CN115166002A - 一种氮氧传感器、控制系统、方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于氮氧化合物检测技术领域，公开了一种氮氧传感器、控制系统、方法及应用，采用硬件接口电路，实现信号的输入输出，其中主要包括电源模块电路、以STM32F103RET6为主控制器的硬件电路。根据氮氧传感器检测性能指标要求，设计信号测量、调理电路，主要有传感器加热及测量电路，精确泵电压输出电路，微弱泵电流检测电路。测试氮氧传感器静态性能，并分析其控制过程；设计加热控制算法、泵单元信号测量、控制方案，以及故障诊断方法，从而实现NOx传感器加热和泵单元的控制，完成NOx传感器控制系统设计与汽车尾气检测气路系统设计。
Description
技术领域
本发明属于氮氧化合物检测技术领域，尤其涉及一种氮氧传感器、控制系统、方法及应用。
背景技术
目前，氮氧传感器是在宽域型氧传感器的基础上设计而成，主要利用泵氧单元和氮氧还原电极，检测排气中氮氧化合物的浓度。
现有技术一，CN108802295A一种汽车尾气处理用氮氧传感器：本发明公开了一种汽车尾气处理用氮氧传感器，包括顶端开口的安装盒，所述安装盒的内部设有水平设置的活动板，活动板的顶端滑动连接有安装板，安装板的底端中间位置滑动连接有滑块，安装板的顶端中间位置开有滑槽，滑块滑动连接在滑槽内，滑块的两侧侧壁上均连接有第二弹簧，第二弹簧的一端连接在滑槽的侧壁上，所述安装板的顶端安装有控制单元，所述活动板的两侧均焊接有竖切面为L形的连接板，连接板与安装盒的内壁滑动连接，连接板的底端连接有第一弹簧，第一弹簧的底端连接在安装盒的底端内壁上。
现有技术二，CN104897763B一种氮氧传感器以及测量尾气中NOx含量的方法：本发明公开了一种氮氧传感器以及测量尾气中NOx含量的方法，氮氧传感器包括第一层基片、第二层基片、第三层基片、第四层基片、第五层基片、第六层基片、第七层基片、第八层基片和第九层基片；第一层基片的上表面设置有圆环形主电极且第一层基片中包含有第一扩散障层，第二层基片内设有定氧腔室，定氧腔室内设有圆环形定氧电极；第三层基片中包含有第二扩散障层；第四层基片中包含有还原腔室，还原腔室内设有比较电极和测量电极；第五层基片中包含参考腔室，参考腔室内设有参考电极；第七层基片和第八层基片之间设置有加热电极。
不难发现，上述两种技术的传感器结构复杂，使用起来不方便且没有特定的控制系统对其进行规范化的运行，运行麻烦，没有可视化的界面显示传感器状态，不符合智能化的现代化需求。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有技术结构复杂，使用起来不方便且没有特定的控制系统对其进行规范化的运行，运行麻烦，没有可视化的界面显示传感器状态，不符合智能化的现代化需求。
解决以上问题及缺陷的难度为：
现有参考的针对氮氧传感器进行控制的系统很少，且将传感器连接系统的过程有难度，对于控制信号以及传输信号需要不断实验测试。
解决以上问题及缺陷的意义为：
提供一种结构简单，操作容易的氮氧传感器，并构建符合现代化需求的控制方法与系统，促进了氮氧传感器的专业领域智能化发展。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种氮氧传感器、控制系统、方法及应用。
本发明是这样实现的，一种氮氧传感器，所述氮氧传感器的硬件接口电路，用于信号的输入输出，包括电源模块电路、以STM32F103RET6为主控制器的硬件电路。
进一步，所述氮氧传感器还设置有传感器加热电路、传感器测量电路，精确泵电压输出电路，微弱泵电流检测电路。
本发明的另一目的在于提供一种氮氧传感器的控制方法，所述氮氧传感器的控制方法包括如下具体步骤：
步骤一：对传感器的温度进行测量，若需要加热，则采用比例控制加热算法与微分控制加热算法相结合的方式进行控制加热；
步骤二：对泵单元信号进行测量采集并进行分析；
步骤三：根据泵单元信号分析结果对泵单元进行控制；
步骤四：对氮氧传感器实时的进行故障监测。
本发明的另一目的在于提供一种氮氧传感器的控制系统，所述氮氧传感器的控制系统包括：
温度传感控制模块，与中央控制模块相连接，用于通过温度传感器检测氮氧传感器环境温度数据，采用电阻温度传感器，基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加，随温度的上升而改变电阻值，采用正电阻系数，采用铜材料制成，通过测得的电阻值直接得到氮氧传感器的工作温度；
