車輛排放智能檢測(cè)儀設(shè)計(jì)（下載送圖紙）

黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGEPAGE48隨著機(jī)動(dòng)車保有量增加,機(jī)動(dòng)車尾氣已經(jīng)成為空氣污染的重要來源,機(jī)動(dòng)車排氣所造成的環(huán)境問題變得日益嚴(yán)重。因此,要從污染的源頭著手,加強(qiáng)對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣的檢測(cè)和控制,穩(wěn)定、精確的尾氣分析系統(tǒng)的需求就顯得非常迫切。而且隨著新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái),對(duì)于機(jī)動(dòng)車尾氣排放污染物的限制將更加嚴(yán)格。紅外尾氣分析系統(tǒng)就是用來測(cè)量尾氣中污染氣體的濃度,從而為機(jī)動(dòng)車尾氣的排放污染物控制提供了有力的保障,以達(dá)到減少環(huán)境污染和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的。設(shè)計(jì)了一種尾氣分析系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣成分的檢測(cè)。設(shè)計(jì)了完整的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并選擇了合適的器件。在電子系統(tǒng)方面設(shè)計(jì)了數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路。關(guān)鍵詞：汽車；排放；智能；分析；檢測(cè)儀ABSTRACTWiththeincreaseinmotorvehiclesowned,motorvehicleexhaustgashasbecomeanimportantsourceofairpollution,causedbymotorvehicleexhausthasbecomeincreasinglyseriousenvironmentalproblems.Therefore,toproceedfromthesourceofpollution,vehicleexhaustenhancethedetectionandcontrol,stability,andaccurategasanalysissystemitisveryurgentneeds.Withthenewandtheintroductionofnationalstandardsforpollutantsinvehicleexhaustemissionswillbecomeevenmorestringentrestrictions.Thedesignofinfraredgasanalysissystemisusedtomeasurepollutioninexhaustgases,thustheemissionofpollutantsfromvehicleexhaustcontrolprovideaneffectiveguaranteetoachievethereductionofenvironmentalpollutionandprotecttheecologicalenvironment.Inthispaper,thedesignofanexhaustgasanalysissystem,componentsofvehicleexhausttesting.Inthispaper,thedesignofacompletesystemarchitecture,andselecttheappropriatedevice.Intheelectronicsystemdesignedtoenlargefiltercircuit,digital-to-analogconversioncircuit,single-chipcontrolcircuit.Keywords:Car;Emissions;Smart;Analyse;Detector目錄摘要……………………ⅠAbstract………………Ⅱ第1章緒論…………11.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀………………11.2研究的目的意義和應(yīng)用前景…………………11.3研究的主要內(nèi)容………………2第2章總體方案設(shè)計(jì)……………32.1車輛排放智能檢測(cè)儀基本原理………………32.2車輛排放智能檢測(cè)儀基本組成………………32.2.1取樣裝置………………32.2.2氣體檢測(cè)裝置…………32.2.3處理控制裝置…………42.3本章小結(jié)………………………4第3章取樣裝置設(shè)計(jì)……………53.1設(shè)計(jì)思路………………………53.2主要部件選擇與設(shè)計(jì)…………53.2.1取樣探頭及粗濾器……………………53.2.2水分離器………………53.2.3粉塵過濾器……………53.2.4取樣泵…………………63.3本章小結(jié)………………………7第4章氣體檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)………84.1氣體檢測(cè)裝置基本組成………84.2紅外氣體傳感器………………84.2.1紅外氣體傳感器類型的確定…………84.2.2紅外氣體分析的基本原理……………84.2.3電調(diào)制紅外氣體傳感器………………94.3氮氧化物傳感器……………104.3.1氮氧化物傳感器類型的確定………104.3.2固體聚合物電解質(zhì)NO電化學(xué)傳感器……………114.4氧傳感器……………………114.4.1氧傳感器類型的確定………………114.4.2極限型氧傳感器……………………114.5本章小結(jié)……………………12第5章其它部件的選擇與設(shè)計(jì)……………135.1微型打印機(jī)…………………135.2液晶顯示屏…………………135.3油溫及轉(zhuǎn)速傳感器…………145.4風(fēng)扇…………145.5電源開關(guān)……………………145.6本章小結(jié)……………………15第6章處理控制裝置設(shè)計(jì)……………………166.1單片機(jī)………………………166.2單片機(jī)的確定………………166.3控制系統(tǒng)相關(guān)電路設(shè)計(jì)……………………196.3.1放大電路……………206.3.1A/D轉(zhuǎn)換電路………206.3.2顯示電路……………216.3.3輸出打印電路………226.3.4鍵盤電路……………226.3.5RS-232接口電路…………………236.3.6看門狗電路…………236.3.8擴(kuò)展電路……………236.4系統(tǒng)控制流程………………246.5本章小結(jié)……………………24第7章機(jī)械部分設(shè)計(jì)…………257.1總體布置……………………257.2總體概述……………………257.3實(shí)現(xiàn)功能……………………267.4主要技術(shù)參數(shù)………………267.5本章小結(jié)……………………27結(jié)論…………………28參考文獻(xiàn)………………29致謝……………………31附錄……………………32加扣扣414951605或1304139763，購(gòu)買發(fā)CAD圖紙及相關(guān)文檔。第1章緒論加扣扣414951605或1304139763，購(gòu)買發(fā)CAD圖紙及相關(guān)文檔。1.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外在機(jī)動(dòng)車檢測(cè)方面的發(fā)展工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)動(dòng)車檢測(cè)在管理上己實(shí)現(xiàn)了制度化，在檢測(cè)基礎(chǔ)技術(shù)方面已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)動(dòng)車檢測(cè)有一整套的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)外比較重視安全性能和排放性能的檢測(cè)，在檢測(cè)技術(shù)上向“智能化、自動(dòng)化檢測(cè)”方向發(fā)展。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了機(jī)動(dòng)車檢測(cè)診斷、控制自動(dòng)化、數(shù)據(jù)采集處理自動(dòng)化檢測(cè)結(jié)果直接打印等多功能的綜合性檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備。進(jìn)入80年代后，計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)動(dòng)車檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)一步向深度和廣度發(fā)展，機(jī)動(dòng)車檢測(cè)線己實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化。