汽车尾气检测系统的设计讲解

1、毕业论文题 目 : 汽车尾气检测系统的设计学生姓名 : 贺达磊专 业 : 汽车制造与装配班 级 : 汽制 1403指导教师 : 刘自辉2016 年 11 月摘要摘要本论文是在当前汽车尾气污染不断加重和汽车尾气检测标准越来越高的 形势下提出的，汽车尾气中含有 CO、HC、 NOx等主要化合物这些尾气对人体有 害并且影响自然环境，这已发展成为严重的社会问题。对汽车排放污染物的治理， 是世界性的环保课题。 它推动了汽车工业的革 命，同时带动了燃料、 净化技术及监测仪器等相关产业的发展。 常用的气体分 析方法中，红外光学吸收方式仪器的优点是精度和灵敏度高、 响应速度快、 测 量范围大、选择性、稳定性和

2、可靠性好，可以快速和连续检测。因此受到各国 重视，获得广泛应用。本论文尽可能消除环境干扰影响， 提高尾气检测的精确性。 能够在实际中 根据结果评价发动机的技术状况，特别是燃油供给系统和点火系统的技术状 况。本文通过对汽车尾气检测系统的设计，展开了以下工作：一是模拟信号采集、处理及 A/D转换，本文在数据采集的过程中由于外界 的干扰，导致测试的结果不够准确， 针对外界的干扰分析了环境影响， 此环境 包括温度、压力、湿度等；二是在环境的影响基础上，本文进一步用试验来验 证在不同的温度和压力下，尾气检测结果不同；三是利用汽车尾气取样设备， 把尾气送入仪器， 尾气在通过气室的过程中， 红外传感器产生模

3、拟信号。 传感 器直接产生的模拟信号一般都比较微弱， 并且有干扰信号， 必须对它们进行放 大、滤波，并有效地排除干扰信号；四是各项参数数值的计算，并根据检测结 果受环境影响的大小，采用不同的补偿方法，最终得到正确的结果。关键词： 汽车尾气 红外线 检测 系统设计目录目录第一章 绪论 11.1 汽车尾气的危害 11.2 对汽车尾气进行检测的意义 2第二章 影响排放污染物的主要因素 32.1 汽车发动机自身内部因素的影响 32.2 环境因素对检测结果的影响 5第三章 汽车尾气检测系统检测方法及原理 73.1 非扩散型红外线分析仪 (NDIR) 73.2 氢火焰离子型分析仪 (FD) 83.3 化学

4、发光法分析 (CLD) 9第四章 汽车尾气检测系统的设计 1 04.1 汽车尾气检测系统的介绍 1 04.2 系统硬件构成分析及抗干扰措施 1 14.3 系统软件设计 13结束语 15参考文献 16致 谢 17第一章 绪论第一章 绪论1.1 汽车尾气的危害随着我国改革开放事业的深入发展和作为我国国民经济支柱产业的汽车 工业的崛起以及人们生活水平的不断提高，汽车越来越多地进入百姓的中间。 汽车的发展在给人民经济活动和日常生活提供方便的同时， 也带来了严重的环 境污染。 1995 年全国机动车排放 C0总量达到 2200 万吨： NOx排放总量超过 140万吨，而且大部分集中在城市区域。 与国外城

5、市相比， 90 年代东京拥有机 动车约 400 万辆，而 CO和 NOx排放基本稳定在 10 万吨和 5 万吨左右。 1995 年北京的汽车保有量仅为 100万辆，而 CO和 NO，的排放量却分别超过了 100 万吨和 1 0 万吨，远远高于东京。近 10 年我国生产的汽车的排放污染虽有所 改善，但与发达国家相比差距仍然很大。随着城市建设速度加快，高楼林立， 更加不利于空气的扩散， 使汽车排放加大了空气污染程度， 并逐步成为城市大 气的主要污染源之一。 1998 年世界卫生组织列出的“世界十大污染严重城市” 中，我国就占了 7 个。与国外相比，这些城市的汽车保有量不大，但城市中 CO、HC和