加热控制模块，与中央控制模块相连接，用于通过传感器加热电路进行加热，温度传感控制模块所采集的温度传输到中央控制模块中，中央控制模块对温度数据进行分析，若需要加热，则生成一条加热指令传送至加热控制模块，加热控制模块获取到加热指令后，接通传感器加热电路进行加热；
泵单元信号采集模块，与中央控制模块相连接，用于对泵单元产生的信号进行采集，使用信号采集器对泵单元产生的信号进行收集，收集的信号以电信号的形式存储在信号采集器中，使用A/D转换器将信号转化为数字信号传送至中央控制模块；
中央控制模块，与温度传感控制模块、加热控制模块、泵单元信号采集模块、泵单元信号分析模块、传感器监测模块、泵单元控制模块、本地数据存储模块、显示模块相连接，用于控制各个模块正常工作，主控制器对外部信号进行采集，通过分析处理后输出给输出通道，当外部需要模拟量输出时，系统经过D/A转换器转换成标准电信号进行输出；
泵单元信号分析模块，与中央控制模块相连接，用于通过分析程序对泵单元信号进行强度分析，泵单元信号分析模块向中央控制模块索要泵单元信号采集模块采集的转换为数字信号的泵信号，中央控制模块接收到索要数据的请求后，将数据包发送至泵单元信号分析模块，泵单元信号分析模块对数据包进行解包后，将信号数据输入至分析程序进行分析；
传感器监测模块，与中央控制模块相连接，用于对氮氧传感器进行实时监测，传感器监测模块包括监测CPU，监测CPU对氮氧传感器中电路进行实时监测，一旦发现异常的电信号，立刻启动报警器进行报警；
泵单元控制模块，与中央控制模块相连接，用于对泵单元进行控制，中央控制模块接收到泵单元信号分析模块的分析结果，对结果进行分析，若需要对泵单元进行泵单元中的电路进行信号加强或者减弱，则中央控制模块生成电信号指令传输到泵单元控制模块，泵单元控制模块根据指令对泵单元中的电路进行加强或者减弱；
本地数据存储模块，与中央控制模块相连接，用于对氮氧传感器工作过程中所采集的信号或者数据进行存储，采用SQL服务数据库进行数据的存储，要存储数据的模块将转换好的数字信号打包发送至中央控制模块，经由中央控制模块进行标签操作传送至后台数据库，数据库接收到传入的数据后，自动生成SQL语句，将数据存入相关的数据库表中，完成数据的存储；
显示模块，与中央控制模块相连接，用于对分析结果以及故障监测结果进行显示，在显示数据时，中央控制模块将信息以数字信号的形式传送至显示模块，显示模块将传入的数字信号传入显示屏，以供显示。
进一步，所述泵单元信号分析模块中的分析程序为经过训练的深度卷积神经网络组成，其训练数据集为经过确认的数据以及公开数据集相组合。
进一步，所述传感器监测模块中的报警器以声音、闪光、振动的方式进行同时报警。
进一步，所述本地数据存储模块中的自动生成SQL语句包括如下步骤：
S1：获取到需要存储的数据；
S2：对获取的数据进行类型判断；
S3：根据数据的类型以及SQL添加语句进行组合；
S4：将生成的添加SQL语句输入SQL服务数据库中，运行语句。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行氮氧传感器的控制方法的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述氮氧传感器的控制方法的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现所述氮氧传感器的控制方法。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明结构简单，易上手，采用电源模块电路、以STM32F103RET6为主控制器的硬件电路来实现传感器的电源提供，保障氮氧传感器的电量以及电路的控制，采用氮氧传感器控制系统来对传感器进行智能化控制，保障氮氧传感器的有序运行以及远程控制，促进了氮氧传感器的专业领域智能化发展，符合现在时代的需求。
附图说明
图1是本发明实施例提供的氮氧传感器的结构示意图。
图中：1、电源模块电路；2、STM32F103RET6主控制器；3、传感器加热电路；4、传感器测量电路；5、精确泵电压输出电路；6、微弱泵电流检测电路。
图2是本发明实施例提供的氮氧传感器的控制系统的结构示意图。