對(duì)于機(jī)動(dòng)車排放檢測(cè)，隨著歐洲體系標(biāo)準(zhǔn)即ECE標(biāo)準(zhǔn)I、n、m、IV號(hào)標(biāo)準(zhǔn)以及美國(guó)加州排放標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，各國(guó)逐步加大了對(duì)尾氣排放的限制。世界各國(guó)的排放法規(guī)不斷加嚴(yán)，國(guó)外的機(jī)動(dòng)車尾氣檢測(cè)朝著高標(biāo)準(zhǔn)方向發(fā)展。在檢測(cè)方法上，各國(guó)也略有不同，從最初的怠速法、雙怠速法到工況法，而且，對(duì)試驗(yàn)規(guī)范的要求也日益嚴(yán)格。我國(guó)從1981年開始制定機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)，并于1983年發(fā)布了國(guó)家機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)。此后頒布了一次比一次更加嚴(yán)格的新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，目的就是為了控制大氣污染，保護(hù)環(huán)境。我國(guó)與世界各國(guó)一樣對(duì)機(jī)動(dòng)車排放作了嚴(yán)格的限制，且控制指標(biāo)正逐步與國(guó)際先進(jìn)指標(biāo)接近。隨著機(jī)動(dòng)車排放限值的日益嚴(yán)格，檢測(cè)機(jī)動(dòng)車排放的技術(shù)水平也不斷向前發(fā)展，從而利用正確的檢測(cè)方法，能準(zhǔn)確地反映出車輛的實(shí)際排放效果。在《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》和《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》指導(dǎo)下，為了控制機(jī)動(dòng)車污染物排放，改善環(huán)境空氣質(zhì)量，于2005年3月2日批準(zhǔn)了最新的《點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣污染物排放限值及測(cè)量方法(雙怠速法及簡(jiǎn)易工況法)》等標(biāo)準(zhǔn)，自2005年7月1日起實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車怠速和高怠速工況下排氣污染物排放限值及測(cè)量方法。可見，由于新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，對(duì)于機(jī)動(dòng)車尾氣排放污染物的限制將更加嚴(yán)格。因此，本課題是在《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》和《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》和國(guó)家環(huán)?？偩謱?duì)機(jī)動(dòng)車排放染物排放限值的要求下，設(shè)計(jì)能應(yīng)用于尾氣成分檢測(cè)的尾氣分析系統(tǒng)。1.2研究目的意義和應(yīng)用前景尾氣分析儀以往主要由一些檢測(cè)站和國(guó)家環(huán)保部門購(gòu)買，是一種“罰款工具”。一般維修企業(yè)很少置備。但新的汽車維修業(yè)開業(yè)條件將尾氣分析儀作為一種“維修工具”。以往購(gòu)買尾氣分析儀所需要的款項(xiàng)一般由管理部門承擔(dān)，由于通過檢測(cè)具有快速盈利的可能，因此對(duì)尾氣分析儀的價(jià)格不是十分敏感。但是對(duì)于汽車維修企業(yè)，大量企業(yè)是民營(yíng)性質(zhì)，企業(yè)規(guī)模不大，在我國(guó)維修技術(shù)還不發(fā)達(dá)的情況下，維修人員素質(zhì)還遠(yuǎn)沒有達(dá)到把尾氣分析結(jié)果作為維修依據(jù)的程度，相反尾氣檢測(cè)可能會(huì)為其帶來有關(guān)維修質(zhì)量的糾紛。所以對(duì)于維修企業(yè)來講，尾氣分析儀的購(gòu)置還不是一種自愿的需求。尾氣分析儀的高價(jià)格使它很難在我國(guó)維修企業(yè)中得到推廣。我國(guó)目前尾氣分析儀生產(chǎn)廠家有10余家，大都采用進(jìn)口核心光學(xué)平臺(tái)(NDIR三氣傳感器)組裝。國(guó)際上主要的平臺(tái)供應(yīng)商有Andros，Horiba，CityTech等。雖然我國(guó)也有企業(yè)曾經(jīng)開發(fā)過尾氣光學(xué)平臺(tái)，由于我國(guó)的紅外氣體分析技術(shù)主要靠80年代與國(guó)外的合資引進(jìn)，進(jìn)入90年代后，特別是隨著IT技術(shù)的發(fā)展，國(guó)際上紅外汽體分析技術(shù)得到了快速的發(fā)展，價(jià)格也直線下降，國(guó)內(nèi)以往的技術(shù)在產(chǎn)品性能和生產(chǎn)成本上都不具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品宣傳中的“采用進(jìn)口先進(jìn)光學(xué)平臺(tái)”優(yōu)勢(shì)實(shí)際上也是企業(yè)不得己的選擇。采用進(jìn)口光學(xué)平臺(tái)不僅大大增加了儀器的整體成本，同時(shí)在維修上也造成困難。因此尾氣檢測(cè)核心光學(xué)平臺(tái)的國(guó)產(chǎn)化十分必要而核心光學(xué)平臺(tái)也正是本課題研究的重點(diǎn)內(nèi)容[1]。1.3研究的主要內(nèi)容（1）總體方案設(shè)計(jì)。包括車輛排放智能檢測(cè)儀的基本原理及基本組成。（2）取樣裝置設(shè)計(jì)。包括取樣裝置的設(shè)計(jì)思路及其主要部件的選擇與設(shè)計(jì)。（3）氣體檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)。包括氣體檢測(cè)裝置的基本組成，各傳感器的選擇與確定。（4）其他部件的選擇與設(shè)計(jì)。包括微型打印機(jī)、液晶顯示屏、油溫及轉(zhuǎn)速傳感器、風(fēng)扇、電源開關(guān)的選擇。（5）處理控制裝置設(shè)計(jì)。包括單片機(jī)的確定以及控制系統(tǒng)相關(guān)電路的設(shè)計(jì)。（6）機(jī)械部分設(shè)計(jì)。包括總體布置、總體概述、實(shí)現(xiàn)功能及主要規(guī)格和技術(shù)要求。第2章總體方案設(shè)計(jì)2.1車輛排放智能檢測(cè)儀基本原理汽車尾氣分析儀對(duì)機(jī)動(dòng)車排放廢氣中的CO、HC、CO2、O2及NOX的濃度進(jìn)行檢測(cè)。

（1）CO2高是油路方面的問題；

（2）HC高是點(diǎn)火方面的問題，比如是點(diǎn)火正時(shí)不對(duì)；

（3）NOx高是發(fā)動(dòng)機(jī)方面的問題，意圖降低NOx的指標(biāo)，從原理上來講，只要發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度低于270℃，就可以有效降低50%，要想降低發(fā)動(dòng)機(jī)溫度辦法有很多，比如廢氣回收、加CO2等等；

（4）CO高是燃燒方面的問題，想要降低CO，辦法只有一種，提高車輛密封性，保持良好的工作狀態(tài)，使其燃燒完全，電噴+三元催化應(yīng)該可以有效降低CO的排放。

汽車尾氣分析儀還具有壓力和溫度自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)凋零、數(shù)字顯示、數(shù)字通信等先進(jìn)功能。2.2車輛排放智能檢測(cè)儀基本組成2.2.1取樣裝置廢氣取樣裝置由取樣探頭、濾清器、導(dǎo)管、水分離器和泵組成。在汽車的排氣管里采集廢氣，再用濾清器和水分離器把廢氣中的碳渣、灰塵和水分除掉，是把廢氣送入分析裝置。取樣頭具有耐熱性并能防止導(dǎo)管吸附HC氣體，它是用特殊材料制成[2]。2.2.2氣體檢測(cè)裝置氣體檢測(cè)裝置由對(duì)應(yīng)著各種氣體成分的傳感器組成，其中有紅外氣體分析裝置，氧傳感器，氮氧化物傳感器。它們要能檢測(cè)出CO2，CO，HC，NO，O2氣體的濃度[3]。紅外氣體分析裝置用來探測(cè)尾氣中的HC，CO，CO2的濃度。很多材料能吸收紅外輻射（由于分子內(nèi)振動(dòng)）。對(duì)任何一種材料，它的吸收能力隨波長(zhǎng)（它的吸收光譜）變化而變化不同材料有不同的吸收光譜。從而檢測(cè)不同成分的含量。目前使用的氧傳感器有二氧化鋯(ZrO2)型氧傳感器和二氧化鈦(TiO2)型氧傳感器兩種。目前應(yīng)用最多的是氧化鋯氧傳感器。氧化鋯是具有傳導(dǎo)氧離子能力的固體電解質(zhì)，它能在氧分子濃度差的作用下產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。