6、N0x对大气污染的分摊率却达到了发达国家水平。汽车排放的污染物对人体健康和生态环境造成了很大的影响，特别是儿 童、老人、孕妇以及心脏病和肺病患者，更容易受到伤害。另外，空气污染还 会损害生态环境，污染河流湖泊，危及野生动植物的生存。目前，对汽车排放 污染物的控制主要是设法减少 CO、HC和 NOx，它们是造成大气污染的主要原 因，也是汽车尾气中对人体构成危害的主要物质。在汽车排出的尾气中浓度最大有害气体是 CO，而现代城市空气污染中 80% 左右的 CO来自于汽车排放。 CO是无色、无味的窒息性易燃有毒气体。它与血 红素的亲和力比氧气与血红素的亲和力要大 210 多倍，而血红素担负着向人体 器

7、官和组织输送氧气的重任。因此， CO 侵入体内便会很快与血液中的血红素 相结合而成为羧基血红素 （Carboxyhem0910bin，简写为 COHb，） 使血液的输氧 能力降低而引起缺氧。 这对心脏病和呼吸系统疾病患者特别有害。 即使健康的 人吸入一定量的 C0后会也会产生中毒，出现反应迟钝、恶心、头晕、疲劳等 症状，严重时会使人窒息死亡。排放汽车的碳氢化合物来自三种排放源。 对一般汽油发动机来说， 约 60 的碳氢化合物来自内燃机废气排放， 20 25来自曲轴箱的泄漏，其余的 1 520来自燃料系统的蒸发。汽车排放污染物除了对人体健康造成严重危害之外， 还会对大气环境造成 深远影响。近 2

8、0 年的研究结果表明，汽车的排放污染物对环境影响不仅是局第一章 绪论部的，许多影响还可以扩展到大气层中很远的距离甚至其他地区， 并存在很长 时间。目前，全世界有 10 亿多城市人口的健康受到空气污染的威胁。据世界 卫生组织估计。我国 11 个大城市中，空气中的烟尘和颗粒物每年使数万人死 亡， 40 多万人感染上慢性支气管炎。世界银行估计，因空气污染导致的医疗 成本增加以及工人生病丧失生产力使得中国 GDP被抵消掉 5。因此，控制汽 车排放污染，改善人类生存环境，已经刻不容缓。1.2 对汽车尾气进行检测的意义新车生产型式认证和生产一致性检验中对排放尾气的检测手段和控制比 较严格、规范，因此，新出

9、厂汽车的排放达标率较高。但是，由于我国近几年 汽车保有量增长迅猛， 用户分散， 对在用汽车的定期检查和维护工作不够严格 和规范，因此， 在用汽车技术状况变坏导致的排放污染比较严重。 即使在发达 的欧美国家，研究和统计数字也表明，在用汽车中大约 10 15属于高排 放车，这些汽车的排放占汽车污染物总排放的 50 60。由此可以推算我 国在用汽车中高排放车的排放污染占汽车污染总排放的比例会更高。 因此，控 制汽车尾气排放给大气带来的污染， 改善人类赖以生存的质量， 是摆在我们面 前的一项非常迫切的任务。 在治理汽车排放的措施中， 除了制定严格可行的汽 车排放法规， 推动汽车生产企业开发和应用先进的

10、汽车排放控制技术， 降低出 厂新车的污染物排放以外， 科学准确地对在用汽车尾气进行检测， 适时地对汽 车进行良好维护，是减少汽车排放的重要手段。美国等发达国家推行的 I/M(Inspection/Maintenance)( 检查 / 维护 ) 制度是世界公认的控制在用汽车 排放污染的有效方法， 它强制要求在用汽车定期进行排放检测， 对不合格的车 辆在指定的维修网点进行有针对性的维修，达标后方可继续使用。第二章 影响排放污染物的主要因素第二章 影响排放污染物的主要因素影响汽车排放污染物的主要因素很多也很复杂。 有汽车的内部因素产生的 影响，但这些排放物都是化学反应燃烧的产物，主要的影响因素空燃比

