引言
近幾年來,隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,汽車保有量大幅度增加。汽車在給人們?nèi)粘I顜肀憷耐瑫r(shí),也帶來了嚴(yán)峻的環(huán)境問題。汽車尾氣中的CO,HC化合物等有害氣體,已成為空氣污染的主要來源。因此,監(jiān)測與防治汽車的排氣污染,是治理環(huán)境污染的一項(xiàng)重要任務(wù)。
要控制機(jī)動(dòng)車的排氣污染,首先是要做好檢測工作。在我國,從1999年開始,就制訂了一系列相應(yīng)法規(guī),嚴(yán)格控制汽車尾氣的排放。2005年頒布了GB 18285-2005《點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣污染物排放限值及測量方法》新的國家標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)中除了對(duì)汽車在怠速和高怠速工況下排氣污染物的測量方法作了要求外,還對(duì)每種類型的汽車排氣污染物排放限值作了明確的規(guī)定。
汽車排氣污染物主要檢測參數(shù)有:CO(一氧化碳),HC(碳?xì)浠衔铮珻O2(二氧化碳),O2(氧氣),NO(一氧化氮)等。
1、 檢測系統(tǒng)的組成
基于虛擬儀器技術(shù)的汽車尾氣檢測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
檢測系統(tǒng)主要由尾氣分析儀、I/O接口卡、紅外對(duì)射光電開關(guān)、LED顯示屏以及工控計(jì)算機(jī)等組成。尾氣分析儀選用德國西門子公司的VS5067-5汽車尾氣分析儀,該儀器的核心部件是采用西門子公司的紅外光學(xué)傳感器,其工作原理是根據(jù)不同氣體所具有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,根據(jù)氣體紅外光譜吸收的強(qiáng)弱,檢測分析出汽車尾氣的成分和含量。該儀器可檢測汽車尾氣中CO、HC、CO2、O2、NO五種氣體的濃度和發(fā)動(dòng)機(jī)油溫、轉(zhuǎn)速等汽車工作參數(shù),測量數(shù)據(jù)由儀器面板上的液晶顯示屏顯示,并配有標(biāo)準(zhǔn)RS232串行接口與工控計(jì)算機(jī)連接,通過串口可接收測量命令并輸出測試結(jié)果。
工控計(jì)算機(jī)上擴(kuò)展的I/O接口卡主要用來接收紅外對(duì)射光電開關(guān)的開、關(guān)狀態(tài),用來判斷被檢車輛是否到位。紅外對(duì)射光電開關(guān)選用歐母龍E3JK-5M型,其紅外對(duì)射距離為5m。紅外發(fā)射光電管和紅外接收光電管分別安裝在汽車檢測線的兩邊。當(dāng)紅外發(fā)射管沒有被遮擋時(shí),接收光電管為常閉狀態(tài),當(dāng)被檢車輛行駛到檢測工位遮擋住紅外發(fā)射光電管時(shí),接收光電管為開斷狀態(tài),接收光電管的開、閉狀態(tài)表示了車輛是否到位信息。
LED顯示屏用來顯示檢測過程信息和檢測結(jié)果。引車員和尾氣排放檢測員可在LED顯示屏的顯示信息指引下進(jìn)行相應(yīng)操作。
尾氣檢測系統(tǒng)的工作過程為:當(dāng)車輛登錄上線檢測時(shí),工控計(jì)算機(jī)發(fā)出車輛進(jìn)線消息,提示被檢車輛進(jìn)入檢測工位。當(dāng)工控計(jì)算機(jī)檢測到接收光電管為開斷狀態(tài)時(shí),表示車輛到位,可開始尾氣檢測。檢測程序?qū)磭鴺?biāo)GB18285-2005規(guī)定的測量方法進(jìn)行。檢測過程中,尾氣排放檢測員按LED顯示屏的指示將取樣探頭插入被檢車輛排氣管中,將轉(zhuǎn)速測量鉗按要求與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)部分相連接;尾氣分析儀從串口接收工控計(jì)算機(jī)的命令,采集排氣污染物;引車員則按LED顯示屏的指示信息操縱汽車進(jìn)入額定轉(zhuǎn)速、高怠速、怠速等狀態(tài),配合尾氣分析儀按照檢測程序完成尾氣排放測量。
2、 檢測軟件設(shè)計(jì)
軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬儀器系統(tǒng),在硬件平臺(tái)確定之后,就可以通過設(shè)計(jì)不同的軟件模塊,實(shí)現(xiàn)不同的功能。汽車尾氣檢測系統(tǒng)的應(yīng)用軟件采用NI 的圖形化編程語言LabVIEW8.2開發(fā),模塊化設(shè)計(jì)。按雙怠速法檢測尾氣排放的程序流程圖如圖2所示。
雙怠速法尾氣檢測程序的執(zhí)行過程為:首先在主程序界面上輸入被檢車輛基本信息,然后通過LED顯示屏提示受檢車輛進(jìn)入檢測工位,通過讀取紅外接收光電管的狀態(tài)判斷車輛到位情況。若車輛到位,則按照國標(biāo)規(guī)定的雙怠速測量方法進(jìn)行尾氣排放檢測,檢測數(shù)據(jù)由串口輸入。最后計(jì)算數(shù)據(jù),顯示、存儲(chǔ)檢測結(jié)果。為直觀起見,采集到的原始數(shù)據(jù)可用曲線圖的形式輸出。
在檢測程序設(shè)計(jì)中,由于工控計(jì)算機(jī)和尾氣分析儀是通過串口來傳送測量命令和測量數(shù)據(jù)的,因此串行通信程序是檢測軟件中最關(guān)鍵的模塊之一。在 LabVIEW8.2中,可以利用VISA模塊編寫串行通信程序,這樣可以擺脫煩瑣的底層命令,輕松實(shí)現(xiàn)工控計(jì)算機(jī)與儀器之間的通信。