在傳感器殼體內(nèi)有一個(gè)由氧化鋯陶瓷體制成的一端封閉的鋯管，鋯管的內(nèi)外表面均覆蓋一層多孔性薄鉑導(dǎo)電層作為電極。鋯管的內(nèi)電極與大氣相通，外電極與排氣接觸。一氧化氮電化學(xué)傳感器是利用一氧化氮分子在傳感器的敏感電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生電學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變產(chǎn)生電流。2.2.3處理控制裝置處理控制裝置主要包括分析信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理及控制、數(shù)據(jù)顯示輸出三部分.主要進(jìn)行：（1）信號(hào)處理（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（3）結(jié)果顯示與輸出。單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的“大腦”，是智能檢測(cè)儀中最重要的部分。通過它才能對(duì)氣體成分信號(hào)進(jìn)行處理，對(duì)比，記錄，管理，歷史記錄查詢等功能，也是通過它實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。系統(tǒng)菜單操作界面和結(jié)果顯示采用液晶LCD顯示,同時(shí)編制了打印報(bào)告,可由標(biāo)準(zhǔn)打印機(jī)打印輸出或直接通過RS232串行接口與計(jì)算機(jī)連接作數(shù)據(jù)備份[4]。2.3本章小結(jié)本章主要講述了車輛排放智能檢測(cè)儀的的基本原理，確定了其基本組成，介紹了取樣裝置的基本組成，取樣裝置的原理，確定了氣體檢測(cè)裝置的組成以及原理，確定了處理控制裝置的基本組成以及原理。第3章取樣裝置設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)思路一個(gè)取樣系統(tǒng)是一些元件或設(shè)備的集合。它可完成從工藝過程取出足夠有代表性的樣品的功能。處理好的樣品直接進(jìn)入在線分析儀，通過分析器后排出去。足夠有代表性是說一部分樣品、塵、微粒和其它一些物質(zhì)將被排空與去掉，而不會(huì)影響分析儀測(cè)量結(jié)果的有效性。取樣系統(tǒng)通常也包括校驗(yàn)和證實(shí)分析儀的標(biāo)準(zhǔn)樣品的引入接口。取樣系統(tǒng)由一個(gè)取樣點(diǎn)和探頭、導(dǎo)管或傳送管線、過濾器、閥件或其它組件組成[5]。通過探頭采集尾氣。探頭插入排氣管，尾部通過取樣軟管與粗過濾器的入口相連，然后將短導(dǎo)管一端與粗過濾器的出口相連，另一端與儀器的樣氣入口連接。在儀器的內(nèi)部選擇水分離器與粉塵過濾器，對(duì)采集來的尾氣進(jìn)行干燥過濾，然后送到尾氣檢測(cè)部分[6]。3.2主要部件選擇與設(shè)計(jì)3.2.1取樣探頭以及粗過濾器根據(jù)GB3847－2005和DB11/121－2003.設(shè)計(jì)取樣探頭長(zhǎng)度為400mm，取樣探頭直徑8mm，采用Q235號(hào)鋼。取樣探頭以及粗過濾器，如圖3.1。粗過濾器作用是將尾氣中比較大的固體顆粒先過濾出去，進(jìn)行尾氣處理的第一步：粗過濾。我所選用的是型號(hào)為HF109003過濾器。技術(shù)指標(biāo)：1.過濾器流量：17m3/min,流阻300Pa；2.抗水性能流阻特性：過濾器在過濾層全部淋濕的情況下流阻僅增加23.7P，干空氣繼續(xù)被過濾。在過濾層淋濕消失后流阻恢復(fù)原來狀態(tài)；3.過濾器的過濾性能：流過過濾器的空氣含塵量≤0.6mg/m3，流過過濾器的粉塵固體顆粒粒徑≤5μm，過濾效率≥99.9%；4.使用壽命>8000小時(shí)。3.2.2水分離器水分離器的作用是過濾掉尾氣中的水分，達(dá)到干燥的目的。我選用的型號(hào)為WF-2水分離器，外殼材料為鋁合金，如圖3.2。3.2.3粉塵過濾器粉塵過濾器的作用是過濾掉尾氣中所懸浮的固體小顆粒，因?yàn)檫@些小顆粒傳感器的影響特別大，容易引起傳感器失效。我所選用的是HPΦ100×15型號(hào)的粉塵過濾器，它采用了玻纖濾紙，能很好的過濾尾氣中的固體雜質(zhì)，起到凈化的作用。圖3.1取樣探頭以及粗過濾器圖3.2WF-2型號(hào)水分離器實(shí)物圖技術(shù)指標(biāo)：公稱流量（立方米/秒）：2.4；材質(zhì)：鋁合金。3.2.4取樣泵取樣泵用來吸取尾氣，然后送入到傳感器。真正意義上的微型真空泵（如VM系列、PK系列、PC系列等）是可以長(zhǎng)時(shí)間對(duì)密閉容器抽真空的泵，它可以帶動(dòng)較大的負(fù)載。而氣體取樣泵（如PM系列、PS系列等）工作時(shí)泵腔內(nèi)外的壓差較小，所以它帶的負(fù)載是很小的。就是因?yàn)閷?duì)帶載能力的要求不同，造成微型真空泵與氣體采樣泵所選用的零配件有很大的差別。微型真空泵對(duì)隔膜和電機(jī)都有很高的要求。對(duì)這兩個(gè)主要零件而言，疲勞強(qiáng)度、可靠性、壽命等技術(shù)指標(biāo)都是要求在帶負(fù)載的條件下達(dá)標(biāo)，而不同于氣體采樣泵只要求在極輕載荷下達(dá)標(biāo)（試驗(yàn)證明負(fù)載稍大氣體采樣泵就容易損壞）。因此，兩種微型泵的成本差別很大。綜上所述，如果把微型真空泵用于氣體采樣，勢(shì)必得到很高的可靠性、更長(zhǎng)的壽命，但成本偏高；如果把氣體采樣泵用在負(fù)載稍大的場(chǎng)合，可靠性、壽命就大打折扣，甚至無法正常工作，雖然它在成本上有較大優(yōu)勢(shì)。由于本課題需要的負(fù)荷較小，所以選擇氣體取樣泵PM950.2型，如圖3.3。圖3.3PM950.2型號(hào)取樣泵特點(diǎn)：1.小流量、低真空；微型采樣泵里壽命最長(zhǎng)；2.無污染傳輸，免維護(hù)；可24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；3.可以任意方向安裝；4.允許介質(zhì)富含水汽；5.低能耗；6.廣泛用于便攜儀器氣體采樣，取樣，氣體循環(huán)，移動(dòng)、手持設(shè)備等氣體取樣。技術(shù)指標(biāo)：型號(hào)：PM950.2；電壓（V）：5；負(fù)載電流（A）：<0.5；抽氣速率（L/min）：0.2；真空度（kPa）：95；重量（g）：90；體積(mm)：64×32×51。3.3本章小結(jié)本章主要講述了取樣裝置的設(shè)計(jì)思路，主要內(nèi)容是取樣裝置的主要部件選擇與設(shè)計(jì)。包括取樣探頭的設(shè)計(jì)，粗濾器的選擇，水分離器型號(hào)的選擇，粉塵過濾器的幸好選擇我，取樣泵的型號(hào)選擇。第4章氣體檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)4.1氣體檢測(cè)裝置基本組成本儀器采用非擴(kuò)散紅外線分析法（NDIR法）測(cè)量CO，CO2和HC，采用電化學(xué)方法測(cè)量NO，O2。所對(duì)應(yīng)傳感器分別是LN-HW-OEM型號(hào)的電調(diào)制紅外氣體傳感器（用來測(cè)量CO，CO2，HC）；NO-A1型號(hào)NO傳感器；KE-25型號(hào)氧傳感器。除了上述5種氣體外，儀器本身要有能夠測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及油溫的功能，采用外置轉(zhuǎn)速傳感器（RP660C1-16-S）和油溫傳感器（XS16）[7]。4.2紅外氣體傳感器4.2.1紅外氣體傳感器類型的確定國(guó)內(nèi)氣體分析儀的主要廠家大都采用國(guó)際上八十年代初的紅外氣體分析方法，如采用鎳锘絲作為紅外光源、采用電機(jī)機(jī)械調(diào)制紅外光、采用薄膜電容微音器或InSb等作為傳感器等[8]。由于采用電機(jī)機(jī)械調(diào)制，儀器功耗大，且穩(wěn)定性差，儀器造價(jià)也很高。同時(shí)采用薄膜電容微音器作為傳感使得儀器對(duì)震動(dòng)十分敏感，因此不適合便攜測(cè)量。隨著紅外光源、傳感器及電子技術(shù)的發(fā)展，NDIR紅外氣體傳感器在國(guó)外得到了迅速的發(fā)展。主要表現(xiàn)在無機(jī)械調(diào)制裝置，采用新型紅外傳感器及電調(diào)制光源，在儀器電路上采用了低功耗嵌入式系統(tǒng)，使得儀器在體積、功耗、性能、價(jià)格上具有以往儀器無法比擬的優(yōu)勢(shì)。所以本設(shè)計(jì)采用LN-HW-OEM紅外氣體傳感器[9]。4.2.2紅外氣體分析的基本原理很多材料能吸收紅外輻射（由于分子內(nèi)振動(dòng)）對(duì)任何一種材料，它的吸收能力隨波長(zhǎng)（它的吸收光譜）變化而變化不同材料有不同的吸收光譜，檢測(cè)分析出汽車尾氣的成分和含量。紅外氣體分析裝置原理如圖4.1，從光源發(fā)出的紅外輻射分成兩束，被反射鏡反射后分別通過樣品室和參比室，再經(jīng)過反射鏡系統(tǒng)投射到紅外探測(cè)器上。