CN107727709A - 一种便携式汽车尾气检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种便携式汽车尾气检测装置，包括车载发射机和手持接收机，车载发射机安装于汽车排气管处，手持接收机由检测人员手持携带，车载发射机与手持接收机通过射频网络通信连接。本发明以低功耗的单片机作为控制核心，利用电化学传感器采集汽车尾气含量和浓度，并通过无线通信技术将数据传输到显示设备，使得相关检测人员能随时随地检测汽车尾气，实时掌握汽车的尾气排放情况，及时制止超标车辆上路，最大程度上较少汽车尾气对空气的污染，其结构简单，体积小巧，成本低廉，系统功耗低，检测精度高，传输稳定性好，使用方便，还可扩展应用于温室测量、工业控制、水文检测以及环境卫生应用等领域，具有较强的通用价值。

Description

一种便携式汽车尾气检测装置
技术领域
本发明涉及汽车电子测量技术领域，特别涉及一种便携式汽车尾气检测装置。
背景技术
近年来国内城市汽车的拥有量越来越大，汽车尾气对城市大气环境的危害也日益加剧。因此，快速、简便、准确地检测汽车尾气的成分和含量对控制汽车尾气的排放以及改善城市大气环境具有重要的现实意义。
然而，由于技术条件的限制，目前国内主要采用年检方式对汽车尾气排放情况进行检测，而进行检测的方式主要采用传统的底盘测功机测湿法。该方法的工作原理是在室内，结合底盘测功机和气体分析仪，在预设汽车行驶工况下来测试汽车的尾气排放量。由于这种方法必须在室内，且要求按固定行驶工况对汽车进行测试，因此不能真实反映实际路况上的汽车尾气排放，汽车实际运行时其尾气所含的污染物不能及时掌握，从而无法及时有效地控制汽车的尾气污染。并且排放测试系统体积过于庞大，使用时操作困难，被检测的车辆往往需要花费大量的时间才能得到检测结果。
发明内容
(一)解决的技术问题
为了解决上述问题，本发明提供了一种便携式汽车尾气检测装置，以低功耗的单片机作为控制核心，利用电化学传感器采集汽车尾气含量和浓度，并通过无线通信技术将数据传输到显示设备，使得相关检测人员能随时随地检测汽车尾气，实时掌握汽车的尾气排放情况，及时制止超标车辆上路，最大程度上较少汽车尾气对空气的污染。
(二)技术方案
一种便携式汽车尾气检测装置，包括车载发射机和手持接收机，所述车载发射机安装于汽车排气管处，所述手持接收机由检测人员手持携带，所述车载发射机与所述手持接收机通过射频网络通信连接；
所述车载发射机包括尾气检测单元、第一处理器单元、无线发射单元和第一电源单元；所述尾气检测单元安装于汽车尾气排放口，实时采集行驶中的汽车尾气浓度，输出电压信号送入所述第一处理器单元的ADC转换通道；所述第一处理器单元对采集的汽车尾气浓度进行模数转换处理，通过所述无线发射单元发射至所述射频网络；所述第一电源单元为所述车载发射机的其它各单元提供工作电压；
所述手持接收机包括无线接收单元、第二处理器单元、键盘控制单元、显示单元和第二电源单元；所述无线接收单元接收所述射频网络中的数据信号，并送入所述第二处理器单元的DAC转换通道；所述键盘控制单元负责所述手持接收机的开关和调节所述显示单元的屏幕亮度；所述第二处理器单元对接收的数据信号进行数模转换处理，重新转换为尾气浓度，输出连接所述显示单元；所述显示单元显示汽车尾气浓度；所述第二电源单元为所述手持接收机的其它各单元提供工作电压；
所述第一处理器单元和所述第二处理器单元通过所述无线发射单元和所述无线接收单元进行数据交换。
进一步的，所述第一处理器单元和所述第二处理器单元具有相同的电路结构，包括单片机芯片、第一晶振、第一连接器、第一按键、第一～第四电容、第一和第二电阻，其中所述单片机芯片选用STC12C5A60S2。
