汽車尾氣排放超標智能監測系統研究

吉武俊

摘 要：本文就大氣污染中汽車尾氣排放的監控技術展開深入研究，主要解決大氣污染中汽車尾氣排放的監控問題，針對車輛排放進行監測，提出了一項先進的汽車廢氣排放的監測體系。利用OBD-II與汽車尾氣排放系統，進行了汽車排放數據收集分析模塊和GPRS遠程傳輸模塊設計，實時監控車輛的排放，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測、超標排放車輛監督控制、防治技術應用奠定了堅實的基礎。

關鍵詞：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年的調查結果得知，各類燃油汽車的數量持續增加，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憂。隨著各類燃油汽車數量不斷增加，其對大氣環境造成的破壞日益嚴重。由中國科學院關于大氣環境的研究機構監控的數據可知，汽車排放的廢氣是霧霾產生的主要因素。因此，汽車尾氣排放智能監控系統研究顯得尤為重要。

1 系統設計

1.1 系統整體設計

本課題設計的系統分為車輛尾氣排放故障數據收集和GPRS遠距離控制與監視2個單元。DSP和車輛之間的數據通信主要由汽車尾氣排放故障的數據采集模塊負責，遠程監控模塊重點負責DSP與監控中心之間的數據通信。

車輛尾氣排放故障數據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、凍結幀數據提取、故障診斷代碼提取、查看汽車有關問題的數據值等。GPRS遠距離監測和調節單元共有兩大類用途：其一，通過在遠距離GPRS利用汽車內部網絡與汽車有關的數據傳送給檢查調節的站點;其二，接收并傳輸遠程監控中心發送的指令給DSP。上述兩個模塊由主控制芯片DSP自動發送相應指令，并把需要的結構芯片，將相關的串連接口用獨特的方式發功給TL718，也可以發送給MC55。具體發送給哪個，視自身情況而定，在這一系列操作之后按照規定采取措施。

車輛啟動后，系統將啟動電源，DSP就可以計算相關代碼問題，根據相關的規定傳輸給MC55這個站點，等待網絡連接后就會傳輸相關問題代碼。如果想要了解更深層次的問題數據，就需要從車輛的數據信息入手。監控站通過GPRS和MC55的指令，把查看到的關于凍結幀的汽車信息、氧傳感器的信息以及OBD監測結果進行傳送。串口MC55結合相對應的OBD命令把DSP的信息進行下一步傳遞，把數據收集之后再返回到監控中心，從而可以初步得出故障結論，然后傳遞給DSP?？刂普Z音芯片記錄之后會及時通知駕駛員前去維修和解決相應問題[1]。

1.2 系統軟硬件設計

1.2.1 數據采集的硬件電路設計。CPU選用芯片TMS320F2812，因此，所有用TL718設計制作的汽車OBD接口電路和所有滿足OBD-II規定的汽車都能適用于此系統，在數據采集方面能夠得到完整利用。

1.2.2 數據采集的軟件設計。為了準確收集相關單位需要的數據，有關部門編程和開發DSP之前，應該為DSP創建一個軟件開發環境。致力于創建從DSP到TL718，再到車載OBD接口的握手連接。

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

1.2.4 GPRS模塊的程序設計。本設計中，初始化GPRS之后，能使MC55模塊與主機服務器建立聯系。MC55完全支持AT命令集，DSP將相應的AT命令發送給MC55，完成網絡連接和數據傳輸。

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。系統采用J1939CAN協議測試連接。為了驗證系統功能的可靠性與實用性，在實車上設置發動機失火故障，通過藍牙通信在安裝有故障監測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下發動機參數值。根據表1可得出以下結果。

①正常排放運行狀態。負荷不變，2個油門踏板位置傳感器信號、空氣流量計信號、節氣門開度的2個信號隨著發動機轉速的增加而增大，噴油時間和氧傳感器信號均在正常數值范圍內，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。故障狀態下油門踏板位置傳感器的2個信號、空氣流量計信號、節氣門開度信號、噴油時間相對正常工作狀態的信號值要偏大，因為在故障狀態下，發動機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 結論

建立車輛數據采集和監控系統，不僅利于有關管理部門對車輛進行實時監管和控制，確保車輛行駛時不對環境產生不必要的污染，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、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環境部.中國機動車環境管理年報（2018）[Z].2018.