11、(AF) 、点火提前角 ( )等。其次是环境因素对检测结果的影响。2.1 汽车发动机自身内部因素的影响2.1.1 空燃比空燃比是混合气中空气与燃料质量之比，通常用 AF表示。使 1kg 汽油完 全燃烧按化学当量计算需要 14.7kg 空气，空燃比等于 14.7，称为理论空燃比； 燃烧 1kg 燃料实际供给的空气量与理论空气量之比称为过量空气系数。空燃比支配着发动机的动力性、 经济性和排气清洁性， 是发动机最重要的 控制参数。 当实际空燃比比理论空燃比稍小时 (AF=13.514)，燃烧火焰的温度 最高。燃烧速度最大时的空燃比比火焰温度最高时的空燃比更小一点 (AF=12 13)。燃烧速度越快，

12、燃烧压力越高，发动机的输出功率越大，因此AF=1213 的稍大的空燃比被称为功率空燃比。但是，燃油消耗率最低时的空燃比要 比理论空燃比稍大， AF=16左右，这种稍大的空燃比称为经济空燃比。图 2-1 排放浓度与空燃比的关系图 2-2 三元催化器的空燃比特性曲线第二章 影响排放污染物的主要因素空燃比与汽油机排气有害成分的关系如图 2-1所示。由图 2-1可知，混和气 越浓，由于空气不足，燃烧不完全， NOx排放不多，但 HC、CO的排放增多； 混和气越稀，燃烧完全， HC、CO的排放减少，但 NOx增加很多。供给更稀的 混和气时，随着燃烧速度的下降，容易产生不稳定燃烧，这时 NOx、CO的排放

13、 减少，而 HC排放却增多。空燃比控制的目标是发动机尽可能多地使用较稀混合气， 从而降低有害气 体排放量并节油， 同时必须满足发动机不同工况对空燃比的要求， 否则发动机 功率将下降、失稳，甚至熄火。空燃比对三元催化器的特性曲线如图 2-2 所示。 由图 2-2 可知，当空燃比控制在 14.7 附近时，三元催化转化器 (TWC)对有害排 放物的净化效率最高。随着排放法规的不断严格， TWC得到广泛应用， 目前汽油机混合气的空燃 比通常采用闭环控制的方法， 即在排气管中安装一个反应空燃比信号的氧传感 器，将实际测到的空燃比信号反馈给控制单元 (ECU，) 使 ECU对喷油脉宽进行修 正，使排气中平

14、均空燃比达到设定的化学当量比附近，这样 TWC对排气中的 HC、CO、NOx均具有很高的转化率。2.1.2 点火提前角点火提前角对汽油机 CO、HC、NOx排放浓度的影响如图 2-3、如图 2-4所示：2-3 点火提前角对 CO排放的影响图2-4点火提前角对 HC和NOx排放的影响点火提前角对 CO排放浓度影响很小，除非点火提前角过分推迟，使 CO没 有充分的时间完全氧化而引起 CO排放量增加。空燃比一定时，随点火提前角 的推迟， HC和NOx同时降低。由于推迟点火提前角会导致排气温度上升， 使在 排气行程以及排气管中 HC氧化反应加速，降低 HC排放：而推迟点火提前角将 使上止点后燃烧的燃料

15、增多，燃烧的最高温度下降而降低NOx的排放。第二章 影响排放污染物的主要因素2.1.3 发动机负荷和转速 在汽油机怠速、减速等低速轻负荷运行时，由于转速低、汽油雾化差、 混 合气很浓，残余废气系数较大，产生较多的 CO。当发动机在大负荷工况下运 行时，其节气门位置接近于全开，进气量增加，火焰传播速度提高， 缸内温度 升高，使 CO的生成较多。发动机转速的变化对 HC和 NOx的生成有一定的影响，而对 CO影响程度相 对较小。当发动机转速提高时， 增强了气缸中的扰流混合与涡流的扩散， 也增 强了排气的混合， 于是既改进了气缸内气体的燃烧， 又促进了排气系统的氧化 反应，因此 HC明显降低。2.1

16、.4 气缸压力 发动机运转过程中，如果燃烧室温度和压力下降，会使混合气燃烧不良， 尾气 CO浓度升高。汽车长期运行，发动机活塞、气缸和活塞环组件的磨损会 导致气缸密封性下降，使气缸压力降低。气缸垫漏气、气门密封性不良、气门 脚间隙过小以及活塞环对口等， 也是造成气缸压力不足的主要原因。 使用中为 保持气缸良好的密封性， 应定期对气缸压力进行检查。 检查中， 要求多缸发动 机各缸压力均不得低于标准压力的 80，同时，为保证发动机工作平稳，各 缸压差不得大于 5，不合要求，应及时进行维修。2.2 环境因素对检测结果的影响考虑到汽车尾气检测结果受环境的影响， 对此，汽车排放法规对各项指标 的检测都有