图中：7、温度传感控制模块；8、加热控制模块；9、泵单元信号采集模块；10、中央控制模块；11、泵单元信号分析模块；12、传感器监测模块；13、泵单元控制模块；14、本地数据存储模块；15、显示模块。
图3是本发明实施例提供的氮氧传感器的控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种氮氧传感器、控制系统、方法及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明提供的氮氧传感器包括：所述氮氧传感器的硬件接口电路，用于信号的输入输出，包括电源模块电路1、以STM32F103RET6为主控制器2的硬件电路。
进一步，所述氮氧传感器还设置有传感器加热电路3、传感器测量电路4，精确泵电压输出电路5，微弱泵电流检测电路6。
如图2所示，本发明提供的氮氧传感器的控制系统包括：
所述氮氧传感器的控制系统包括：
温度传感控制模块7，与中央控制模块相连接，用于通过温度传感器检测氮氧传感器环境温度数据，采用电阻温度传感器，基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加，随温度的上升而改变电阻值，采用正电阻系数，采用铜材料制成，通过测得的电阻值直接得到氮氧传感器的工作温度；
加热控制模块8，与中央控制模块相连接，用于通过传感器加热电路进行加热，温度传感控制模块所采集的温度传输到中央控制模块中，中央控制模块对温度数据进行分析，若需要加热，则生成一条加热指令传送至加热控制模块，加热控制模块获取到加热指令后，接通传感器加热电路进行加热；
泵单元信号采集模块9，与中央控制模块相连接，用于对泵单元产生的信号进行采集，使用信号采集器对泵单元产生的信号进行收集，收集的信号以电信号的形式存储在信号采集器中，使用A/D转换器将信号转化为数字信号传送至中央控制模块；
中央控制模块10，与温度传感控制模块、加热控制模块、泵单元信号采集模块、泵单元信号分析模块、传感器监测模块、泵单元控制模块、本地数据存储模块、显示模块相连接，用于控制各个模块正常工作，主控制器对外部信号进行采集，通过分析处理后输出给输出通道，当外部需要模拟量输出时，系统经过D/A转换器转换成标准电信号进行输出；
泵单元信号分析模块11，与中央控制模块相连接，用于通过分析程序对泵单元信号进行强度分析，泵单元信号分析模块向中央控制模块索要泵单元信号采集模块采集的转换为数字信号的泵信号，中央控制模块接收到索要数据的请求后，将数据包发送至泵单元信号分析模块，泵单元信号分析模块对数据包进行解包后，将信号数据输入至分析程序进行分析；
传感器监测模块12，与中央控制模块相连接，用于对氮氧传感器进行实时监测，传感器监测模块包括监测CPU，监测CPU对氮氧传感器中电路进行实时监测，一旦发现异常的电信号，立刻启动报警器进行报警；
泵单元控制模块13，与中央控制模块相连接，用于对泵单元进行控制，中央控制模块接收到泵单元信号分析模块的分析结果，对结果进行分析，若需要对泵单元进行泵单元中的电路进行信号加强或者减弱，则中央控制模块生成电信号指令传输到泵单元控制模块，泵单元控制模块根据指令对泵单元中的电路进行加强或者减弱；
本地数据存储模块14，与中央控制模块相连接，用于对氮氧传感器工作过程中所采集的信号或者数据进行存储，采用SQL服务数据库进行数据的存储，要存储数据的模块将转换好的数字信号打包发送至中央控制模块，经由中央控制模块进行标签操作传送至后台数据库，数据库接收到传入的数据后，自动生成SQL语句，将数据存入相关的数据库表中，完成数据的存储；
显示模块15，与中央控制模块相连接，用于对分析结果以及故障监测结果进行显示，在显示数据时，中央控制模块将信息以数字信号的形式传送至显示模块，显示模块将传入的数字信号传入显示屏，以供显示。
进一步，所述泵单元信号分析模块中的分析程序为经过训练的深度卷积神经网络组成，其训练数据集为经过确认的数据以及公开数据集相组合。
进一步，所述传感器监测模块中的报警器以声音、闪光、振动的方式进行同时报警。
进一步，所述本地数据存储模块中的自动生成SQL语句包括如下步骤：
S1：获取到需要存储的数据；
S2：对获取的数据进行类型判断；
S3：根据数据的类型以及SQL添加语句进行组合；
S4：将生成的添加SQL语句输入SQL服务数据库中，运行语句。
如图3所示，本发明提供的氮氧传感器的控制方法包括：
所述氮氧传感器的控制方法包括如下具体步骤：
