CN101539559A - 基于国iv标准的便携式汽车尾气分析仪及其分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于国IV标准的便携式汽车尾气分析仪，它主要由ARM微控制器模块、人机交互模块、传感器模块、外部扩展接口模块和燃烧分析故障诊断模块等组成；其中，所述ARM微控制器模块分别与人机交互模块、传感器模块、外部扩展接口模块和燃烧分析与故障诊断模块相连接；本发明完全符合相关国家标准，精度高，动态性好，适用于科研机构、尾气检测站和环保部门等机构对于汽车尾气的实时测量以及分析，同时具有操作简便、成本低等特点。利用本发明的先进仪器技术加强对汽车排放污染物的检测，进而准确监控汽车排放污染物水平，对污染控制政策制定、改善环境空气质量、保障人民健康有着非常重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车尾气检测分析仪器，特别地，涉及一种基于国IV标准的便携式汽车尾气分析仪及其分析方法。
背景技术
随着我国经济的发展，汽车的保有量增加，汽车运输在国民经济中起着重要的支柱作用。但是汽车排放的尾气中含有的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOX)、硫氧化物(SOX)等有害气体，造成严重的环境污染，同时危害人们的身体健康。为此，国家出台了相当于欧III、欧IV标准的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国III、IV阶段)》(GB18352.3-2005)。
汽车尾气分析仪器是尾气检测系统的硬件核心，也是最典型的尾气检测产品。目前尾气分析仪在国内的使用情况大致是：大型汽车生产厂家及相关维修服务站一般都使用国外原装成套设备；在国内重点科研单位及大学有关专业学科，使用进口产品的较多；在汽车检测线上，则是在成套引进国外产品设备的同时也使用国外的汽车尾气分析仪；而在国内大量的汽车修理厂、环保部门和尾气净化器厂家绝大多数都是使用国产仪器。汽车尾气检测系统结构复杂，成本较高，高端产品的价格在七八十万人民币以上。
随着近年来我国各级政府加大对大气污染治理的力度，控制汽车尾气排放的法规纷纷出台，对检测汽车尾气排放的要求越来越多。国III排放标准已于2007年7月1日在全国范围内实施；国IV排放标准已于2008年3月1日在北京实施，并将于2010年7月1日在全国范围内实施。因此，各类用户如汽车生产厂家、政府环保部门、交通部门、公安交管部门和汽车维修企业等都十分需要既能方便、准确检测汽车尾气排放，又能符合政府法规要求的检测系统，市场需求量将大幅度增长。但是根据汽车尾气检测产品的市场状况，我国汽车尾气检测产品和技术发展缓慢，大多数通过进口昂贵的国外产品解决问题。同时缺乏适于推广的符合国家标准的产品。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于国IV标准的便携式汽车尾气分析仪及其分析方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于国IV标准的便携式汽车尾气分析仪，它主要由ARM微控制器模块、人机交互模块、传感器模块、外部扩展接口模块和燃烧分析故障诊断模块等组成；其中，所述ARM微控制器模块分别与人机交互模块、传感器模块、外部扩展接口模块和燃烧分析与故障诊断模块相连接。
进一步地，所述人机交互模块包括按键输入与液晶显示，按键输入与液晶显示均与ARM微控制器模块相连；所述外部扩展接口模块包括RS232接口、CAN接口和USB接口。所述RS232接口、CAN接口和USB接口分别与ARM微控制器模块相连。
一种权利要求1所述基于国IV标准的便携式汽车尾气分析仪的分析方法，包括以下步骤：
(1)在液晶显示上动态显示当前状态；
(2)若有按键输入操作，则进行功能设置，若没有则选用默认参数；
(3)ARM微控制器模块读取传感器模块的检测数据，并把检测数据在液晶显示上动态显示，同时绘制曲线；
(4)ARM微控制器模块对检测数据进行分析，进行国IV标准型式核准，判断尾气排放是否符合国IV标准；
(5)根据检测的尾气数据进行燃烧分析，得出燃烧充分性、混合气浓度状况、点火及时性等燃烧分析结论，并动态显示结果；