17、严格的试验环境要求。 由于汽车检测大部分都在室外进行， 环境变 化比较大，容易受到温度、压力、湿度等影响，所以容易出现检测结果不稳定 和抗干扰性差等现象。因此对汽车尾气检测仓内的环境要求比较高。温度对检测结果的影响。 尤其是对测点的温度 (-7C1 C)要求更高。 所 以环境参数就比较严格。 环境温度变化主要影响空燃比的变化， 温度一般控制 在 20 C 30C范围。温度越高则大气的密度越小，根据流体力学原理，大 气流动速度加快。 那么在单位时间内进入气缸的混合气体不变的情况下， 混合 气体就越稀。混合气的空燃比大于理论空燃比，此时气缸内混合气燃烧完全， 因此 CO的生成量减少， CO 排放减

18、少。同时红外气体传感器的温度效应比较 明显，在数据采集的过程中， 由于环境温度变化比较大， 因此会导致测试结果 不准确。压力对检测结果的影响。 大气压力大小对尾气排放检测结果的影响也是比 较大的，由于通入气缸的气体为空气和燃油的混合气， 燃油进入气缸的量是固 定的，然而通入气缸的空气受外界大气压力的影响， 在气缸的工作过程中， 由 于第一行程是进气行程， 缸内的残余气体压力比较低， 近似于真空状态。 此时第二章 影响排放污染物的主要因素进入气缸的气体取决于汽缸内、 外气体的压力差。 当大气压力变化时， 气缸内、 外压力差比较大， 此时进入气缸内的大气多少取决于外界大气压力。 大气压力 越低，进

19、入气缸的空气越少，此时气缸内的混合气越浓，自然空燃比就越小， 混合气燃烧不充分， CO生成量增加。在汽车检测的过程中会因为 CO量增加。第三章 汽车尾所检测系统检测方法及原理第三章 汽车尾气检测系统检测方法及原理目前用于汽车尾气分析的方法主要有三种，即：用不分光红外分析 (NDIR) 测量CO、HC和NO；用氢气火焰离子分析仪 (FDI)测量 HC；用电化学原理测量 NOx 和O2。世界各国在工况法检测标准中都严格规定必须采用上述测量方法，但 怠速法检测标准中略有不同。3.1 非扩散型红外线分析仪 (NDIR)非扩散型(不分光型 )红外线分析仪用来测定废气中 CO、NO、HC的浓度(主 要测量

20、 CO的浓度 )。它使用非扩散型红外线即 NDIR光。当红外线穿透 CO、NO 和HC与其它气体的混合物时，特定波长的红外线被各种气体吸收，吸收程度 与CO、NO、HC及其它气体的浓度成正比。非扩散型红外线分析装置的结构原理如图 3-1 所示，它由两相同的红外线光 源 1、滤波室 10 、基准室 9、分析室 3、检测室 8、信号放大器 6 及记录显示 器 7 等组成。在基准室 9 内封入对红外线不吸收的气体如氮气，在分析室 3 内测定气体，检测室 8内装有可变电容器， 其动极为铝薄膜 5把检测室 8分成 左、右两个辐射接收室。来自光源的红外线由反射镜聚成平行光束，遮光板 11 又把连续的光束调

21、制成一定频率的光信号。当红外线通过分析室 3 和基准 室 9 时，由于分析室 3 内的一部分红外线被式样气体吸收，结果检测室 8 左、 右两接收室接收的红外辐射能不同， 而转换为压力作用于薄膜 5 上。随红外线 断断续续地被遮光板 11阻挡，薄膜 5 振动，这一振动又转换为交流电信号，图 3-1 非扩散型红外线分析仪的结构原理图第三章 汽车尾所检测系统检测方法及原理基本检测原理(3.1)(3.2)实验及理论计算得出， CO在波长 4.7m附近存在着强烈的振动吸收峰， 其吸收关系服从朗伯 -比尔定律。因此，当在波长 4.7m一定强度的窄带红外 光附近通过含有 CO的混合气体时，入射光强度而与出射