进一步的，所述尾气检测单元包括电化学传感器、第一和第二运算放大器、第五～第十电容和第三～第八电阻，其中所述电化学传感器为一氧化碳传感器TGS2201、氮氧化合物传感器2Nox-1500和碳氢化合物传感器4CHx-1500的集成模块，所述第一运算放大器选用ADR291GR，所述第二运算放大器选用双通道微功耗放大器ADA4505-2。
进一步的，所述无线发射单元和所述无线接收单元具有相同的电路结构，包括射频芯片、第二晶振、第二和第三连接器、第一～第三电感、第十一～第十九电容、第九和第十电阻，其中所述射频芯片选用单片射频收发器NRF24L01。
进一步的，所述按键控制单元包括第二～第四按键；所述显示单元包括液晶显示屏、第一和第二发光二极管、电位器、第十一和第十二电阻，其中所述液晶显示屏选用LCD1602，所述第一发光二极管为红光二极管，所述第二发光二极管为绿光二极管。
进一步的，所述第一电源单元和所述第二电源单元均为5V锂电池。
(三)有益效果
本发明提供了一种便携式汽车尾气检测装置，以低功耗的单片机作为控制核心，利用电化学传感器采集汽车尾气含量和浓度，并通过无线通信技术将数据传输到显示设备，使得相关检测人员能随时随地检测汽车尾气，实时掌握汽车的尾气排放情况，及时制止超标车辆上路，最大程度上较少汽车尾气对空气的污染，其结构简单，体积小巧，成本低廉，系统功耗低，检测精度高，传输稳定性好，使用方便，还可扩展应用于温室测量、工业控制、水文检测以及环境卫生应用等领域，具有较强的通用价值。
附图说明
图1为本发明所涉及的一种便携式汽车尾气检测装置的系统结构框图。
图2为本发明所涉及的一种便携式汽车尾气检测装置的处理器单元电路原理图。
图3为本发明所涉及的一种便携式汽车尾气检测装置的尾气检测单元电路原理图。
图4为本发明所涉及的一种便携式汽车尾气检测装置的无线收发单元电路原理图。
图5为本发明所涉及的一种便携式汽车尾气检测装置的键盘控制单元电路原理图。
图6为本发明所涉及的一种便携式汽车尾气检测装置的显示单元电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所涉及的实施例做进一步详细说明。
如图1所示，一种便携式汽车尾气检测装置，包括车载发射机和手持接收机，车载发射机安装于汽车排气管处，手持接收机由检测人员手持携带，车载发射机与手持接收机通过射频网络通信连接；
车载发射机包括尾气检测单元、第一处理器单元、无线发射单元和第一电源单元；尾气检测单元安装于汽车尾气排放口，实时采集行驶中的汽车尾气浓度，输出电压信号送入第一处理器单元的ADC转换通道；第一处理器单元对采集的汽车尾气浓度进行模数转换处理，通过无线发射单元发射至射频网络；第一电源单元为车载发射机的其它各单元提供工作电压；
手持接收机包括无线接收单元、第二处理器单元、键盘控制单元、显示单元和第二电源单元；无线接收单元接收射频网络中的数据信号，并送入第二处理器单元的DAC转换通道；键盘控制单元负责手持接收机的开关和调节显示单元的屏幕亮度；第二处理器单元对接收的数据信号进行数模转换处理，重新转换为尾气浓度，输出连接显示单元；显示单元显示汽车尾气浓度；第二电源单元为手持接收机的其它各单元提供工作电压；
第一处理器单元和第二处理器单元通过无线发射单元和无线接收单元进行数据交换。
第一处理器单元和第二处理器单元具有相同的电路结构，如图2所示，包括单片机芯片U1、晶振X1、连接器J1、按键K1、电容C1～C4、电阻R1和R2，其中单片机芯片U1选用STC12C5A60S2。STC12C5A60S2是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8～12倍。工作电压为3.3～5.5V，工作频率范围0～35MHz，相当于普通8051的0～420MHz。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM可用来当2路D/A使用，8路高速10位A/D转换，针对强干扰场合。按键K1为系统的手动复位开关。