VS5067-5汽車尾氣分析儀通信參數(shù)為:9600波特率、8位數(shù)據(jù)位、無奇偶校驗(yàn)、1位停止位,通信命令包含:計(jì)算機(jī)控制、CAL、測量、讀數(shù)據(jù)、結(jié)束測量、手動(dòng)操作等,命令格式為多字節(jié)的ASCII碼形式,例如,“計(jì)算機(jī)控制”命令為:02H,*,S,R,E,M,20H,K,O,03H,即10個(gè)字節(jié)的ASCII碼。同樣,儀器的應(yīng)答信號(hào)也是多字節(jié)的ASCII碼,例如,對(duì)應(yīng)“計(jì)算機(jī)控制”命令的應(yīng)答信號(hào)為9個(gè)字節(jié)的ASCII碼,即:02H,*,S,R,E,M,20H,0,03H。也就是說,工控計(jì)算機(jī)與尾氣分析儀之間的串行數(shù)據(jù)均為多字節(jié)的ASCII碼信息。由于在程序開發(fā)中,一般ASCII碼用十六進(jìn)制表示比較方便,因此,串行發(fā)送與接收數(shù)據(jù)就存在著數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換的問題。在LabVIEW8.2中,ASCII碼與十六進(jìn)制數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換可以很方便的用“字節(jié)數(shù)組至字符串轉(zhuǎn)換”、“字符串至字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換”兩個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。以發(fā)送“計(jì)算機(jī)控制”命令為例,LabVIEW8.2設(shè)計(jì)的串行通信程序如圖3所示。
串行通信程序的編寫過程如下:
1)串口初始化
按照VS5067-5汽車尾氣分析儀通信協(xié)議,利用LabVIEW8.2函數(shù)選板的【數(shù)據(jù)通信】→【協(xié)議】→【串口】子選板中的“VISA配置串口”函數(shù)初始化串口為波特率9600bps,數(shù)據(jù)位8位,1位停止位,無奇偶校驗(yàn)位,選擇工控計(jì)算機(jī)的COM1口。
2)發(fā)送測量命令
當(dāng)工控計(jì)算機(jī)要向尾氣分析儀發(fā)送測量命令時(shí),可利用“VISA寫入”函數(shù)發(fā)送。由于尾氣分析儀的命令為多字節(jié)的ASCII格式,因此需要將命令組建成一個(gè)數(shù)組,再利用“字節(jié)數(shù)組至字符串轉(zhuǎn)換”函數(shù)將數(shù)組轉(zhuǎn)換為字符串發(fā)送。圖3中示意的是“計(jì)算機(jī)控制”命令的發(fā)送情況,“計(jì)算機(jī)控制”命令的十六進(jìn)制表示為:02H,2AH,53H,52H,45H,4DH,20H,4BH,30H,03H。
3)接收應(yīng)答信號(hào)
當(dāng)尾氣分析儀接收到工控計(jì)算機(jī)發(fā)來的命令后,會(huì)相應(yīng)返回應(yīng)答信號(hào),程序設(shè)計(jì)中,可利用“VISA讀取”函數(shù)接收儀器的應(yīng)答信號(hào),再利用“字符串至字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換”函數(shù)將接收到的ASCII數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)據(jù)。例如,當(dāng)儀器收到“計(jì)算機(jī)控制”命令后,返回的應(yīng)答信號(hào)十六進(jìn)制表示為:02H、2AH、 53H、52H、45H、4DH、20H、30H、03H。如果工控計(jì)算機(jī)向儀器發(fā)送“讀數(shù)據(jù)”命令,則儀器返回的應(yīng)答信號(hào)中就包含了HC、CO、 CO2、O2、NO以及轉(zhuǎn)速、油溫,λ(過量空氣系數(shù))等檢測數(shù)據(jù)。
4)關(guān)閉串口
當(dāng)工控計(jì)算機(jī)要停止尾氣檢測時(shí),可利用“VISA關(guān)閉”函數(shù)關(guān)閉串口,釋放LabVIEW占用的資源。
3、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
我們對(duì)基于LabVIEW8.2開發(fā)的汽車尾氣檢測系統(tǒng)進(jìn)行了多臺(tái)汽車的尾氣檢測實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中,選擇了不同的汽車類型,得到了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖4 為一輛小客車的測量結(jié)果,圖中顯示的是怠速和高怠速HC的原始數(shù)據(jù)曲線,也可選擇顯示CO或其他參數(shù)的數(shù)據(jù)曲線。
4、 結(jié)束語
本系統(tǒng)以LabVIEW8.2為開發(fā)平臺(tái),可以方便的對(duì)HC、CO、CO2、O2、NO等汽車排氣污染物濃度進(jìn)行檢測,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性和測量精度。另外,通過在工控計(jì)算機(jī)上配置網(wǎng)卡,可實(shí)現(xiàn)汽車尾氣的聯(lián)網(wǎng)檢測,從而很方便地將汽車尾氣檢測系統(tǒng)應(yīng)用于新車研究開發(fā)實(shí)驗(yàn)、新車的出廠檢驗(yàn)和交通管理部門對(duì)上路車輛定期檢驗(yàn)的汽車綜合性能檢測線中,應(yīng)用前景十分廣闊。
責(zé)任編輯:gt
評(píng)論
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