22、光强度晓问存在如下 关系式中为 CO气体的吸收系数； C为待测 CO气体的浓度令：则式(3.1)可简化成：或：其中：(3.3)(3.4)(3.5)显然，只要测出 D及 I，即可利用式 (3.4)计算出 CO气体的浓度3.2 氢火焰离子型分析仪 (FD)氢火焰离子型分析仪 (Flame Ionization Defector)用来分析 HC。由于 NDIR 对 HC 中的稀烃和芳香族烃感度低，所以在 CVS取样测定中改用 FID分析 HC。 FID可以测到极小浓度的 HC。FID 的测量原理是：碳氢化合物在氢火焰中燃烧 时，火焰的高温 (2000 摄氏度)会使其分解产生离子，这些离子的产生和 H

23、C浓 度成正比。图 3-2 为氢火焰离子型分析仪的结构原理图，它由喷嘴 7、燃烧室 1 、收 集器 3、传感器 4 等组成。取样气体和燃烧气体在喷嘴 A处混合，然后这一混 合气体又在燃烧室 1和空气混合。在喷嘴 7和收集器 3间加一高电压，传感器 4 计算火焰中产生离子的数目， 探测在喷嘴 7 和收集器 3 这两个电极之间流动 的离子流大小，依此计算出 HC 浓度，其结果被输出至记录器。第三章 汽车尾所检测系统检测方法及原理图 3-2 氢火焰离子型分析仪结构原理3.3 化学发光法分析 (CLD)化学发光法分析仪 (Chemical Luminscence Detector用) 来测量 NOx

24、的浓度， 其优点是感度高、应答性好，在 0.01 浓度范围内输出特性呈线性关系，适合 连续分析。在化学发光法分析的结构中。 在排气成分中， 其它产生化学发光的 物质有 CO、稀烃等，它们都以比 59mm 短的波长发光， 为了消除它们的影响， 可用滤波器将这些光波滤除。 NO和O3进入反应器内，发生化学反应， 所发出 的光通过滤波器， 由光电倍增管检出、 放大并测量， 这样就确定了废气中 NOx 的浓度。分析仪是从汽车排气管内收集取出汽车的尾气， 并对气体中所含有的 CO、 HC、02和NOx的浓度进行连续测定的仪器。它主要由尾气取样系统、尾气分析 系统、指示系统和校正系统等组成。第四章 汽车尾

25、气检测系统的设计第四章 汽车尾气检测系统的设计4.1 汽车尾气检测系统的介绍本检测系统采用不分光红外分析 (NDIR)法测量 CO、 HC和C02。此方法是建 立在惰性气体不吸收红外线能量，而异原子组成的气体如汽车尾气中的CO、HC、C02等均能吸收一定波长的红外线能量的基础上。其吸收能量的红外线波 长称为特征波长， 吸收强度用吸收系数反映。 当红外线通过气体时， 由于气体 对红外线波段中特征波长红外线能量的吸收， 红外线的能量将减少， 其减少量 与气体浓度、气体室厚度和吸收系数有关，它服从朗伯 -比尔定律。图 4-1 红外气体分析装置结构原理图根据上述原理制成的红外气体分析装置如图 4-1所

26、示。红外线光源发出的 红外线的波长在 27m之间，红外线经过取样室后， 通过旋转的红外滤光片 (红外滤光片分 CO、C02、HC和基准信号四个光片组成 )到达光电池产生电信号， 由图 4-1红外气体分析装置结构原理所示， 当旋转的红外滤光片旋转一周， CO、 C02、HC和基准信号四个滤光片分别通过取样室下方一次，这样在光电池上产 生两个正半周期的正弦波形。 本系统的电机转速为 120转/ 分。气体的浓度越高， 波形幅值越小， 反之越大。 根据通入气体前后的幅值变化， 可以得到尾气各组 分含量的检测结果。10第四章 汽车尾气检测系统的设计4.2 系统硬件构成分析及抗干扰措施 4.2.1 系统硬