如图3所示，尾气检测单元包括电化学传感器U2、运算放大器U3和U4、电容C5～C10和电阻R3～R8，其中电化学传感器U2为一氧化碳传感器TGS2201、氮氧化合物传感器2Nox-1500和碳氢化合物传感器4CHx-1500的集成模块，运算放大器U3选用ADR291GR，运算放大器U4选用双通道微功耗放大器ADA4505-2。在汽车尾气排放口安装电化学传感器U2，采集行驶中的汽车尾气信息。电化学传感器U2通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。电化学传感器由传感电极WE和反电极CE组成，并由一个薄电解层隔开。气体通过薄膜扩散到传感器内，并与传感电极WE相互作用，参考电极RE提供反馈，以便通过改变反电极CE上的电压保持传感电极WE的恒定电位，流入传感电极WE的电流对于每ppm气体浓度低于100nA。由于电化学传感器U2为一氧化碳传感器TGS2201、氮氧化合物传感器2Nox-1500和碳氢化合物传感器4CHx-1500的集成模块，可同时采集排放尾气中的一氧化碳、氮氧化合物和碳氢化合物的浓度。电化学传感器U2输出的电压信号较小，因此需要通过放大电路进行信号放大，才能送入STC12C5A60S2的A/D转换通道转换为数字信号进行处理。
车载发射机将采集的汽车尾气的数字信号通过无线发射单元送入射频网络，同时手持接收机的无线接收单元接收射频网络中的数据信号。无线发射单元和无线接收单元具有相同的电路结构，如图4所示，包括射频芯片U5、晶振X2、连接器J2和J3、电感L1～L3、电容C11～C19、电阻R9和R10，其中射频芯片选用单片射频收发器NRF24L01。NRF24L01是一款内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型Shockburst技术的新型单片射频收发器件。NRF24L01工作于2.4～2.5GHz ISM频段，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。NRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率发射时，工作电流仅有9mA；接收时，工作电流只有12.3mA，掉电模式和空闲模式等多种低功率工作模式使系统节能设计更方便。NRF24L01的CSN、SCK、MOSI和MISO为SPI引脚端，由STC12C5A60S2的P1.1、P1.2、P1.3和P1.4脚来配置；CE脚为使能发射或接收端，由STC12C5A60S2的P1.0脚控制；IRQ脚为中断标志位，由STC12C5A60S2的P1.5脚控制。连接器J3安装射频天线。
如图5所示，按键控制单元包括按键K2～K4，负责手持接收机的电源开关和显示屏亮度调节。按下启动按键K2，手持接收机通过NRF24L01将启动信息发送给车载接收机的STC12C5A60S2，车载接收机的STC12C5A60S2回复接收启动指令给手持接收机，同时启动尾气检测单元，电化学传感器开始采集汽车排放的尾气。
手持接收机的STC12C5A60S2对NRF24L01接收的汽车尾气的数字信号进行D/A转换，重新转换为汽车尾气的浓度信息，并通过现实单元进行显示，方便检测人员观察。如图6所示，显示单元包括液晶显示屏U6、发光二极管LED1和LED2、电位器Rw1、电阻R11和R12，其中液晶显示屏U6选用LCD1602，发光二极管LED1为红光二极管，发光二极管LED2为绿光二极管。调节电位器Rw1可改变LCD1602的显示亮度。发光二极管LED1和LED2作为无线数据传输的指示灯，当红光二极管LED1点亮时，表示数据接收失败；当绿光二极管LED2点亮时，表示数据已成功接收。