CO和HC化合物的特征吸收峰值波長(zhǎng)分別選用4.7um和3.4um，探測(cè)器前面的濾光片只讓特定的中心波長(zhǎng)窄波波段通過。如果參比室沒有檢測(cè)氣體，調(diào)節(jié)儀器使兩束輻射完全相等，探測(cè)器所接受的是通量恒定不變的輻射，探測(cè)器就只有直流響應(yīng)。當(dāng)樣品室和標(biāo)準(zhǔn)室的氣體濃度存在差異時(shí)，探測(cè)器所接受的是突變輻射，放大器的輸出信號(hào)不為零。經(jīng)過適當(dāng)?shù)亩?biāo)，就可以從輸出信號(hào)來推測(cè)氣體的含量[10]。圖4.1紅外氣體分析原理圖以CO為例，CO的特征吸收峰值波長(zhǎng)選用4.7um，使含有CO的大氣連續(xù)流過樣品室，參比室里充滿沒有CO的大氣。從光源發(fā)出的紅外輻射分成兩束，被反射鏡反射后分別通過樣品室和參比室，再經(jīng)過反射鏡系統(tǒng)投射到紅外探測(cè)器上。探測(cè)器的前面是一塊濾光片，只讓中心波長(zhǎng)為4.7um的一個(gè)窄波波段的紅外輻射通過。因此探測(cè)器所測(cè)量的僅是4.7um這個(gè)窄波波段的輻射通量。如果參比室沒有CO，調(diào)節(jié)儀器使兩束輻射完全相等，探測(cè)器所接受到的就是通量恒定不變的輻射，探測(cè)器就只有直流響應(yīng)。如果進(jìn)入樣品室的氣體中含有CO氣體，對(duì)4.7um的輻射就有吸收，那么兩束輻射的通量就不相等，探測(cè)器所接受到的就是突變輻射，這時(shí)放大器的輸出信號(hào)就不再為零。經(jīng)過適當(dāng)?shù)亩?biāo)，就可以從輸出信號(hào)來推測(cè)CO的含量，因而這種氣體分析儀能很方便的給出某一種氣體的含量及其變化。HC化合物的特征峰值波長(zhǎng)為3.2um～3.7um，CO2的特征峰值波長(zhǎng)為4.35um，用同樣方法也可以用于探測(cè)HC化合物及CO2的含量[11]。4.2.3電調(diào)制紅外氣體傳感器紅外氣體傳感器都有基本的組成部分：一個(gè)紅外源（即白熾燈），探頭（如熱電池，煙火探頭），選擇適當(dāng)波長(zhǎng)的方法（如光帶通過干擾過濾器）和樣本元件。輻射從輻射源通過樣本元件和波長(zhǎng)選擇器。波長(zhǎng)選擇對(duì)傳感器的相對(duì)選擇性有相當(dāng)大的影響。未被樣本吸收的輻射被探頭測(cè)出，對(duì)樣本中目標(biāo)氣體的濃度值提供測(cè)量的結(jié)果。樣本中的另一個(gè)探頭（或渠道）被設(shè)置成另一種波長(zhǎng)，不會(huì)被樣本中任何可能出現(xiàn)的波長(zhǎng)稀釋，這通常被用來提供參考測(cè)量值。紅外傳感器能在紅外源和探頭之間，為目標(biāo)氣體分子的測(cè)量提供有效的測(cè)量值。因而，輸出信號(hào)不僅隨氣體濃度變化，而且受氣壓影響也會(huì)變化，即他們是部份壓力設(shè)備。為保證測(cè)量的高精確性，必需提供氣壓補(bǔ)償。這就說明了具有更長(zhǎng)的光學(xué)路徑的傳感器（輻射距離從輻射源到探頭）有更高的靈敏性，需要更低的力學(xué)范圍但增加的決議。如果目標(biāo)氣體是一種氣體，固定光路設(shè)備又處于在恒定氣壓下，則輸出信號(hào)（及信號(hào)/聲音比率）會(huì)隨著氣體濃度增加成類似于指數(shù)衰變的趨勢(shì)，即紅外傳感器是固定地非線性傳感器。測(cè)量的準(zhǔn)確性隨著氣體濃度的增加降低。上述對(duì)個(gè)組件的說明是非常典型的紅外傳感器，但在任何一個(gè)實(shí)用系統(tǒng)中都需要有支持電子。更常用的探測(cè)技術(shù)是使用放大設(shè)備來放大探頭輸出的極小的模擬信號(hào)，被放大的輸出信號(hào)在被模擬過濾后能提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，紅外源還需要有一條電路，它通常通過波動(dòng)來調(diào)節(jié)紅外源的輸出（可能以前的設(shè)計(jì)是使用固定照明和機(jī)械錘）[12]。這使得射線散發(fā)強(qiáng)度呈周期性變化，并使得同步監(jiān)測(cè)技術(shù)的使用成為可能。為進(jìn)行溫度和氣壓補(bǔ)償，通常會(huì)在一臺(tái)微處理器里使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這首先要求將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)會(huì)以某種形式傳送給用戶[13]。電調(diào)制傳感器通過采用電調(diào)制紅外光源,節(jié)省了傳統(tǒng)方法中的機(jī)械調(diào)制部件;同時(shí)采用高精度干涉濾光片一體化熱釋電紅外傳感器及單光束雙波長(zhǎng)技術(shù),配合易拆卸的鍍金氣室及ADuC812數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)CO2、CO、CH等氣體的實(shí)時(shí)測(cè)量。LN-HW-OEM型點(diǎn)調(diào)制紅外傳感器如圖4.2。圖4.2LN-HW-OEM型號(hào)傳感器實(shí)物圖技術(shù)指標(biāo)：量程CO2：25%；HC：1%；CO：20%；精度：2%FS；穩(wěn)定性：1%FS；工作溫度：0～50℃;工作濕度：0～95%RH；輸出模擬：0～5Vdc線性。4.3氮氧化物傳感器4.3.1氮氧化物傳感器類型的確定主要測(cè)量方法有壓電石英晶體NO傳感器，通過在石英諧振器的兩面金電極上修飾對(duì)NO待測(cè)組分有較強(qiáng)吸附富集作用的功能層，當(dāng)待測(cè)NO與功能層接觸時(shí)發(fā)生吸附，引起石英諧振器表面質(zhì)量負(fù)載的增加，從而使壓電傳感器的振蕩頻率下降，頻率的漂移量與表面負(fù)載量有公式，從而可推測(cè)氣體的濃度。半導(dǎo)體NO傳感器，WO3對(duì)NO有很好的敏感性，但是WO3制備方式和敏感膜的制作技術(shù)影響傳感器的氣敏性能。在WO3中摻雜SiO2（含w%）1%～5%，而且敏感膜顆粒為納米級(jí)時(shí)氣敏特性最好。采用濺射工藝的In2O3、ZnO作下電極，真空蒸發(fā)CuPc薄膜作為敏感功能層，上電極為AL叉指電極[14]。NO電化學(xué)傳感器，固體電解質(zhì)有采用NASICON超離子導(dǎo)體與亞硝酸鈉作為敏感膜檢測(cè)NO，具有很好的選擇性、響應(yīng)性；基于穩(wěn)定氧化鋯制備的NO固體電解質(zhì)傳感器則具有良好的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性；現(xiàn)在研究較多的是現(xiàn)研究最多的是用Nafion膜作為固體聚合物電解質(zhì)。所以我選擇NO電化學(xué)傳感器。4.3.2固體聚合物電解質(zhì)NO電化學(xué)傳感器氮氧化物主要指一氧化氮NO和二氧化氮NO2，有排氣管排出。試驗(yàn)證明，供給略稀的混合氣會(huì)增大NOX的排放量。汽油機(jī)排出的氮氧化物中。NO占99%，所以選擇固體聚合物電解質(zhì)NO電化學(xué)傳感器。NO-A1傳感器如圖4.3。圖4.3NO-A1型號(hào)傳感器實(shí)物圖技術(shù)指標(biāo)：輸出：75nA/ppm；分辨率：0.5ppm；響應(yīng)時(shí)間：<20s；一氧化氮濃度檢測(cè)范圍：5000ppm；過載：250ppm；尺寸：Φ20.2×16.5；兩年壽命。4.4氧傳感器4.4.1氧傳感器類型的確定目前使用的氧傳感器有二氧化鋯(ZrO2)型氧傳感器和二氧化鈦(TiO2)型氧傳感器兩種。目前應(yīng)用最多的是氧化鋯氧傳感器。氧化鋯是具有傳導(dǎo)氧離子能力的固體電解質(zhì)，它能在氧分子濃度差的作用下產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。在傳感器殼體內(nèi)有一個(gè)由氧化鋯陶瓷體制成的一端封閉的鋯管，鋯管的內(nèi)外表面均覆蓋一層多孔性薄鉑導(dǎo)電層作為電極。鋯管的內(nèi)電極與大氣相通，外電極與排氣接觸[15]。ZrO2氧傳感器分為極限型和濃差電池型。極限性的特點(diǎn)是不易受二氧化碳的影響，不需要參比空氣，可燃性氣體影響小。濃差型的特點(diǎn)是大型，消耗電力大，需要基準(zhǔn)空氣，受可燃?xì)怏w影響大。綜上所述，在此設(shè)計(jì)中采用極限型ZrO2氧傳感器。4.4.2極限型氧傳感器極限型ZrO2氧傳感器是近年來研究開發(fā)很活躍的一種新型氧傳感器。用在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制的稀薄燃燒系統(tǒng)中的ZrO2：極限式氧傳感器已見報(bào)道。它的結(jié)構(gòu)和ZrO2濃差式氧傳感器的結(jié)構(gòu)相似。其差異處為：用一帶孔的陶瓷帽(或擴(kuò)散層)罩住泵電池的陰極，氣體要通過小孔從環(huán)境中擴(kuò)散到陰極，由于空隙足夠小，氧氣在孔中的擴(kuò)散成為極限電流的控制步驟。這種傳感器是在ZrO2固體電解質(zhì)施加適當(dāng)電壓時(shí)，與待測(cè)氣體有小孔相連的小室內(nèi)氧形成氧離子被抽到另一側(cè)，這時(shí)在電極電路中有電流通過。增大電壓，流經(jīng)回路的電流隨之增大，待電壓超過某一數(shù)值時(shí)，電流不再增大而達(dá)到極限值，該極限電流的大小與繼續(xù)增加的電壓無關(guān)，而與被測(cè)環(huán)境中氧分壓成正比并且該極限電流值I完全取決于氧向小室擴(kuò)散的速率。I=(4FSD/RTL)ln(1-Po)式中：F為法拉第常數(shù)，R為氣體常數(shù)，D為氧在混合氣體中的擴(kuò)散系數(shù)，Po為混合氣體中的氧分壓，T為絕對(duì)溫度（K），S為擴(kuò)散小孔的截面積，L為擴(kuò)散小孔的長(zhǎng)度。式中可看出極限電流值的大小很好地反映氧分壓的大小。KE-25氧傳感器如圖4.4。圖4.4KE-25型號(hào)傳感器實(shí)物圖特性：長(zhǎng)壽命5年；不受CO2,CO,H2S,NOx,H2影響；低成本；在常溫下工作；信號(hào)輸出定；無需外部電源；不需加熱。

