大提升了檢測(cè)的效率。采取深入的數(shù)據(jù)分析裝置，可以有效的了解尾氣排放量并判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，有故障檢測(cè)的能力。

【關(guān)鍵詞】機(jī)動(dòng)車(chē)；尾氣；無(wú)線(xiàn)傳輸；氣體分析

近年來(lái)，我國(guó)的汽車(chē)保有量逐年上升，大量的尾氣排放造成了日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。尾氣排放不達(dá)標(biāo)的汽車(chē)在造成大量的污染物排放同時(shí)，自身的發(fā)動(dòng)機(jī)也存在著嚴(yán)重的故障。目前國(guó)內(nèi)的主要檢測(cè)方式是雙怠速法行業(yè)簡(jiǎn)易工況法，由于設(shè)備龐大且價(jià)格昂貴，不適合便捷的實(shí)際測(cè)量[1]。

本文在分析當(dāng)前檢測(cè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出一種便攜式的尾氣檢測(cè)裝置，將傳感器置于尾氣排放處，利用無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)姆绞綄⒉杉臍怏w濃度數(shù)據(jù)發(fā)送到手持設(shè)備上進(jìn)行氣體濃度的實(shí)時(shí)檢測(cè)和分析。實(shí)現(xiàn)尾氣監(jiān)測(cè)和故障分析的結(jié)合。

1　總體方案

燃油的成分復(fù)雜，燃燒的產(chǎn)物主要是碳?xì)浠衔?、氮氧化物。將能夠檢測(cè)尾氣主要污染物的傳感器下位機(jī)安置在排放處，采集氣體成分并傳送給上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，再根據(jù)數(shù)據(jù)分析得到污染物排放狀況。

圖1　整體框圖

2　傳感器檢測(cè)原理

采用不分光紅外吸收法(NDIR)對(duì)尾氣中CO、CO2、HC、NOx等進(jìn)行檢測(cè)[2]，由于每種氣體都具有特定的特征吸收譜帶和特征頻率,在特征頻率附近的光譜帶產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸收，且服從Langbert-Beer定律，式中E0：入射紅外線(xiàn)能量；E：出射紅外線(xiàn)能量，△E為減少量，C為氣體濃度，k為吸收系數(shù)，l為氣室厚度。下表為幾種常見(jiàn)的氣體的特征波長(zhǎng)和吸收系數(shù)[3]，根據(jù)傳感器收集到的數(shù)值變化就可以檢測(cè)出不同的尾氣成分。

圖2　氣體的特征波長(zhǎng)和吸收系數(shù)

3　裝置設(shè)計(jì)

裝置分為上位機(jī)和下位機(jī)，下位機(jī)使用傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，微處理器接收到傳感器的數(shù)據(jù)并經(jīng)過(guò)處理通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸設(shè)備發(fā)送給上位機(jī)。上位機(jī)的工作狀態(tài)如圖3所示。

圖3　接收模塊的軟件框圖

為了上位機(jī)得到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，能夠?qū)σ恍┌l(fā)動(dòng)機(jī)故障進(jìn)行合理的分析，對(duì)下位機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)準(zhǔn)確性要求較高，由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的不穩(wěn)定，不同的轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的尾氣量也是不一樣，采集到的數(shù)據(jù)會(huì)存在很多“壞值”，采用拉依達(dá)法對(duì)處理數(shù)據(jù)，利用公式：

式中n表示測(cè)量的次數(shù)，xi為測(cè)量值，如果殘差：說(shuō)明改組數(shù)據(jù)是壞值，重新采集，采用該算法，可以保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度[1]。

4　數(shù)據(jù)分析

根據(jù)上位機(jī)接收到的數(shù)據(jù)可以繪制出單位時(shí)間內(nèi)尾氣的排放量，根據(jù)國(guó)家尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)可以得出測(cè)試車(chē)輛運(yùn)行時(shí)HC和NOx排放超標(biāo)，同樣，在大量的檢測(cè)數(shù)據(jù)后，可以根據(jù)排放氣體的含量判斷機(jī)車(chē)的故障，可以初步認(rèn)為該發(fā)動(dòng)機(jī)燃油不完全燃燒，可能是氧氣吸入較少。

圖4　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

5　總結(jié)

本設(shè)備利用無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)尾氣的實(shí)時(shí)檢測(cè)，大大提升了檢測(cè)的效率，在大量數(shù)據(jù)積累的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，估測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)測(cè)驗(yàn)證，該設(shè)備有便捷，易操作的特點(diǎn)，有一定的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]方揚(yáng).基于國(guó)III標(biāo)準(zhǔn)的汽車(chē)尾氣檢測(cè)分析系統(tǒng)[D].杭州:浙江大學(xué),2008-01-15,P10-25:66-67.

[2]張虹.汽車(chē)尾氣檢測(cè)技術(shù)研究[D].山東科技大學(xué),2006:10-25.

[3]陳煥江主編.汽車(chē)檢測(cè)與診斷[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

蔣運(yùn)超（1993—），男，大學(xué)本科，研究方向：電子信息。

作者簡(jiǎn)介：

基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃（201410370037）；優(yōu)秀論文培養(yǎng)計(jì)劃（pyjh2014206）。