汽车尾气排放超标智能监测系统研究

吉武俊

摘 要：本文就大气污染中汽车尾气排放的监控技术展开深入研究，主要解决大气污染中汽车尾气排放的监控问题，针对车辆排放进行监测，提出了一项先进的汽车废气排放的监测体系。利用OBD-II与汽车尾气排放系统，进行了汽车排放数据收集分析模块和GPRS远程传输模块设计，实时监控车辆的排放，如遇到问题，及时告知驾驶员前去维修，减少不必要的污染，进而为大气污染中汽车尾气排放监测、超标排放车辆监督控制、防治技术应用奠定了坚实的基础。

关键词：尾气排放;智能控制;检测

中图分类号：U463.6 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）19-0016-02

Abstract： This paper conducted in-depth research on the monitoring technology of automobile exhaust emissions in air pollution， which mainly solved the problem of vehicle exhaust emission monitoring in air pollution， and put forward an advanced vehicle exhaust emission monitoring system. Through OBD-II and the National monitoring of automobile exhaust emission systems， the vehicle emission data collection and analysis module and the GPRS long-distance transmission module design are designed to monitor the emissions of vehicles in real time. If problems are encountered， the drivers are informed in time to go for maintenance， and reduce unnecessary pollution. It has laid a solid foundation for the monitoring of automobile exhaust emissions in air pollution， the supervision and control of vehicles that exceed the emission level， and the application of prevention and control technologies.

Keywords： exhaust gas emission;intelligent control;detection

從2011—2018年的调查结果得知，各类燃油汽车的数量持续增加，汽车尾气的排放量也不断加大。虽然汽车尾气增加的速率在下降，但是总体的情形依然令人担忧。随着各类燃油汽车数量不断增加，其对大气环境造成的破坏日益严重。由中国科学院关于大气环境的研究机构监控的数据可知，汽车排放的废气是雾霾产生的主要因素。因此，汽车尾气排放智能监控系统研究显得尤为重要。

1 系统设计

1.1 系统整体设计

本课题设计的系统分为车辆尾气排放故障数据收集和GPRS远距离控制与监视2个单元。DSP和车辆之间的数据通信主要由汽车尾气排放故障的数据采集模块负责，远程监控模块重点负责DSP与监控中心之间的数据通信。

车辆尾气排放故障数据收集主要由汽车问题收集单元来管理，包括DSP和汽车之间的沟通交流、冻结帧数据提取、故障诊断代码提取、查看汽车有关问题的数据值等。GPRS远距离监测和调节单元共有两大类用途：其一，通过在远距离GPRS利用汽车内部网络与汽车有关的数据传送给检查调节的站点;其二，接收并传输远程监控中心发送的指令给DSP。上述两个模块由主控制芯片DSP自动发送相应指令，并把需要的结构芯片，将相关的串连接口用独特的方式发功给TL718，也可以发送给MC55。具体发送给哪个，视自身情况而定，在这一系列操作之后按照规定采取措施。

车辆启动后，系统将启动电源，DSP就可以计算相关代码问题，根据相关的规定传输给MC55这个站点，等待网络连接后就会传输相关问题代码。如果想要了解更深层次的问题数据，就需要从车辆的数据信息入手。监控站通过GPRS和MC55的指令，把查看到的关于冻结帧的汽车信息、氧传感器的信息以及OBD监测结果进行传送。串口MC55结合相对应的OBD命令把DSP的信息进行下一步传递，把数据收集之后再返回到监控中心，从而可以初步得出故障结论，然后传递给DSP。控制语音芯片记录之后会及时通知驾驶员前去维修和解决相应问题[1]。

1.2 系统软硬件设计

1.2.1 数据采集的硬件电路设计。CPU选用芯片TMS320F2812，因此，所有用TL718设计制作的汽车OBD接口电路和所有满足OBD-II规定的汽车都能适用于此系统，在数据采集方面能够得到完整利用。

1.2.2 数据采集的软件设计。为了准确收集相关单位需要的数据，有关部门编程和开发DSP之前，应该为DSP创建一个软件开发环境。致力于创建从DSP到TL718，再到车载OBD接口的握手连接。

1.2.3 GPRS模块的硬件电路设计。GPRS所在单元的硬件电路是从德国西门子公司生产制造的标准MC55无线区域单元。MC55是一个相当高构成程度的、具有嵌入式TCP/IP协议的模块，共有50个引脚。为了基本实现GPRS应用，需要设计较为固定的电压、适合的接口电路SIM卡接口电路以及主控芯片DSP。

1.2.4 GPRS模块的程序设计。本设计中，初始化GPRS之后，能使MC55模块与主机服务器建立联系。MC55完全支持AT命令集，DSP将相应的AT命令发送给MC55，完成网络连接和数据传输。

1.2.5 语音提示模块。该模块本文不做详细解释。

2 实验及分析

本实验主要是实验室模拟测试和道路测试，以一汽大众迈腾2012款轿车为实验用车，用博世EDC17C53模拟测试。系统采用J1939CAN协议测试连接。为了验证系统功能的可靠性与实用性，在实车上设置发动机失火故障，通过蓝牙通信在安装有故障监测APP的手机终端显示出故障信息，表1为2 500r/min运行时失火故障状态下发动机参数值。根据表1可得出以下结果。

①正常排放运行状态。负荷不变，2个油门踏板位置传感器信号、空气流量计信号、节气门开度的2个信号随着发动机转速的增加而增大，喷油时间和氧传感器信号均在正常数值范围内，HC、CO、CO2、NOX和O2尾气排放值符合第Ⅴ阶段国家机动车大气污染物排放标准排放标准。

②2 500r/min运行时失火故障状。故障状态下油门踏板位置传感器的2个信号、空气流量计信号、节气门开度信号、喷油时间相对正常工作状态的信号值要偏大，因为在故障状态下，发动机ECU要保障必须的输出功率，只能增加进气、增加燃油。此时，前氧传感器、后氧传感器信号有明显增加，发动机HC、CO、CO2、NOX和O2尾气排放值均超出第Ⅴ阶段国家机动车大气污染物排放标准排放标准。

3 结论

建立车辆数据采集和监控系统，不仅利于有关管理部门对车辆进行实时监管和控制，确保车辆行驶时不对环境产生不必要的污染，使车辆洁净行驶;还有利于驾驶员实时了解车辆的排放情况，对车辆的维护保养、安全驾驶具有非常重要的作用。

参考文献：

[1]中华人民共和国生态环境部.中国机动车环境管理年报（2018）[Z].2018.