性能：型號(hào)KE-25；測(cè)量范圍0~100%；精度±1%(全量程)；工作溫度5℃~40℃；儲(chǔ)存溫度-20℃~60℃；響應(yīng)時(shí)間14±2秒；初始輸出10.0~15.5mv；

期望壽命5年。4.5本章小結(jié)本章主要內(nèi)容是確定氣體檢測(cè)裝置的基本組成，介紹了紅外氣體傳感器的基本原理，進(jìn)行了紅外氣體傳感器類型的確定，以及型號(hào)的確定。進(jìn)行了氮氧化物傳感器類型以及型號(hào)的確定。對(duì)氧傳感器的類型以及型號(hào)進(jìn)行了確定。第5章其它部件的選擇與設(shè)計(jì)5.1微型打印機(jī)微型打印機(jī)是尾氣分析儀器的附屬設(shè)備，它直接安裝在儀器上，用來打印檢測(cè)到的數(shù)據(jù)。我選用的是GP-16型號(hào)的打印機(jī)，與其它微型打印機(jī)相比，該打印機(jī)具有打印速度快，每行打印字?jǐn)?shù)較多，每行點(diǎn)陣數(shù)較多，打印效果好等優(yōu)點(diǎn)。并且，該微型打印機(jī)尺寸符合本儀器的要求，適用于本儀器，如圖5.1。圖5.1GP-16型號(hào)嵌入式打印機(jī)實(shí)物圖主要參數(shù)打印方式：梭式點(diǎn)陣；打印機(jī)最高打印速度1.0line/sec.(at4.5VDC)；打印寬度44.5±0.5mm；打印方向單向邏輯選距；紙張種類單頁紙,票據(jù)等；紙張厚度0.07mm；復(fù)印能力無；色帶類型ERC-05；供紙方式自動(dòng)；電源電壓；3.8~5.0V；存儲(chǔ)濕度10~90%；重量0.06Kg；長(zhǎng)度42.6mm；寬度73.2mm；高度12.8。5.2液晶顯示屏液晶顯示屏是整個(gè)儀器中不可缺少的部分，其作用為顯示數(shù)據(jù)與操作系統(tǒng)，人機(jī)對(duì)話的媒體，如圖5.2。圖5.2NS320240A型號(hào)液晶顯示屏型號(hào)：NS320240A；點(diǎn)陣數(shù)：320×240；點(diǎn)大?。?.33×0.33；尺寸：167.0×109.0×11.0（mm）；類型：STN單色；控制器：內(nèi)置HG16501NG。5.3油溫以及轉(zhuǎn)速傳感器油溫和轉(zhuǎn)速傳感器用來測(cè)試檢測(cè)時(shí)的工作油溫及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。我所設(shè)計(jì)的檢測(cè)儀上有油溫和轉(zhuǎn)速的信號(hào)輸入接口，把傳感器檢測(cè)到的信號(hào)直接送入單片機(jī)。采用的轉(zhuǎn)速傳感器的型號(hào)為RP660C1-16-S，油溫傳感器的型號(hào)為XS16，如圖5.3。圖5.3轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)物圖5.4風(fēng)扇根據(jù)本儀器的散熱需求和儀器內(nèi)部尺寸要求，選擇9225圓框散熱風(fēng)扇，如圖5.4。圖5.4散熱風(fēng)扇實(shí)物圖風(fēng)扇尺寸：95×95×25mm；風(fēng)扇轉(zhuǎn)速：1800~6000RPM；額定電壓：12V；風(fēng)量：49.65CFM；軸承：超合金軸承；噪音：19dB(A)；功能：3PIN，方波輸出；壽命：40000h。5.5電源開關(guān)本儀器需要用電的設(shè)備輸入電壓較小，根據(jù)儀器內(nèi)部用電設(shè)備的用電需要，本設(shè)計(jì)中的開關(guān)電源選擇MW15型號(hào)。其參數(shù)如下：輸入電壓：220V；電壓變動(dòng)范圍：184V～264V；輸入頻率：50Hz；頻率變動(dòng)范圍：47Hz～63Hz;輸入電流：0.25A；沖擊電流：30Amax；效率：65%;漏電流：0.5mAMax；輸出電壓規(guī)格：±5、±12、±15；電壓可變范圍：固定；輸出電流：2A，0.5A，0.3A，0.2A；過電保護(hù)：在額定輸出電流的105%以上;工作溫度:0℃～+60℃;非工作溫度：-20℃～+75℃；沖擊：20G；耐壓：2.5Kv；阻抗：10MΩ以上；外型尺寸：50mm×100mm×50mm；質(zhì)量：82g；可靠性：105000h;用途：一般用于信息、通信、計(jì)測(cè)控制等產(chǎn)業(yè)電子設(shè)備。與其它開關(guān)電源相比，該開關(guān)電源輸出電壓規(guī)格較多，能滿足本儀器的用電需要，同時(shí)性能比較優(yōu)越，尺寸較合適。5.6本章小結(jié)本章主要對(duì)車輛排放智能檢測(cè)儀的其他部件進(jìn)行選擇與設(shè)計(jì)，具體進(jìn)行了微型打印機(jī)的型號(hào)選擇，液晶顯示屏的選擇與確定，油溫機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的選擇與確定，風(fēng)扇的選擇與確定，電源開關(guān)的選擇與確定。第6章處理控制裝置設(shè)計(jì)6.1單片機(jī)單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的“大腦”，是智能檢測(cè)儀中最重要的部分。通過它才能對(duì)氣體成分信號(hào)進(jìn)行處理，對(duì)比，記錄，管理，歷史記錄查詢等功能，也是通過它實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片微機(jī)或者單片機(jī)。它是在將中央處理器（CPU）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM或EPROM）、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和一些輸入輸出接口等微型計(jì)算機(jī)的部件都集成在一個(gè)芯片上的微型控制器。6.2單片機(jī)的確定Intel公司在1980年推出的51系列單片機(jī)是美國(guó)高性能8位單片微型計(jì)算機(jī)，包括51和52兩個(gè)子系列。在51子系列中，主要有8031，8051，8751三種機(jī)型，它們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全兼容，僅片內(nèi)ROM有所不同。我采用其中的8051單片機(jī)。1、8051基本特征：（1）8位CPU和指令系統(tǒng)；（2）128B的片內(nèi)RAM；（3）21個(gè)字節(jié)專用存儲(chǔ)器；（4）32線并行I/O接口；（5）2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（6）1個(gè)全雙工串行口；（7）5個(gè)中斷源，可編程為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)；（8）4KB的片內(nèi)ROM；（9）1個(gè)片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器和時(shí)鐘電路；（10）片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址范圍為64K字節(jié)。2、內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖6.1，它含運(yùn)算器，控制器，片外存儲(chǔ)器，4個(gè)I/O接口，串行接口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)，振蕩器等功能部件。圖中SP是堆棧指針寄存器，棧區(qū)占用了片內(nèi)RAM的部分單元；未見通過寄存器（工作寄存器），因單片機(jī)片內(nèi)有存儲(chǔ)器，與訪問工作存儲(chǔ)器一樣方便，所以就把一定數(shù)量的片內(nèi)RAM字節(jié)劃作寄存器區(qū)；PSW是程序狀態(tài)字存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱程序狀態(tài)字，相當(dāng)于其他計(jì)算機(jī)的標(biāo)志寄存器；DPTR是數(shù)據(jù)指針寄存器，在訪問片外ROM，片外RAM，甚至擴(kuò)展I/O接口時(shí)特別有用；B寄存器又稱乘法寄存器，它與累加器A協(xié)同工作，可進(jìn)行乘法操作和除法操作。