CN202869972U - 一种机动车尾气监控系统 - Google Patents

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赵希朋
杨旭
李�浩
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Abstract

本实用新型公开了一种机动车尾气监控系统，包括微控制器以及分别与微控制器连接的电源模块、人机交互模块、数据输出模块、数据采集模块，所述数据采集模块包括与微控制器连接的数据处理单元以及分别与该数据处理单元连接的CO数据采集单元、CO2数据采集单元、NO数据采集单元、HC数据采集单元、环境数据采集单元。本实用新型通过采用所述数据采集模块中不同的数据采集单元，分别对机动车在运动过程中排放的尾气中CO、CO2、NO、HC污染物进行自动监测，提高了监测精度，而且自动化程度高，监测速度快，大大提高了工作效率。

Description

一种机动车尾气监控系统
技术领域
本实用新型涉及环保技术领域，尤其涉及一种机动车尾气监控系统。
背景技术
对机动车尾气污染进行研究始于上个世纪中期的欧美国家，我国则开始于上个世纪80年代。在尾气污染监测方面，国内外许多学者都进行过大量工作，不仅应用了现代物理、化学分析方法研制了大量尾气污染监测仪器，取代了常规的塑料袋收集法，而且还根据尾气污染特征建立了许多数学预测模型，并结合GIS(地理信息系统,Geographic Information System）和RS(远距离的监测技术,remote sensing)手段在大多数城市进行了实证研究。
在现有技术中，机动车尾气监控系统采用了四个红外监测器分别完成CO、CO2、NO、HC污染物的测量，监测器响应的不一致性给测量结果带来较大的误差，而且，该系统采用接收和发射分开的仪器结构，无法在道路上对行驶的机动车实时测量。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于：提供一种机动车尾气监控系统，能够分别对机动车在运动过程中排放的CO、CO2、NO以及HC污染物进行自动监测，提高了监测精度，而且自动化程度高，监测速度快，大大提高了工作效率。
为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种机动车尾气监控系统，包括微控制器以及分别与微控制器连接的电源模块、人机交互模块、数据输出模块、数据采集模块，所述数据采集模块包括与微控制器连接的数据处理单元以及分别与该数据处理单元连接的CO数据采集单元、CO2数据采集单元、NO数据采集单元、HC数据采集单元、环境数据采集单元。
进一步地，还包括与微控制器连接的用于存储数据的存储模块。
进一步地，还包括与微控制器连接的自动控制模块，所述自动控制模块用于通知上位机仪器的状态，数据的高低报警。
进一步地，还包括与微控制器连接的开关量输入模块。
进一步地，所述数据输出模块包括串口数据输出模块和或可配置无线发射模块。
上述技术方案至少具有如下有益效果：本实用新型通过采用在所述数据采集模块上设置与微控制器连接的数据处理单元以及分别与该数据处理单元连接的CO数据采集单元、CO2数据采集单元、NO数据采集单元、HC数据采集单元、烟尘数据采集单元、HC环境数据采集单元，能够分别对机动车在运动过程中排放的尾气中CO、CO2、NO2、HC污染物进行自动监测，不同的污染物采用不同的数据采集单元进行监测，避免了监测器响应的不一致性给监测结果带来的误差，提高了监测精度，而且可以在道路上对行驶的机动车实时监测，自动化程度高，监测速度快，大大提高了工作效率。
附图说明
图1是本实用新型实施例机动车尾气监控系统的原理框图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图对本实用新型做进一步描述。
如图1所示，本实用新型实施例的机动车尾气监控系统包括微控制器1、电源模块2、人机交互模块3、数据输出模块4以及数据采集模块5。
微控制器1采用飞利浦公司的32位处理器为核心，并带有FLASH（不挥发性）存储器及看门狗定时器等外围电路，这样，当电源模块2不能给整个系统供电时，FLASH存储器可以保证在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据，而看门狗定时器电路用于监测微控制器1程序运行状态，防止程序发生死循环。
电源模块2与微控制器1连接，电源模块2为整个系统供电，其内部设有电压隔离模块，电压隔离模块将对模拟电路部分和数字电路部分的供电进行3000V的DC（域控制器）隔离，数字电路部分再采用磁珠隔离方式将数据输出模块4及微控制器1进行隔离，有效保障系统的稳定性，同时电源模块2内部设置有自备电源，在运行中如遇停电，自备电源立即启动，维持系统继续运行，保全已采集的数据信息，当剩余量不足时，下述自动控制模块7自动控制响铃报警动作。
人机交互模块3与微控制器1连接，其包括液晶显示界面及触摸屏，能对模块的通讯类型及通讯参数进行设置、对历史数据的查询、仪器的标定以及测量数值的显示等，而且采用大屏幕液晶显示，人机对话性能好，易操作。
数据输出模块4与微控制器1连接，用于和主站之间进行数据的通讯。数据输出模块4包括串口数据输出模块41和或可配置无线发射模块42，读取测量数据时可以使用模拟量的方式读取，也可以通过RS232/485的方式读取仪器测量数据、仪器的运行状态、反控等。在本实施例中，可配置无线发射模块42是可配置的GSM/CDMA通讯模块，其作为多功能数据采集器的一部分，可配置无线发射模块42可根据用户需求进行配置，即当用户需要用到GSM/CDMA通讯功能的时候可用到该模块，而当用户不需要该通讯功能的时候则可省去该模块，节约成本，数据输出模块4具有灵活的扩展性能，具备标准的通讯接口，能与其它系统兼容。