步骤一：对传感器的温度进行测量，若需要加热，则采用比例控制加热算法与微分控制加热算法相结合的方式进行控制加热；
步骤二：对泵单元信号进行测量采集并进行分析；
步骤三：根据泵单元信号分析结果对泵单元进行控制；
步骤四：对氮氧传感器实时的进行故障监测。
(1)氮氧传感器控制系统的工作原理：由温度传感控制模块7对温度进行测量并传输至中央控制模块10，若需要加热，则使用加热控制模块8进行加热，通过泵单元信号采集模块9对泵单元的信号进行采集，并传输至中央控制模块10，使用泵单元信号分析模块11对采集的电信号进行分析，得到的分析结果传输至中央控制模块10，若需要对泵单元中的电路进行控制，则使用泵单元控制模块13对泵单元进行控制，使用传感器监测模块12实时对传感器进行故障监测，并在异常时实时报警，使用本地数据存储模块14对传感器工作过程中产生的数据进行存储，对信号的分析结果以及监测结果通过显示模块15实时显示。
(2)基于氮氧传感器功能需求，设计相应的硬件接口电路，实现信号的输入输出，其中主要包括电源模块电路、以STM32F103RET6为主控制器的硬件电路。
(3)根据氮氧传感器检测性能指标要求，设计信号测量、调理电路。主要有传感器加热及测量电路，精确泵电压输出电路，微弱泵电流检测电路。
(4)测试氮氧传感器静态性能，并分析其控制过程；设计加热控制算法、泵单元信号测量、控制方案，以及故障诊断方法，从而实现NOx传感器加热和泵单元的控制，完成NOx传感器控制系统设计与汽车尾气检测气路系统设计。
(5)在标准气氛配置仪上进行氮氧浓度的动静态性能测试，验证NOx传感器控制系统的可行性，制作成产品，在湖南省内及全国的M站推广应用。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种氮氧传感器，其特征在于，所述氮氧传感器的硬件接口电路，用于信号的输入输出，包括电源模块电路、以STM32F103RET6为主控制器的硬件电路。
2.如权利要求1所述的氮氧传感器，其特征在于，所述氮氧传感器还设置有传感器加热电路、传感器测量电路，精确泵电压输出电路，微弱泵电流检测电路。
3.一种如权利要求1所述氮氧传感器的控制方法，其特征在于，所述氮氧传感器的控制方法包括如下具体步骤：
步骤一：对传感器的温度进行测量，若需要加热，则采用比例控制加热算法与微分控制加热算法相结合的方式进行控制加热；
步骤二：对泵单元信号进行测量采集并进行分析；
步骤三：根据泵单元信号分析结果对泵单元进行控制；
步骤四：对氮氧传感器实时的进行故障监测。
4.一种如权利要求1所述氮氧传感器的控制系统，其特征在于，所述氮氧传感器的控制系统包括：
温度传感控制模块，与中央控制模块相连接，用于通过温度传感器检测氮氧传感器环境温度数据，采用电阻温度传感器，基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加，随温度的上升而改变电阻值，采用正电阻系数，采用铜材料制成，通过测得的电阻值直接得到氮氧传感器的工作温度；
加热控制模块，与中央控制模块相连接，用于通过传感器加热电路进行加热，温度传感控制模块所采集的温度传输到中央控制模块中，中央控制模块对温度数据进行分析，若需要加热，则生成一条加热指令传送至加热控制模块，加热控制模块获取到加热指令后，接通传感器加热电路进行加热；
泵单元信号采集模块，与中央控制模块相连接，用于对泵单元产生的信号进行采集，使用信号采集器对泵单元产生的信号进行收集，收集的信号以电信号的形式存储在信号采集器中，使用A/D转换器将信号转化为数字信号传送至中央控制模块；
中央控制模块，与温度传感控制模块、加热控制模块、泵单元信号采集模块、泵单元信号分析模块、传感器监测模块、泵单元控制模块、本地数据存储模块、显示模块相连接，用于控制各个模块正常工作，主控制器对外部信号进行采集，通过分析处理后输出给输出通道，当外部需要模拟量输出时，系统经过D/A转换器转换成标准电信号进行输出；
泵单元信号分析模块，与中央控制模块相连接，用于通过分析程序对泵单元信号进行强度分析，泵单元信号分析模块向中央控制模块索要泵单元信号采集模块采集的转换为数字信号的泵信号，中央控制模块接收到索要数据的请求后，将数据包发送至泵单元信号分析模块，泵单元信号分析模块对数据包进行解包后，将信号数据输入至分析程序进行分析；
传感器监测模块，与中央控制模块相连接，用于对氮氧传感器进行实时监测，传感器监测模块包括监测CPU，监测CPU对氮氧传感器中电路进行实时监测，一旦发现异常的电信号，立刻启动报警器进行报警；