圖6.1結(jié)構(gòu)框圖3、8051外部引腳說明MCS-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明：（1）主電源引腳Vcc：接+5電源正端；Vss：接+5電源地端。（2）外接晶體引腳XTAL1：片內(nèi)反相放大器輸入端；XTAL2：片內(nèi)反相放大器輸出端。外接晶體時(shí)，XTAL1與XTAL2各接晶體的一端，借外接晶體與片內(nèi)反向放大器構(gòu)成振蕩器。（3）輸入/輸出引腳圖6.2芯片引腳圖如圖6.2，P0.0—P0.7：P0接口的8個(gè)引腳。在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O接口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向輸入/輸出接口。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口時(shí)，P0口分時(shí)復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。P1.0—P1.7：P1接口8個(gè)引腳?？勺鳛闇?zhǔn)雙向I/O接口使用。對(duì)于52子系列，P1.0與P1.1還有第二種功能：P1.0可用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的記數(shù)脈沖輸入端T2；P1.1可用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部控制端T2EX。P2.0—P2.7：P2口的8個(gè)引腳。一般可作為準(zhǔn)雙向I/O接口；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口且尋址范圍超過256個(gè)字節(jié)時(shí)，P2口用為高8位地址總線。P3.0—P3.7：P3口的8個(gè)引腳。除作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用外，還具有第二功能，見表6.1。表6.1引腳第二功能表引腳第二功能P3.0RED串行接口P3.1TXD串行輸出口P3.2INT0外部中斷0請(qǐng)求輸出口P3.3INT1外部中斷1請(qǐng)求輸出口P3.4T0定時(shí)器/記數(shù)器0記數(shù)脈沖輸入端P3.5T1定時(shí)器/記數(shù)器1記數(shù)脈沖輸入端P3.6WR片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端P3.7RD片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端（4）控制線ALE/PROG：地址鎖存有效信號(hào)輸出端。在訪問片外程序存儲(chǔ)器的期間，每機(jī)器周期該信號(hào)出現(xiàn)兩次，其下降沿用于控制鎖存P0口輸出的低8位地址。即使不在訪問片外程序存儲(chǔ)器的期間，該信號(hào)也以上述頻率（振蕩頻率的1/6）出現(xiàn)，因此可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘脈沖。但在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，ALE脈沖會(huì)跳空一個(gè)，作為時(shí)間輸出就不妥了。對(duì)于片內(nèi)含EEROM的機(jī)型，在編程期間，此引腳用作編程脈沖PROG的輸入端。PSEN：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信輸出端，或稱片外取信號(hào)輸出端。在向片外程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期該信號(hào)兩次有效（低電平），以通過數(shù)據(jù)總線P0口讀回指令或常數(shù)。在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)期間，PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。RST/V：RST寫全是RESET，是復(fù)位端。單片機(jī)的振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回到初始狀態(tài)。上電時(shí)，考慮到振蕩器有一定的起振時(shí)間，該引腳上高電平必須持續(xù)10ms以上才能保證有效復(fù)位。Vcc掉電期間，該引腳如接備用電源Vpd（+5V±0.5V），可用于保存片內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)。當(dāng)Vcc下降到某規(guī)定值以下，Vpd便向片內(nèi)RAM供電。EA/V：片外程序存儲(chǔ)器選用端。該引腳有效（低電平）時(shí)只選用片外程序存儲(chǔ)器，否則計(jì)算機(jī)上電或復(fù)位后先選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。對(duì)于片內(nèi)含EPROM的機(jī)型，在編程期間，此引腳用作21V編程電源的輸入端。綜上所述，對(duì)51系列單片機(jī)的引腳可歸納出下列兩點(diǎn)：（1）單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，致許多引腳都具有第二功能；（2）單片機(jī)對(duì)外呈三總線形式。由P2，P0組成16位地址總線；由P0分時(shí)復(fù)用為數(shù)據(jù)總線；由ALE，PSEN，RST，EA與P3口中的INTO，INT1，T0，T1，WR，RD共10個(gè)引腳組成控制總線，因?yàn)槭?6位地址線，使片外存儲(chǔ)器的尋址范圍達(dá)到64K字節(jié)。6.3控制系統(tǒng)相關(guān)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要包括氣體分析信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理及控制、數(shù)據(jù)顯示輸出三部分,其基本框圖如圖6.3所示。圖6.3控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖1、信號(hào)處理氧傳感器和氮氧化合物傳感器的輸出信號(hào)是0~100mv。需經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。再由A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能處理的數(shù)字信號(hào)[25]。2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)由于單片機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器的數(shù)量有限，難以滿足系統(tǒng)程序與數(shù)據(jù)的要求，因此系統(tǒng)擴(kuò)展了片外存儲(chǔ)器，包括一片32K的EPROM。3、結(jié)果顯示與輸出結(jié)果顯示采用液晶LCD顯示，可編制打印報(bào)告，由標(biāo)準(zhǔn)打印機(jī)打印輸出或直接通過RS232串行接口與計(jì)算機(jī)連接作數(shù)據(jù)備份。6.3.1放大電路O2傳感器的測(cè)量范圍為0~100%，傳感器輸出電壓范圍為10.0~15.5mv，對(duì)于信號(hào)的處理，這里采用了儀表放大器AD620進(jìn)行放大處理，進(jìn)行了200倍的信號(hào)放大。根據(jù)AD620放大原理K=1+50kΩ/Rg取Rg=251Ω。NO傳感器的輸出靈敏度為75nA/ppm，分辨率是0.5ppm。檢測(cè)范圍是5000ppm。該傳感器的輸出信號(hào)是電流信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過電流到電壓的轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行信號(hào)處理，電流轉(zhuǎn)換電壓電路取樣電阻取值不宜過大，否則影響精度，設(shè)計(jì)取樣電阻阻值R0=1Ω，然后通過AD620進(jìn)行了放大處理，放大10倍，取放大電阻RF=5.5kΩ。6.3.2A/D轉(zhuǎn)換電路信號(hào)需要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換才能輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理。因此在A/D轉(zhuǎn)換之前添加CD4051芯片對(duì)信號(hào)進(jìn)行選通，由單片機(jī)來控制信號(hào)輸入。A/D轉(zhuǎn)換芯片選用ADS8325，ADS8325是TI公司的一款高精度的逐步逼近式16位戶以A/D轉(zhuǎn)換芯片，內(nèi)部帶有采樣保持電路。