基于無線傳輸的機動車尾氣檢測及數據分析設備

安徽師范大學物理與電子信息學院　蔣運超　陳　瑾　朱向冰

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基于無線傳輸的機動車尾氣檢測及數據分析設備

安徽師范大學物理與電子信息學院蔣運超陳瑾朱向冰

【摘要】為解決現階段尾氣檢測程序復雜，所需時間較長的問題，提出本簡易的便攜式尾氣檢測及分析設備。能夠實現機動車正常行駛時的尾氣排放的監測，所采取的無線數據傳輸設備大大提升了檢測的效率。采取深入的數據分析裝置，可以有效的了解尾氣排放量并判斷發動機的運行狀態，有故障檢測的能力。

【關鍵詞】機動車；尾氣；無線傳輸；氣體分析

近年來，我國的汽車保有量逐年上升，大量的尾氣排放造成了日益嚴重的環境問題。尾氣排放不達標的汽車在造成大量的污染物排放同時，自身的發動機也存在著嚴重的故障。目前國內的主要檢測方式是雙怠速法行業簡易工況法，由于設備龐大且價格昂貴，不適合便捷的實際測量[1]。

本文在分析當前檢測現狀的基礎上，提出一種便攜式的尾氣檢測裝置，將傳感器置于尾氣排放處，利用無線傳輸的方式將采集的氣體濃度數據發送到手持設備上進行氣體濃度的實時檢測和分析。實現尾氣監測和故障分析的結合。

1　總體方案

燃油的成分復雜，燃燒的產物主要是碳氫化合物、氮氧化物。將能夠檢測尾氣主要污染物的傳感器下位機安置在排放處，采集氣體成分并傳送給上位機進行數據分析，再根據數據分析得到污染物排放狀況。

圖1　整體框圖

2　傳感器檢測原理

采用不分光紅外吸收法(NDIR)對尾氣中CO、CO2、HC、NOx等進行檢測[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生強烈的吸收，且服從Langbert-Beer定律，式中E0：入射紅外線能量；E：出射紅外線能量，△E為減少量，C為氣體濃度，k為吸收系數，l為氣室厚度。下表為幾種常見的氣體的特征波長和吸收系數[3]，根據傳感器收集到的數值變化就可以檢測出不同的尾氣成分。

圖2　氣體的特征波長和吸收系數

3　裝置設計

裝置分為上位機和下位機，下位機使用傳感器進行數據采集，微處理器接收到傳感器的數據并經過處理通過無線傳輸設備發送給上位機。上位機的工作狀態如圖3所示。

圖3　接收模塊的軟件框圖

為了上位機得到的數據準確，能夠對一些發動機故障進行合理的分析，對下位機傳輸的數據準確性要求較高，由于發動機工作狀態的不穩定，不同的轉速下產生的尾氣量也是不一樣，采集到的數據會存在很多“壞值”，采用拉依達法對處理數據，利用公式：

式中n表示測量的次數，xi為測量值，如果殘差：說明改組數據是壞值，重新采集，采用該算法，可以保證數據的精準度[1]。

4　數據分析

根據上位機接收到的數據可以繪制出單位時間內尾氣的排放量，根據國家尾氣排放標準可以得出測試車輛運行時HC和NOx排放超標，同樣，在大量的檢測數據后，可以根據排放氣體的含量判斷機車的故障，可以初步認為該發動機燃油不完全燃燒，可能是氧氣吸入較少。

圖4　實驗數據

5　總結

本設備利用無線傳輸的方式實現尾氣的實時檢測，大大提升了檢測的效率，在大量數據積累的基礎上，可以進行數據分析，估測發動機的運行狀態。實測驗證，該設備有便捷，易操作的特點，有一定的實用價值。

參考文獻

[1]方揚.基于國III標準的汽車尾氣檢測分析系統[D].杭州:浙江大學,2008-01-15,P10-25:66-67.

[2]張虹.汽車尾氣檢測技術研究[D].山東科技大學,2006:10-25.

[3]陳煥江主編.汽車檢測與診斷[M].北京:機械工業出版社,2001.

蔣運超（1993—），男，大學本科，研究方向：電子信息。

作者簡介：

基金項目：國家級大學生創新創業訓練計劃（201410370037）；優秀論文培養計劃（pyjh2014206）。