泵单元控制模块，与中央控制模块相连接，用于对泵单元进行控制，中央控制模块接收到泵单元信号分析模块的分析结果，对结果进行分析，若需要对泵单元进行泵单元中的电路进行信号加强或者减弱，则中央控制模块生成电信号指令传输到泵单元控制模块，泵单元控制模块根据指令对泵单元中的电路进行加强或者减弱；
本地数据存储模块，与中央控制模块相连接，用于对氮氧传感器工作过程中所采集的信号或者数据进行存储，采用SQL服务数据库进行数据的存储，要存储数据的模块将转换好的数字信号打包发送至中央控制模块，经由中央控制模块进行标签操作传送至后台数据库，数据库接收到传入的数据后，自动生成SQL语句，将数据存入相关的数据库表中，完成数据的存储；
显示模块，与中央控制模块相连接，用于对分析结果以及故障监测结果进行显示，在显示数据时，中央控制模块将信息以数字信号的形式传送至显示模块，显示模块将传入的数字信号传入显示屏，以供显示。
5.如权利要求4所述的氮氧传感器控制系统，其特征在于，所述泵单元信号分析模块中的分析程序为经过训练的深度卷积神经网络组成，其训练数据集为经过确认的数据以及公开数据集相组合。
6.如权利要求4所述的氮氧传感器控制系统，其特征在于，所述传感器监测模块中的报警器以声音、闪光、振动的方式进行同时报警。
7.如权利要求4所述的氮氧传感器控制系统，其特征在于，所述本地数据存储模块中的自动生成SQL语句包括如下步骤：
S1：获取到需要存储的数据；
S2：对获取的数据进行类型判断；
S3：根据数据的类型以及SQL添加语句进行组合；
S4：将生成的添加SQL语句输入SQL服务数据库中，运行语句。
8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求3所述氮氧传感器的控制方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求3所述氮氧传感器的控制方法的步骤。
10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现权利要求3所述氮氧传感器的控制方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210857623.5A CN115166002A (zh) | 2022-07-20 | 2022-07-20 | 一种氮氧传感器、控制系统、方法及应用 |
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| CN202210857623.5A CN115166002A (zh) | 2022-07-20 | 2022-07-20 | 一种氮氧传感器、控制系统、方法及应用 |
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|---|---|
| CN115166002A true CN115166002A (zh) | 2022-10-11 |
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|---|---|---|---|
| CN202210857623.5A Pending CN115166002A (zh) | 2022-07-20 | 2022-07-20 | 一种氮氧传感器、控制系统、方法及应用 |
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|---|---|
| CN (1) | CN115166002A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118130554A (zh) * | 2024-05-06 | 2024-06-04 | 合肥工业大学 | 一种用于驱动氨气传感器的方法及电路 |
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2022
- 2022-07-20 CN CN202210857623.5A patent/CN115166002A/zh active Pending
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