(6)根据检测数据与燃烧分析结论进行故障诊断，得出可能故障类型的结论，并动态显示结果；
(7)保存检测数据和分析结果，分析结果包括是否符合国IV标准结论、燃烧分析结论和可能故障类型的结论；
(8)检测数据与分析结果通过外部扩展接口模块输出到与其相连的设备中。
本发明的有益效果是，本发明根据嵌入式系统开发技术和现代数据处理与故障诊断理论，结合硬件系统的硬件及接口集成技术，研制出符合国家检测标准的汽车尾气检测的硬件系统，并且开发出与之相匹配的具有数据分析和故障诊断功能的便携式汽车尾气分析仪。本发明完全符合相关国家标准，精度高，动态性好，适用于科研机构、尾气检测站和环保部门等机构对于汽车尾气的实时测量以及分析，同时具有操作简便、成本低等特点。利用本发明的先进仪器技术加强对汽车排放污染物的检测，进而准确监控汽车排放污染物水平，对污染控制政策制定、改善环境空气质量、保障人民健康有着非常重要的意义。
附图说明
图1是本发明的系统组成框图；
图2是本发明的硬件实现框图；
图3是本发明的工作流程图；
图4是本发明的燃烧分析与故障诊断原理图；
图5是国IV标准I型试验流程图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
如图1所示，本发明基于国IV标准的便携式汽车尾气分析仪由ARM微控制器模块、人机交互模块、传感器模块、外部扩展接口模块、燃烧分析故障诊断模块等组成。ARM微控制器模块分别与人机交互模块、传感器模块、外部扩展接口模块、燃烧分析与故障诊断模块相连接。
ARM微控制器模块接收来自传感器模块对尾气污染物浓度的定量检测，经处理与分析后，结果在人机交互模块上动态显示，同时RS232、CAN、USB等外部扩展接口模块支持与PC机、汽车处理器等外部设备通信，可将实时检测数据传输到外部进行数据存储及分析操作。系统功能强大、操作简单、携带方便，是一体化的便携式汽车尾气分析仪。数据检测与分析基于国IV标准，同时支持燃烧分析与故障诊断等功能。
如图2所示，ARM微控制器模块是整个硬件系统的核心，与其它各大模块相连接。该ARM微控制器可以采用NXP公司的LPC2119，它拥有内置Flash存储器、内置RAM存储器、CAN、UART、SPI、I2C、GPIO等众多功能模块。ARM微控制器模块完成尾气检测数据的分析处理、动态存储、与传感器及其它设备通信等功能。
传感器模块通过Maxim公司的max3221芯片扩展的RS232接口，与ARM微控制器UART功能模块相连接。本发明的传感器模块可以采用Andros公司的Model 6800尾气分析传感器，可以实时动态地测量尾气中CO、CO2、HC、O2、NOX成分的浓度值，完成对尾气污染物浓度的定量检测，并将数据传输给ARM微控制器模块。
人机交互模块包括按键输入与液晶显示，液晶显示通过液晶控制器QD13与ARM微控制器的GPIO模块相连接，按键输入模块通过键盘扩展芯片ZLG7290与ARM微控制器的GPIO模块相连接。液晶显示可以采用清达光电公司的5.6英寸彩屏液晶320×234显示，液晶控制器可以采用TFT 256色控制板QD-13。人机交互模块实现数据与状态动态显示、设置功能参数等人机交互功能。
外部扩展接口模块包括RS232、CAN、USB等接口。RS232接口通过Maxim公司的max3221芯片与ARM微控制器的UART模块相连接；USB接口可以通过Maxim公司的max3420E芯片与ARM微控制器的SPI模块相连接；CAN接口可以通过NXP公司的TJA1040芯片与ARM微控制器的CAN模块相连接。外部扩展接口完成与PC机、汽车处理器等外部设备的信息交互。
燃烧分析与故障诊断模块集成在ARM微控制器内部，以模糊分类方法实现对发动机的燃烧情况分析和故障诊断。
如图3所示，本发明基于国IV标准的便携式汽车尾气分析仪的分析方法，包括以下步骤：
(1)在液晶显示上动态显示当前状态；
(2)若有按键输入操作，则进行功能设置，若没有则选用默认参数；
(3)ARM微控制器模块读取传感器模块的检测数据，并把检测数据在液晶显示上动态显示，同时绘制曲线；
(4)ARM微控制器模块对检测数据进行分析，进行国IV标准型式核准，判断尾气排放是否符合国IV标准；
(5)根据检测的尾气数据进行燃烧分析，得出燃烧充分性、混合气浓度状况、点火及时性等燃烧分析结论，并动态显示结果；