27、件构成分析由于温度和压力对检测结果的影响比较大， 这就要求研究人员在设计和升 级产品时采用硬件和软件干扰措施抑制这些现象。 传感器直接产生的模拟信号 一般都比较微弱，并且有干扰信号，必须对它们进行放大、滤波，并有效地排 除于扰信号。传感器产生的信号较弱，需要把信号放大和滤波之后才能进行 A/D转换。微处理器在键盘的控制下进行显示、通讯、打印、抽气、排气等操 作。下面分别介绍系统几个主要硬件模块的组成和器件的选择。传感器：传感器是将外界输入的被测量信号变换成电信号的元器件或装 置。它作为信息获取的工具和手段， 在测量控制型智能仪器中占据了极其重要 的地位。传感器能转换信息存在的能量形式， 通常是

28、将其他能量形式转换成电 量形式，以便进一步加工处理， 传感器的输出往往总是电信号。 这主要是由于 电信号较容易放大、反馈、滤波、积分、微分、存储及远距离传送等操作。传 感器精度的高低是影响测控系统精度、 可靠性和成本的重要因素之一。 在精度、 可靠性满足系统要求的情况下，选择价格适宜的传感器。红外气体传感器：本系统使用的是美国 PerkinElemer公司的红外气体传感 器。该传感器可同时检测 CO、C02和HC(特别是 C2H6，C3H8)的含量，还提供一 个基本信号。大气压力传感器：使用美国 IC Sensors公司的HIT-1210型压力传感器，选用 量程0 15Psi。1210型是通用

29、的固态压阻式压力传感器，为双列直插封装结构 (DIP)。适合于要求长期稳定性好、成本低而且使用批量大的场合。A/D转换：微处理器能处理的信号应是数字信号，因此，在智能仪器的输 入通道中加入能把模拟信号转换成数字信号的芯片即 A/D转换器。使用 A/D转 换器时应先根据输入通道的总误差，选择 A/D转换器的精度及分辨率。根据信 号对象的变化率及转换精度要求，确定 A/D转换速度，以保证智能仪器的实时 性要求，对快速信号必须考虑采样。在选用 A/D转换器时还应考虑智能仪器所 处的环境选择 AD转换器的环境参数。不同 A/D转换器有不同的输出状态， 应 根据计算机的接口特性选择输出状态。 A/D 转

30、换器与微处理器的接口一般要完 成的操作有微处理器发出启动转换信号， 微处理器取回转换结束状态信号， 读 取转换的数据。任何信号的 A/D转换器可以同任何型号的微处理器接口，但其 接口形式随 A/D转换器的型号，以及 A/D转换速度、分辨率的要求不同而有所 差异。11第四章 汽车尾气检测系统的设计4.2.2 硬件电路的抗干扰措施 近年来，随着汽车尾气排放法规要求的进一步加强和汽车尾气分析仪的广 泛应用，并有效地控制了尾气排放对大气污染的影响。 但是，汽车尾气分析仪 的工作环境往往是比较恶劣和复杂的， 其应用的可靠性、 精确性就成为一个非 常突出的问题。系统必须长期稳定、可靠地进行，否则将导致误差

31、加大，严重 时会使系统失灵。要形成干扰，必有三个因素，即干扰源、耦合通道和敏感电路。它们之间 的联系如图 4-2所示。干扰源产生的电磁干扰信号，通过电路或者磁路的传播 和耦合，对易受干扰的电路或器件产生影响，使之工作异常。图 4-2 干扰三要素结构图为消除和抑制干扰， 就要针对这三个因素采取措施。 对于干扰源， 要尽量 消除，不能消除的，则通过隔离、滤波等措施，尽量减弱其发出的干扰信号的 强度；对于干扰的藕合通道， 要切断或采用滤波、 选频、屏蔽等技术进行抑制： 对于对干扰信号敏感的电路或元件， 要采用合理接地和退耦、 滤波等措施提高 电路或元件的抗干扰能力。在本系统中，主要采用了以下方法来防