它的特點(diǎn)是:（1）具有16位的轉(zhuǎn)換精度，無漏碼；（2）非常低的噪聲:3LSBp-p；（3）很好的線性:一般為土1.SLSB；（4）微小的工作功率:在100Hkz時(shí)4.smw，在10Hkz時(shí)lmw；圖6.4ADS8325芯片芯片管腳說明見表6.2。表6.2芯片管腳說明管腳符號(hào)說明1REF參考電壓輸入端2+IN正相模擬信號(hào)輸入端3-IN反相模擬信號(hào)輸入端4GND接地端5CS/SHDN低壓片選端，低電壓時(shí)選通，高電壓時(shí)為停止模式6Duot數(shù)字信號(hào)輸出端，以串行形式輸出出7DCLOCK串行信號(hào)轉(zhuǎn)換和輸出的時(shí)鐘同步信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)的頻率決定轉(zhuǎn)換速度8+VDD供電電源端參考電壓規(guī)定模擬信號(hào)輸入的范圍，ADS8325內(nèi)部不帶參考電壓，所以必須外接一個(gè)基準(zhǔn)電壓，范圍為+2.5V~+VDD。由于ADS8325沒有提供內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，所以必須接收外部時(shí)鐘信號(hào)，在本次設(shè)計(jì)中使用51單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)從DCLOCK端輸入，DCLOCK時(shí)鐘不僅提供串行移位時(shí)鐘，還提供采樣和轉(zhuǎn)換時(shí)鐘。信號(hào)選通及A/D轉(zhuǎn)換電路如6.5。圖6.5信號(hào)選通及A/D轉(zhuǎn)換電路6.3.3顯示電路顯示采用HG16501NG型芯片,利用液晶顯示時(shí),首先要設(shè)定液晶顯示屏面上的直角坐標(biāo)系原點(diǎn)、屏幕范圍、顯示模式和光標(biāo)狀態(tài),完成顯示的初始化。采用圖形方式時(shí)屏幕每8個(gè)象素對(duì)應(yīng)1個(gè)顯示緩沖區(qū)地址,顯示緩沖區(qū)地址每增加1,X軸增加8;Y軸上增加1,顯示緩沖地址就要增加16H,顯示時(shí)只需讀出相應(yīng)地址的顯示緩沖即可，如圖6.6。圖6.6顯示電路6.3.4輸出打印電路GP-16為智能微型打印機(jī)，內(nèi)部控制器由8051單片機(jī)組成，通過并行接口與之即進(jìn)行通信，接受命令和傳輸數(shù)據(jù)。主機(jī)通過接口電路實(shí)現(xiàn)對(duì)打印機(jī)動(dòng)作的控制，如圖6.7。80518051P0.0~P0.7P3.6P3.7P2.7P3.3GNDGp-16D0~D7WRRDCSBUSYGND圖6.7輸出打印電路6.3.5鍵盤電路本設(shè)計(jì)使用的4鍵非編碼鍵盤，電路如圖6.8。圖6.8鍵盤電路6.3.6RS-232接口電路RS-232C的機(jī)械接口一般有9針、15針和25針3種類型。目前在大多數(shù)場(chǎng)合下采用最多的是9針插頭和插座，并且往往只使用其中的3根引腳:發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)線TxD、接收數(shù)據(jù)信號(hào)線RxD和邏輯地GND，通訊雙方進(jìn)行交叉連接，即可進(jìn)行串行通信[26]。MAX232芯片是一種單電源供電的接口芯片，其內(nèi)部集成的泵電源電路，配合外接5個(gè)電容器，可以講單一的+5V電源轉(zhuǎn)換為符合RS-232C標(biāo)準(zhǔn)所需要的電源，并完成TLL正邏輯與RS-232C的負(fù)邏輯之間的轉(zhuǎn)換。每一片MAX232可完成兩路串行通信的電平轉(zhuǎn)換，其典型接口電路如圖6.9。圖6.9RS-232接口電路6.3.7看門狗電路使用IMP708芯片設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的硬件看門狗電路來控制單片機(jī)的復(fù)位。其電路如圖6.10。圖6.10看門狗電路6.3.8擴(kuò)展電路由于單片機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器的數(shù)量有限，難以滿足系統(tǒng)程序與數(shù)據(jù)的要求，因此系統(tǒng)擴(kuò)展了片外存儲(chǔ)器，包括一片32K的EPROM。27256是一種常見的EPROM芯片，它是紫外線電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器。本次使用一片EPROM27256和鎖存器74LS373構(gòu)成的存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路。6.4系統(tǒng)控制流程軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想。儀器的測(cè)量具有3種工作狀態(tài):通用測(cè)量、雙怠速測(cè)量、聯(lián)網(wǎng)測(cè)量[28]。通用測(cè)量狀態(tài)用于汽車維修的簡(jiǎn)易判斷和功能測(cè)試;雙怠速測(cè)量狀態(tài)是高、低怠速測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量模式;聯(lián)網(wǎng)測(cè)量狀態(tài)適合汽車檢測(cè)站由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制的場(chǎng)合使用,進(jìn)入聯(lián)網(wǎng)測(cè)量后,儀器的所有測(cè)量步驟均由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制如圖6.4。主界面打印測(cè)量結(jié)果測(cè)量值>規(guī)定值？怠速測(cè)量測(cè)量值>規(guī)定值？選擇車型、日期輸入車輛數(shù)據(jù)主界面打印測(cè)量結(jié)果測(cè)量值>規(guī)定值？怠速測(cè)量測(cè)量值>規(guī)定值？選擇車型、日期輸入車輛數(shù)據(jù)YN油溫測(cè)量油溫測(cè)量Y油溫>規(guī)定值？油溫>規(guī)定值？車輛調(diào)整N車輛調(diào)整N排放合格排放不合格排放合格排放不合格Y圖6.4主程序框圖6.5本章小結(jié)本章主要進(jìn)行了處理控制裝置的設(shè)計(jì)，對(duì)使用的單片機(jī)進(jìn)行了介紹，并進(jìn)行了單片機(jī)的確定。進(jìn)行了控制系統(tǒng)相關(guān)電路的設(shè)計(jì)，包括A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)，顯示電路的設(shè)計(jì)，輸出打印電路的設(shè)計(jì)，鍵盤電路的設(shè)計(jì)，RS-232接口電路的設(shè)計(jì)，看門狗電路的設(shè)計(jì)。并對(duì)系統(tǒng)控制流程進(jìn)行了設(shè)計(jì)。第7章機(jī)械部分設(shè)計(jì)7.1總體布置1、箱體設(shè)計(jì)箱體主體材料使用鋁鋅合金，總體外型尺寸258×197×294，底面厚度8mm,其余各面厚度5mm，前后左右各面與底面采用電弧焊焊接成型。上箱蓋采用M3螺絲連接固定。2、各部件的安裝定位電源、風(fēng)扇、細(xì)濾器、水分離器、電磁閥、氣泵、氣室、紅外氣體傳感器、打印機(jī)、液晶顯示屏、按鍵、微處理器均采用M3螺釘進(jìn)行固定，其具體布置位置詳見裝配示意圖。檢測(cè)儀內(nèi)氣體通道采用R3銅制管路導(dǎo)管與各部件連接用密封件密封并用管箍連接。氧傳感器和NO傳感器使用膠粘劑固定在氣室上。7.2總體概述采用大屏幕高亮度的液晶顯示，豐富的中文交互式菜單操作提示，直觀簡(jiǎn)便，通過菜單切換檢測(cè)的流程，使操作者無須記憶操作過程，實(shí)現(xiàn)操作的傻瓜化。提供面板按鍵和鍵盤輸入二種手動(dòng)控制方式，可輸入并打印車牌號(hào)等信息。氣路采用3級(jí)過濾方式，過濾器件更換方便。壓力和溫度自動(dòng)補(bǔ)償，消除了外界壓力變化的影響，具有極佳的溫度穩(wěn)定性。儀器接口簡(jiǎn)單方便，有形象生動(dòng)的圖形提示，可避免錯(cuò)誤連接。配備標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，可以與計(jì)算機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。內(nèi)置打印機(jī)，超靜音、快速打印當(dāng)前測(cè)量結(jié)果及儀器信息。具有日歷時(shí)鐘記憶功能，斷電后不影響時(shí)鐘的運(yùn)行，儀器可記錄車輛檢測(cè)的日期時(shí)間。提供先進(jìn)的在線可編程功能，通過RS232口即可方便升級(jí)運(yùn)行程序。自動(dòng)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比入值；自動(dòng)計(jì)算稀釋比，在有稀釋存在的情況下，能夠顯示CO的真實(shí)濃度，真實(shí)反映機(jī)動(dòng)車的排放狀況。