由于车载发射机和手持接收机的工作电压均为5V，且二者的功耗都很低，因此电源单元均采用5V锂电池进行供电。
本发明提供了一种便携式汽车尾气检测装置，以低功耗的单片机作为控制核心，利用电化学传感器采集汽车尾气含量和浓度，并通过无线通信技术将数据传输到显示设备，使得相关检测人员能随时随地检测汽车尾气，实时掌握汽车的尾气排放情况，及时制止超标车辆上路，最大程度上较少汽车尾气对空气的污染，其结构简单，体积小巧，成本低廉，系统功耗低，检测精度高，传输稳定性好，使用方便，还可扩展应用于温室测量、工业控制、水文检测以及环境卫生应用等领域，具有较强的通用价值。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (6)

1.一种便携式汽车尾气检测装置，其特征在于：包括车载发射机和手持接收机，所述车载发射机安装于汽车排气管处，所述手持接收机由检测人员手持携带，所述车载发射机与所述手持接收机通过射频网络通信连接；
所述车载发射机包括尾气检测单元、第一处理器单元、无线发射单元和第一电源单元；所述尾气检测单元安装于汽车尾气排放口，实时采集行驶中的汽车尾气浓度，输出电压信号送入所述第一处理器单元的ADC转换通道；所述第一处理器单元对采集的汽车尾气浓度进行模数转换处理，通过所述无线发射单元发射至所述射频网络；所述第一电源单元为所述车载发射机的其它各单元提供工作电压；
所述手持接收机包括无线接收单元、第二处理器单元、键盘控制单元、显示单元和第二电源单元；所述无线接收单元接收所述射频网络中的数据信号，并送入所述第二处理器单元的DAC转换通道；所述键盘控制单元负责所述手持接收机的开关和调节所述显示单元的屏幕亮度；所述第二处理器单元对接收的数据信号进行数模转换处理，重新转换为尾气浓度，输出连接所述显示单元；所述显示单元显示汽车尾气浓度；所述第二电源单元为所述手持接收机的其它各单元提供工作电压；
所述第一处理器单元和所述第二处理器单元通过所述无线发射单元和所述无线接收单元进行数据交换。
2.根据权利要求1所述的一种便携式汽车尾气检测装置，其特征在于：所述第一处理器单元和所述第二处理器单元具有相同的电路结构，包括单片机芯片、第一晶振、第一连接器、第一按键、第一～第四电容、第一和第二电阻，其中所述单片机芯片选用STC12C5A60S2。
3.根据权利要求1所述的一种便携式汽车尾气检测装置，其特征在于：所述尾气检测单元包括电化学传感器、第一和第二运算放大器、第五～第十电容和第三～第八电阻，其中所述电化学传感器为一氧化碳传感器TGS2201、氮氧化合物传感器2Nox-1500和碳氢化合物传感器4CHx-1500的集成模块，所述第一运算放大器选用ADR291GR，所述第二运算放大器选用双通道微功耗放大器ADA4505-2。
4.根据权利要求1所述的一种便携式汽车尾气检测装置，其特征在于：所述无线发射单元和所述无线接收单元具有相同的电路结构，包括射频芯片、第二晶振、第二和第三连接器、第一～第三电感、第十一～第十九电容、第九和第十电阻，其中所述射频芯片选用单片射频收发器NRF24L01。
5.根据权利要求1所述的一种便携式汽车尾气检测装置，其特征在于：所述按键控制单元包括第二～第四按键；所述显示单元包括液晶显示屏、第一和第二发光二极管、电位器、第十一和第十二电阻，其中所述液晶显示屏选用LCD1602，所述第一发光二极管为红光二极管，所述第二发光二极管为绿光二极管。
6.根据权利要求1所述的一种便携式汽车尾气检测装置，其特征在于：所述第一电源单元和所述第二电源单元均为5V锂电池。
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