数据采集模块5包括数据处理单元51、CO数据采集单元52、CO2数据采集单元53、NO数据采集单元54、HC数据采集单元55、HC环境数据采集单元56，数据采集模块5用于把采集到的各种监测参数传感器电信号转换成测量值，并对各种测量值进行补偿，减小由于测量值受温度，大气压强度等的影响。具体地，CO数据采集单元52、CO2数据采集单元53、NO数据采集单元54、HC数据采集单元55、HC环境数据采集单元56分别把采集到的传感器信号进行放大、滤波、整形等处理后输入内置的AD模数转换器，把模拟信号转换为数值信号，再送入数据处理单元51进行数据处理。
CO数据采集单元52和CO2数据采集单元53采用1.5μm波段的半导体激光器作为光源的TDLAS系统（可调谐半导体激光吸收光谱）分别用于对机动车尾气中的CO和CO2进行测量，通过调制光谱二次谐波检测技术，以满足对机动车尾气的在线实时遥测的需要。TDLAS技术利用激光能量被气体分子“选频”吸收形成吸收光谱的原理来测量气体浓度。具体地，半导体激光器发射出的特定波长的激光束穿过被测气体时，被测气体对激光束进行吸收导致激光强度产生衰减，激光强度的衰减与被测气体含量成正比，因此，通过测量激光强度衰减信息就可以分析获得被测气体的浓度。
NO数据采集单元54和HC数据采集单元55分别用于对机动车尾气中的NO和HC进行测量。由于NO和HC在200-250nm的紫外波段吸收非常强，利用DOAS技术（差分吸收光谱技术，Differential OpticalAbsorption Spectroscopy)，DOAS技术是一种长光程空气质量监测技术，光源为高压氙灯，由抛物反射角准直成平行光出射，经过100-1000m的光程，由接收端的导入光栅分光系统，在出射狭缝处用光电倍增管探测，得到吸收光谱。吸收光谱包含了大量来自大气分子、气溶胶的散射、灯光谱起伏、反射镜的光谱选择性等造成的宽光谱结构，通过对吸收光谱进行高阶多项式拟合，用原吸收光谱除以多项式拟合曲线得到吸收分子的特征差分光谱，去除带宽成分影响，将差分吸收光谱与实验室获得的吸收分子的标准浓度的参考光谱进行拟合，计算出浓度。DOAS技术可消除大气湍流对信号的影响，不同污染物之间的干扰和湿度、气溶胶的干扰，能够满足连续检测和实时处理的要求。在200-250nm这个波段内NO有三条吸收峰，而且吸收很强，而HC在该波段的吸收为光谱范围较宽的带谱，由于在机动车尾气中NO的浓度也比较高，因此只要选择一个吸收峰进行浓度反演就足够了，这样NO数据采集单元54可以选择225-230nm的波段，而HC数据采集单元55可以选择NO吸收的两个波峰之间的波段，即217-223nm的波段。
HC环境数据采集单元56采用红外监测器测量机动车运行时的环境参数，比如用来测量烟尘和温度。
存储模块6与微控制器1连接，其用于存储数据，在本实施例中，存储模块6包括512K静态RAM和256M内存。
自动控制模块7是多路继电器开关，开关量输出采用继电器或光耦输出，使仪器和外部设备彻底隔离，用开关量的方式通知上位机仪器的状态，数据的高低报警等，在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
开关量输入模块8是用于将外部设备和本系统隔离开来，其与微控制器1连接，具体地，所述开关量输入模块8是4路开关量输入模块，其采用光耦输入的方式，使得外部设备和本仪器隔离开来，通过开关量输入模块8可以让外部的上位机设备根据需要控制一体化多参数控制器，如标定，修改参数等，作为另一种实施方式，所述开关量输入模块8也可采用继电器输入的方式，同样可以达到相同有益效果。
作为另一种实施方式，采用CCD（CCD图像传感器，Charge-coupled Device）能够测到200-250nm范围内的光谱。通过拍摄并把图像像素转换成数字信号，可以精确识别机动车类型和型号，自动记录车牌号，确认过往超标排放的机动车。
在使用过程中，机动车尾气监控系统利用设在各路段的智能环境监控数据采集仪通过多种数据采集模块5获取多种污染源的基础数据，并监测机动车发动机的运行工况；数据采集模块5将收到的不同格式的数据整合成统一的标准格式，通过数据输出模块4传至中心机，中心机对各种污染数据进行存储、分析并自动生成所需报表，本系统对所有监控点可实现24小时不下线的实时监控，实现分别对机动车在运动过程中排放的尾气中CO、CO2、NO2、HC污染物进行自动监测，提高了监测精度，而且可以在道路上对行驶的机动车实时监测，自动化程度高，监测速度快，大大提高了工作效率。
以上所述是本实用新型的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种机动车尾气监控系统，包括微控制器（1）以及分别与微控制器（1）连接的电源模块（2）、人机交互模块（3）、数据输出模块（4）、数据采集模块（5），其特征在于，所述数据采集模块（5）包括与微控制器（1）连接的数据处理单元（51）以及分别与该数据处理单元（51）连接的CO数据采集单元（52）、CO2数据采集单元（53）、NO数据采集单元（54）、HC数据采集单元（55）、环境数据采集单元（56）。
2.如权利要求1所述的机动车尾气监控系统，其特征在于，还包括与微控制器（1）连接的用于存储数据的存储模块（6）。
3.如权利要求1所述的机动车尾气监控系统，其特征在于，还包括与微控制器（1）连接的自动控制模块（7），所述自动控制模块（7）用于通知上位机仪器的状态，数据的高低报警。
4.如权利要求1所述的机动车尾气监控系统，其特征在于，还包括与微控制器（1）连接的开关量输入模块（8）。
5.如权利要求1所述的机动车尾气监控系统，其特征在于，所述数据输出模块（4）包括串口数据输出模块（41）和或可配置无线发射模块（42）。
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