基于ARM9的車載尾氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：本文針對(duì)目前汽車尾氣檢測(cè)是在專業(yè)的監(jiān)測(cè)和維修機(jī)構(gòu)進(jìn)行，車載尾氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)市場(chǎng)上還很少出現(xiàn)，提出了一套可在汽車運(yùn)行時(shí)能自動(dòng)進(jìn)行尾氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。車載尾氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件平臺(tái)采用S3C2410X嵌入式微處理器和尾氣傳感器為主。本文更詳細(xì)地介紹了車載尾氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)行了整體的系統(tǒng)測(cè)試。

關(guān) 鍵 詞：ARM9；車載尾氣監(jiān)測(cè)；S3C2410X；尾氣傳感器

1.引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)機(jī)動(dòng)車數(shù)量已超過(guò)2億，且每年以超過(guò)10%的速度增長(zhǎng)。隨之而來(lái)的是汽車尾氣排放嚴(yán)重污染大氣，成了引發(fā)霧霾天氣的元兇之一。它對(duì)世界環(huán)境的負(fù)面效應(yīng)也越來(lái)越大，尤其是危害城市環(huán)境，引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病，造成地表空氣臭氧含量過(guò)高，加重城市熱島效應(yīng)，使城市環(huán)境轉(zhuǎn)向惡化[1]。

汽車尾氣中含有CO、CO2、NOx、HC化合物、SO2等污染物。本系統(tǒng)需重點(diǎn)檢測(cè)CO、CO2、HC化合物、O2和NOx五種尾氣濃度。CO、CO2、HC化合物用紅外傳感器檢測(cè)，O2用氧傳感器檢測(cè)，NOx用氮氧傳感器檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)各尾氣濃度可以反映發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀況，特別是燃油供給系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)的技術(shù)狀況[2]。車載尾氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可在汽車運(yùn)行過(guò)程中自動(dòng)監(jiān)測(cè)尾氣濃度，有利于及時(shí)了解尾氣排放的參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障，有利于優(yōu)化汽車的性能，提高汽車汽油的燃燒率，保障汽車經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

硬件總體設(shè)計(jì)包括尾氣采集模塊、中央控制模塊兩個(gè)部分，總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

尾氣采集模塊通過(guò)尾氣傳感器檢測(cè)尾氣濃度，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波后，A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后交由處理器進(jìn)行處理。

中央控制模塊選取體積小、價(jià)格低、功耗小、安全可靠的ARM9 S3C2410X處理器。通過(guò)外接觸摸屏完成輸入與輸出。

3.軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

如果需要尾氣檢測(cè)，首先可通過(guò)get_handpad（）來(lái)獲取在觸摸板上的點(diǎn)的位置。如果該點(diǎn)在尾氣濃度檢測(cè)按鍵區(qū)域內(nèi)，就轉(zhuǎn)入尾氣采集模塊去處理，否則繼續(xù)等待。

軟件設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)模塊：尾氣采集模塊、中央處理模塊。

（1）尾氣采集模塊

尾氣采集模塊流程如圖2所示，尾氣采集模塊主要對(duì)采集的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，首先初始化變量、設(shè)置每個(gè)A/D通道的采集次數(shù)，然后開(kāi)始數(shù)據(jù)的采集，程序設(shè)計(jì)為每個(gè)通道采集10次，取平均值，在讀A/D時(shí)，要有一定的延遲，以保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成。

（2）中央處理模塊

中央處理模塊對(duì)尾氣采集模塊采集過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如果尾氣濃度不超標(biāo)，則通過(guò)LCD屏幕上顯示，若超標(biāo)則可發(fā)出警報(bào)。中央處理模塊流程如圖3所示。

4.實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與分析

因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室條件的限制，選取了一輛起亞千里馬的轎車在怠速工況下進(jìn)行檢測(cè)，選取了幾個(gè)不同的環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)。室內(nèi)溫度可以通過(guò)空調(diào)調(diào)節(jié)。

環(huán)境一：測(cè)試時(shí)的環(huán)境溫度為6℃，天氣晴朗，風(fēng)速小于2級(jí)。

環(huán)境二：測(cè)試時(shí)的環(huán)境溫度為16℃，天氣晴朗，風(fēng)速小于2級(jí)。

環(huán)境三：測(cè)試時(shí)的環(huán)境溫度為26℃，天氣晴朗，風(fēng)速小于2級(jí)。

環(huán)境一以HC指標(biāo)為例，取10次的平均值為359.5，10次中的最大值和最小值與其相比最大誤差僅為0.021，CO的最大誤差為0.038，CO2的最大誤差為0.005，NOx的最大誤差為0.025，O2的最大誤差為0.019。

環(huán)境二以HC最大誤差僅為0.020，CO的最大誤差為0.073，CO2的最大誤差為0.003，NOx的最大誤差為0.033，O2的最大誤差為0.011。

環(huán)境三以HC最大誤差僅為0.024，CO的最大誤差為0.109，CO2的最大誤差為0.005，NOx的最大誤差為0.020，O2的最大誤差為0.019。

從數(shù)據(jù)分析可知，該車的重復(fù)性較好，檢測(cè)系統(tǒng)能夠比較準(zhǔn)確的測(cè)試出車輛的真實(shí)排放性能。不同溫度下檢測(cè)的尾氣濃度有較小的差異。當(dāng)然因?yàn)閷?shí)驗(yàn)條件限制沒(méi)有改變環(huán)境的氣壓來(lái)進(jìn)行測(cè)試，在不同氣壓下檢測(cè)到的尾氣濃度也會(huì)有差異[4]。

5.結(jié)束語(yǔ)

基于ARM9的汽車尾氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)尾氣濃度，實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)，遇異常情況啟動(dòng)報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)汽車隱患或故障；同時(shí)還可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，通過(guò)GPRS或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將汽車采集的尾氣濃度數(shù)據(jù)上傳至總控制中心（可由政府部門搭建），為尾氣檢測(cè)治理提供重要真實(shí)的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈竹士，劉棟.“老爺車”尾氣污染成新難題[N].文匯報(bào)，2013.1.

[2] 趙英勛，劉明.汽車檢測(cè)與診斷技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：23-28.

[3] 孫天澤.嵌入式設(shè)計(jì)及Linux驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)指南—基于ARM9處理器（第2版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007：92-101.

[4] 荀啟峰.嵌入式車載尾氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究[D].江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文.2008（6）.