具有強(qiáng)大的自診斷功能，保證儀器在的良好的狀況下工作。具備油溫檢測(cè)功能，讓操作者清楚了解到發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度。具有EOBD診斷功能，讓使用者清楚了解到汽車內(nèi)部工作的情況，為汽車的維修保養(yǎng)提供了極大的方便。具有多種可選擇的轉(zhuǎn)速測(cè)量方式。靈活的配置方式，可以單獨(dú)作為不透光煙度計(jì)或五氣、四氣、三氣、兩氣的尾氣分析儀來使用。7.3實(shí)現(xiàn)功能（1）指定工況測(cè)試功能:根據(jù)用戶需要，將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)置于用戶指定工況運(yùn)行，可測(cè)量此時(shí)的廢氣排放數(shù)據(jù)以參數(shù)、直方圖、曲線等形式進(jìn)行顯示、記錄。（2）雙怠速測(cè)試功能:根據(jù)雙怠速測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，并可自動(dòng)判斷測(cè)試結(jié)果是否達(dá)標(biāo)，測(cè)試過程提示清晰，步驟標(biāo)準(zhǔn)，操作準(zhǔn)確。（3）加速模擬工況測(cè)試功能:配合底盤測(cè)功機(jī)，根據(jù)加速模擬工況測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，并可自動(dòng)判斷測(cè)試結(jié)果是否達(dá)標(biāo)，測(cè)試過程提示清晰，步驟標(biāo)準(zhǔn)，操作準(zhǔn)確。（4）歷史記錄查詢功能:根據(jù)車號(hào)，可查詢所測(cè)汽車以往記錄修理過程中的多次廢氣測(cè)量結(jié)果，通過查詢功能進(jìn)行比較以指導(dǎo)維修作業(yè)。（5）故障診斷、分析和維修指導(dǎo)功能:通過對(duì)測(cè)量的廢氣參數(shù)變化情況的分析，幫助您判斷汽車排放超標(biāo)的原因，并提出修理建議，指導(dǎo)故障診斷和維修。（6）氣路泄漏自檢功能:將取樣探頭前端用阻塞帽阻塞，進(jìn)行“氣路泄漏自檢”操作，可檢測(cè)整個(gè)氣路有無泄露現(xiàn)象。（7）通過儀器后面板RS232端口與PC機(jī)通訊可更新程序軟件或傳送測(cè)試數(shù)據(jù)，用以綜合管理、診斷。（8）內(nèi)置點(diǎn)陣式打印機(jī)，可打印測(cè)試結(jié)果和歷史記錄。7.4主要技術(shù)參數(shù)（1）測(cè)量原理：不分光紅外吸收法（氧及氮氧化物分析采用電化學(xué)原理）（2）測(cè)量氣體：HC、CO、CO2、O2及NO（五氣）（3）測(cè)量范圍：HC （0～9999）ppmvolCO （0～9.99）%volCO2 （0～20.0）%volO2 （0～25.0）%volNO （0～5000）ppmvolλ 0.5～3.0油溫： （0～150）℃轉(zhuǎn)速： （250～9999）rpm（4）預(yù)熱時(shí)間：不大于5分鐘（5）量程漂移：HC ±12ppmvol/3hCO ±0.06%vol/3hCO2 ±0.5%vol/3hO2 ±0.5%vol/3h（6）分辨率：HC 1ppmvolCO 0.01%volCO2 0.1%volO2 0.1%volNO 1ppmvol油溫： 0.1℃轉(zhuǎn)速： 1rpm（7）重復(fù)性:HC 不大于1.5%CO 不大于1.5%CO2 不大于1.5%（8）輸出接口: RS-232C（9）響應(yīng)時(shí)間: HC、CO、CO2為10秒；O2、NO為15秒（10）工作環(huán)境溫度:（0～40）℃（11）工作相對(duì)濕度: 20%～85%（12）電源: 220V10%50Hz1%，10A（13）消耗功率: 約50W（14）重量: 9kg（15）體積: 258×197×2947.5本章小結(jié)本章主要進(jìn)行了車輛排放智能檢測(cè)儀的總體布置設(shè)計(jì)，對(duì)本次設(shè)計(jì)的儀器進(jìn)行了總體概述，介紹了本儀器能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，并參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儀器的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了確定。結(jié)論本文所設(shè)計(jì)的檢測(cè)儀器采用大屏幕、圖形式液晶顯示器，所有測(cè)量結(jié)果一目了然。內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，通過RS232接口將數(shù)據(jù)下載PC機(jī)。打印機(jī)隨時(shí)打印、記錄測(cè)量結(jié)果。配備預(yù)過濾器和精細(xì)過濾器，有效濾除尾氣中的雜質(zhì)。車輛排放智能檢測(cè)儀的基本原理及基本組成。取樣裝置的設(shè)計(jì)思路及其主要部件的選擇與設(shè)計(jì)。氣體檢測(cè)裝置的基本組成，各傳感器的選擇與確定。微型打印機(jī)、液晶顯示屏、油溫機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、風(fēng)扇、電源開關(guān)的選擇。單片機(jī)的確定以及控制系統(tǒng)相關(guān)電路的設(shè)計(jì)?？傮w布置、總體概述、實(shí)現(xiàn)功能及主要規(guī)格和技術(shù)要求。2500mm采樣導(dǎo)管，并附氣水分離器。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)、顯示、打印并儲(chǔ)存。采用220V交流供電。結(jié)構(gòu)緊湊，攜帶方便。參考文獻(xiàn)[1]李春生.\o"嚴(yán)寒地區(qū)車用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放成分智能檢測(cè)系統(tǒng)"嚴(yán)寒地區(qū)車用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放成分智能檢測(cè)系統(tǒng)[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù),2006,(09):1-13.[2]強(qiáng)添綱,關(guān)強(qiáng).\o"甲醇燃料汽車非常規(guī)排放成分紅外分析儀的設(shè)計(jì)研究"甲醇燃料汽車非常規(guī)排放成分紅外分析儀的設(shè)計(jì)研究[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2007,(06):6-11.[3]劉運(yùn)年,李蘭.\o"淺談機(jī)動(dòng)車排氣污染物的測(cè)量方法"淺談機(jī)動(dòng)車排氣污染物的測(cè)量方法[J].中國(guó)環(huán)境管理從書,2007,(06):3-5.[4]牟宣理.\o"非分光紅外尾氣分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)相似度36%"非分光紅外尾氣分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].浙江大學(xué),2006:26-56.[5]陳磊.\o"基于數(shù)據(jù)融合技術(shù)二氧化硫檢測(cè)方法的研究相似度18%"基于數(shù)據(jù)融合技術(shù)二氧化硫檢測(cè)方法的研究[D].河北理工大學(xué),2007:35-41.[6]田學(xué)航.\o"基于紅外吸收法的光纖一氧化碳傳感系統(tǒng)的研究相似度17%"基于紅外吸收法的光纖一氧化碳傳感系統(tǒng)的研究[D].華北電力大學(xué)（北京）,2007:56-64.[7]王春秀.\o"納米材料紅外吸收特性研究相似度16%"納米材料紅外吸收特性研究[D].首都師范大學(xué),2006:32-36.[8]王敏.\o"基于光聲光譜技術(shù)的甲烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)的研究相似度16%"基于光聲光譜技術(shù)的甲烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)的研究[D].吉林大學(xué),2006:56-59.[9]王海棠.\o"汽車尾氣分析儀測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)相似度15%"汽車尾氣分析儀測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].天津工業(yè)大學(xué),2007:13-16.[10]劉志強(qiáng),杜傳進(jìn),王明松,許建民.電噴汽油機(jī)過渡工況排放的測(cè)量與分析[J].車用發(fā)動(dòng)機(jī),2007,(03):1-3.[11]琚雪梅,張巍,畢東云,司良友.紅外吸收型CO2氣體傳感器的設(shè)計(jì)[J