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汽车尾气远程监测系统研究与开发

作　者: 王险峰
导　师: 杨志刚
学　校: 重庆交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 远程监测 TMS320F2812 GPRS 排放标准传感器
分类号: U495
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

汽车作为现代社会重要的交通工具之一,给人们带来便利的同时也给我们的生活环境造成了影响。汽车尾气的排放污染物中包含了CO、HC化合物、NOx、CO₂、SO₂、颗粒物等,其中很多污染物对人体有害并严重破坏了自然环境,已成为严重的社会问题。因此,通过检测汽车尾气排放水平,对不符合排放标准的车辆进行处理,一方面,可以及时发现汽车可能存在的故障;另一方面,对高排放的车辆实施处罚。目前,各国都制定了相应的排放标准,并对车辆进行了检测,诸如:年检、月检等,这些传统的检测都是非实时检测,一方面,检测时必须是停车检测,给人们生活带了不便;另一方面,给车主留下了作弊机会,不利于及时发现高排放的车辆,对社会生活环境和人们的健康带来了隐患。在分析传统的检测方式和排放标准的基础上,本文提出了一种在线实时监测的方案,该方案是应用传感技术、无线网络通讯技术、自动控制技术和计算机技术的一种测试方法。本文针对内燃机废气温度高、化学成分复杂的特点和实时性的要求,选择了高性能、高分辨率的电化学气体浓度传感器,为废气浓度监测提供了保障。其它传感器模块和计量泵为采集汽车尾气提供了符合《标准》的测试条件。由于汽车位置的不确定性,不可能通过有线的方式实现远程监测,而GPRS作为一种比较成熟的无线数据传输技术,可以实现车辆与监测中心之间的无线通信,以达到对车辆实时监测的目的,为汽车尾气远程监测系统提供了最基本的技术保证。本文选用TMS320F2812设计开发了汽车尾气远程监测系统的硬件平台,在硬件平台的基础上,对实现主控模块对各子模块的控制、GPRS模块的无线传输以及LCD模块的正常显示,进行了分析研究,并绘制出了软件流程图,编写了部分软件程序。基于国Ⅳ排放标准,本文研究了汽车尾气远程监测系统的设计开发方案,该系统的研究开发增加了系统的可靠性、灵活性和实时性,使环保部门、车辆管理部门和维修部门随时了解运行中车辆的排放情况,并及时作出反应。该系统的开发可以更好地在减少人力物力的条件下实现实时监测车辆排放状况,它的研究具有较高的实用价值。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-15
  1.1 研究背景  9-11
  1.2 汽车尾气监测技术研究现状  11-13
    1.2.1 国外汽车尾气监测技术研究现状  11-12
    1.2.2 国内汽车尾气监测技术研究现状  12-13
  1.3 研究目的和意义  13-14
  1.4 研究的主要内容  14-15
第二章汽车尾气产生机理及排放测量技术研究  15-26
  2.1 汽车排气有害成分的生成机理  15-17
    2.1.1 一氧化碳（CO）的生成机理  15
    2.1.2 碳氢化合物（HC）的生成机理  15-16
    2.1.3 氮氧化物（NOX）的生成机理  16-17
  2.2 汽车排放标准  17-18
  2.3 汽车排放污染物的检测方法  18-22
    2.3.1 怠速法  18-19
      2.3.1.1 怠速测量法  18-19
      2.3.1.2 双怠速测量法  19
    2.3.2 工况法  19-22
      2.3.2.1 稳态工况法  20-21
      2.3.2.2 瞬态工况法  21-22
  2.4 汽车排放尾气的采样方法  22-25
    2.4.1 直接采样法  23
    2.4.2 定容采样法  23-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章汽车尾气远程监测系统的测试方法与总体设计  26-33
  3.1 汽车尾气远程监测原理  26-28
    3.1.1 汽车运行工况  26-27
    3.1.2 汽车尾气远程监测计算  27-28
  3.2 关键问题及解决方法  28-30
  3.3 系统总体设计  30-31
    3.3.1 硬件构成  30-31
    3.3.2 软件构成  31
  3.4 本章小结  31-33
第四章汽车尾气远程监测系统的硬件设计  33-65
  4.1 传感器的选用及信号预处理  33-41
    4.1.1 气体传感器的选用及信号预处理  33-37
      4.1.1.1 常用测量仪器及所用传感器简介  33-35
      4.1.1.2 电化学传感器的工作原理和性能  35-36
      4.1.1.3 气体传感器调理电路的设计  36-37
    4.1.2 转速传感器的选用及信号预处理  37-39
      4.1.2.1 转速传感器的选用  37-38
      4.1.2.2 转速传感器调理电路设计  38-39
    4.1.3 节气门位置传感器  39-40
    4.1.4 温度和压力传感器  40-41
  4.2 处理器类型  41-42
    4.2.1 TMS320F2812 芯片介绍  41-42
  4.3 DSP 最小系统电路设计  42-47
    4.3.1 电源电路设计  42-45
    4.3.2 时钟设计  45
    4.3.3 复位电路设计  45-46
    4.3.4 JTAG 仿真接口设计  46-47
  4.4 A/D 转换电路设计  47-50
    4.4.1 A/D 转换原理  47-48
    4.4.2 TMS320F2812 A/D 转换模块的主要特点  48-50
    4.4.3 A/D 转换时钟预定标  50
  4.5 电机驱动模块  50-53
  4.6 液晶显示模块  53-56
    4.6.1 液晶模块的选择  53-54
    4.6.2 液晶模块时序匹配设计研究  54-56
  4.7 无线通讯模块  56-58
  4.8 抗干扰设计概述  58-64
    4.8.1 本系统存在的主要干扰源及其传播途径  59-60
    4.8.2 硬件抗干扰设计  60-64
      4.8.2.1 滤波技术  60
      4.8.2.2 去耦技术  60-61
      4.8.2.3 屏蔽技术  61-62
      4.8.2.4 隔离技术  62
      4.8.2.5 接地技术  62-64
  4.9 本章小结  64-65
第五章汽车尾气远程监测系统的软件设计  65-84
  5.1 DSP 开发环境  65-68
    5.1.1 CCS 软件开发环境  65-68
    5.1.2 硬件开发环境  68
  5.2 主程序设计  68-69
  5.3 A/D 模块程序设计  69-72
  5.4 尾气采集程序  72-73
    5.4.1 尾气采集主程序  72
    5.4.2 汽车尾气流量控制程序设计  72-73
  5.5 液晶显示程序设计  73-76
    5.5.1 初始化ST7920 控制器软件设计  73-74
    5.5.2 DSP 控制液晶显示的软件设计  74-76
  5.6 无线通讯程序设计  76-81
    5.6.1 AT 命令介绍  76-77
    5.6.2 点对点式传输方案  77-78
    5.6.3 一点对多点数据传输方案  78-80
    5.6.4 GPRS 无线连接实现  80-81
  5.7 软件抗干扰设计  81-83
    5.7.1 数字滤波技术  81-82
    5.7.2 指令冗余  82
    5.7.3 软件陷阱  82-83
  5.8 本章小结  83-84
第六章总结与展望  84-86
  6.1 总结  84
  6.2 展望  84-86
致谢  86-87
参考文献  87-89
附录  89-91
在学期间发表的论著及取得的科研成果  91

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