(6)根据检测数据与燃烧分析结论进行故障诊断，得出可能故障类型的结论，并动态显示结果；
(7)保存检测数据和分析结果，分析结果包括是否符合国IV标准结论、燃烧分析结论和可能故障类型的结论。
(8)检测数据与分析结果通过外部扩展接口模块输出到与其相连的其他设备(如PC机)中。
如图4所示，为燃烧分析与故障诊断原理图。
燃烧分析工作过程：在得到实时检测的五组分气体浓度{CO、HC、NOX、CO2、O2}之后，可以计算空燃比λ，从而把五组分气体浓度{CO、HC、NOX、CO2、O2}和空燃比λ作为燃烧分析模型的输入，燃烧分析模型的输出为发动机燃烧情况的三个一般属性：{燃烧充分性、混合气浓度、点火及时性}的参数值。本发明的燃烧分析是基于模糊分类方法。
所谓故障诊断，就是指系统在一定工作环境下查明导致某种功能失调的原因或性质，判断劣化状态发生的部位或部件，以及预测状态劣化的发展趋势。故障诊断主要有三个步骤：第一步实践测量设备的状态信号；第二步是从所监测的特征信号中提取征兆；第三步是根据征兆和其它诊断信息来识别设备的状态，从而完成故障诊断。
本发明的故障诊断工作过程：在得到实时检测的五组分气体浓度{CO、HC、NOX、CO2、O2}，计算修正的空燃比λ以及经过发动机的燃烧分析得到燃烧情况{燃烧充分性、混合气浓度、点火及时性}的参数值后，将其作为故障诊断模型的输入，故障诊断模型的输出为：{无故障、电控系统故障、空气供给系统故障、燃油供给系统故障、其它故障}。空气供给系统故障包括空气滤清器故障、气缸配气相位不正常、管路连接故障(断裂或泄漏)等；燃油供给系统故障包括燃油压力调节器故障、燃油泵及喷油器故障、燃油管路及连接故障等；电控系统故障包括执行元件控制线路故障、ECU内部线路、传感器及连接线路故障等。本发明故障诊断是基于模糊分类方法。
国IV标准的型式核准试验类型包括：I型试验：常温下冷起动后排气污染物排放试验；VI型试验：低温下(-7℃)冷起动后排气中CO和HC排放试验；双怠速试验：测定双怠速的CO、HC和高怠速的λ值(过量空气系数)；III型试验：曲轴箱污染物排放试验；IV型试验：蒸发污染物排放试验；V型试验：污染控制装置耐久性试验。
如图5所示，为国IV标准型式核准中I型试验(常温下冷起动后排气污染物排放试验)的功能流程，其中V1、V2、V3分别是第1次、第2次和第3次试验的结果，L指各种尾气排放的限值。其它型式核准的流程和要求与图5类似。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1、一种基于国IV标准的便携式汽车尾气分析仪，其特征在于，它主要由ARM微控制器模块、人机交互模块、传感器模块、外部扩展接口模块和燃烧分析故障诊断模块等组成。其中，所述ARM微控制器模块分别与人机交互模块、传感器模块、外部扩展接口模块和燃烧分析与故障诊断模块相连接。
2、根据权利要求1所述基于国IV标准的便携式汽车尾气分析仪，其特征在于，所述人机交互模块包括按键输入与液晶显示，按键输入与液晶显示均与ARM微控制器模块相连。
3、根据权利要求1所述基于国IV标准的便携式汽车尾气分析仪，其特征在于，所述外部扩展接口模块包括RS232接口、CAN接口和USB接口。所述RS232接口、CAN接口和USB接口分别与ARM微控制器模块相连。
4、一种权利要求1所述基于国IV标准的便携式汽车尾气分析仪的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在液晶显示上动态显示当前状态；
(2)若有按键输入操作，则进行功能设置，若没有则选用默认参数；
(3)ARM微控制器模块读取传感器模块的检测数据，并把检测数据在液晶显示上动态显示，同时绘制曲线；
(4)ARM微控制器模块对检测数据进行分析，进行国IV标准型式核准，判断尾气排放是否符合国IV标准；
(5)根据检测的尾气数据进行燃烧分析，得出燃烧充分性、混合气浓度状况、点火及时性等燃烧分析结论，并动态显示结果；
(6)根据检测数据与燃烧分析结论进行故障诊断，得出可能故障类型的结论，并动态显示结果；
(7)保存检测数据和分析结果，分析结果包括是否符合国IV标准结论、燃烧分析结论和可能故障类型的结论；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131211 Termination date: 20160430 |