32、止干扰。首先是滤波技术。 滤波器对噪声、 干扰等进行抑制或衰减， 特别是对由导 线传导耦合到电路中而又具有一定频率特征的干扰信号，具有十分明显的效 果。在本课题中，在所有集成元件的电源部分，均并联一只 0.1uF的电容，滤 除从电源窜入的干扰。在信号调理电路中使用了有源滤波器。其次是光电隔离技术。 光电隔离是由光电耦合器件完成的。 光电耦合器件 是 70年代发展起来的新型电子元件， 是以光为媒介传输信号的器件。 其输入端 配置发光源， 输出端配置受光器， 因而输入和输出在电气上是完全隔离的。 开 关量输入电路接入光电藕合器之后， 由于光电耦合器的隔离作用， 使夹杂在输 入开关量中的各种干扰脉冲

33、都被挡在输入回路中的一侧。 除此之外，还能起到 很好的安全保障作用， 因为在光电耦合器的输入回路和输出回路之间有很高的 耐压值，达 500V1000V，甚至更高。由于光电耦合器不是将输入侧和输出侧 的电信号进行耦合， 而是以光为媒介进行间接祸合， 具有较高的电气隔离和抗 干扰能力。本文在单片机对排气泵和换向阀的控制中，采用了光电隔离电路， 以消除 220V电源的继电器产生的强电流导致的干扰。再次是采用印制电路板抗干扰措施。 加粗地线能降低导线电阻， 使它能通 过三倍于印制板上的允许电流。 使电源线、 地线的走向与数据信息传递方向一 致。满接地， 即在印制板上除供传输信号用的印制导线外， 把电路

34、板上没有被 器件占用的面积全做为接地线等措施。12第四章 汽车尾气检测系统的设计4.3 系统软件设计 4.3.1 软件的控制部分 红外汽车尾气分析仪的程序是由 MCS.51 单片机汇编语言编写，主要由以下六个模块组 成：(1) 数据采集模块。完成气泵控制和汽车尾气各组分的数模转换。(2) 数据处理模块。对数据进行补偿，消除大气压力和温度对它的影响。(3) 传感器标定模块。先通入标准气体，记录检测结果，制成表格写入程 序。在实际检测时，通过查询表格或计算得实际测试值。(4) 液晶显示模块。对各组分的测量结果进行实时显示。(5) 与PC机的通信模块。 包括接受应答信号和设定参数， 发送采集数据等(

35、6) 打印检测结果模块。图 4-3 主程序流程图4.3.2 红外传感器数据的采集 启动气泵进行抽气， 尾气在通过气室的同时， 红外传感器产生微弱的电压 信号。信号经过信号调理电路后进入 AD7895。红外传感器同时产生 HC、CO2、 CO和基准信号等四种信号，所以需要配置四个 AD7895。AD7895的时序图如图 4-4。13第四章 汽车尾气检测系统的设计图4-4 AD7895的时序图由于四种信号同时产生，所以需要把四个 AD7895的SCLK引脚连到单片机 的同一个引脚 P1.4；把四个 AD7895的 CONVST引脚连到单片机的同一个引脚 P1.7；AD7S95的DOUT端分别接在单

36、片机的 P1.0、P1.1、 P1.2和P1.3。由于在检 测过程中，传感器中的滤光片是旋转的， 所以产生的电压信号是类似于正弦波 形的。计算过程中需要取出该信号的峰值差。 为减小干扰的影响， 在编写程序 时，采用滑动滤波和平均滤波等方法计算。14结束语结束语汽车尾气检测理论及其技术的发展是随着汽车技术不断进步和人们环保 意识的不断加强而逐步完善的过程。 系统工作环境的复杂化、 系统功能的多样 化、检测过程的自动化以及显示信息的智能化都成为汽车尾气检测过程中值得 注意而且必须考虑的关键问题。多参数、智能化、高精度、便携式及长期稳定 性方向已成为汽车尾气检测的必然要求和技术发展的必然趋势。 特别是，汽车 发动机所摔出的污染物成分和浓度与发动机的技术状况密切相关， 所以通过对 发动机的排气污染物进行检测， 可评价发动机的技术状况， 特别是燃油供给系 统和点火系统的技术状况。这就为汽车维护和修理人员提供了很大的方便。(1) 本文在分析了国内外汽车尾气检测技术的发展情况后，提出应在设备 标准化、自动化、智能化、国产化等方面加大研究和开发力度。(2) 基于比尔定律和气体对红外线的选择性吸收规律，利用红外法对汽车 尾气进行检测，能够满足多参数、高精度的要求。并且使