基于ARM9的车载尾气监测系统的设计与实现

摘 要：本文针对目前汽车尾气检测是在专业的监测和维修机构进行，车载尾气监测系统市场上还很少出现，提出了一套可在汽车运行时能自动进行尾气监测系统的设计方案。车载尾气监测系统硬件平台采用S3C2410X嵌入式微处理器和尾气传感器为主。本文更详细地介绍了车载尾气监测系统的软件系统的设计与实现，并进行了整体的系统测试。

关 键 词：ARM9；车载尾气监测；S3C2410X；尾气传感器

1.引言

据统计，目前中国机动车数量已超过2亿，且每年以超过10%的速度增长。随之而来的是汽车尾气排放严重污染大气，成了引发雾霾天气的元凶之一。它对世界环境的负面效应也越来越大，尤其是危害城市环境，引发呼吸系统疾病，造成地表空气臭氧含量过高，加重城市热岛效应，使城市环境转向恶化[1]。

汽车尾气中含有CO、CO2、NOx、HC化合物、SO2等污染物。本系统需重点检测CO、CO2、HC化合物、O2和NOx五种尾气浓度。CO、CO2、HC化合物用红外传感器检测，O2用氧传感器检测，NOx用氮氧传感器检测。通过检测各尾气浓度可以反映发动机的技术状况，特别是燃油供给系统和点火系统的技术状况[2]。车载尾气监测系统可在汽车运行过程中自动监测尾气浓度，有利于及时了解尾气排放的参数，及时发现汽车发动机故障，有利于优化汽车的性能，提高汽车汽油的燃烧率，保障汽车经济运行。

2.硬件系统的设计

硬件总体设计包括尾气采集模块、中央控制模块两个部分，总体设计结构如图1所示。

尾气采集模块通过尾气传感器检测尾气浓度，信号经过放大、滤波后，A/D转换成数字信号后交由处理器进行处理。

中央控制模块选取体积小、价格低、功耗小、安全可靠的ARM9 S3C2410X处理器。通过外接触摸屏完成输入与输出。

3.软件系统的设计

如果需要尾气检测，首先可通过get_handpad（）来获取在触摸板上的点的位置。如果该点在尾气浓度检测按键区域内，就转入尾气采集模块去处理，否则继续等待。

软件设计主要包括两个模块：尾气采集模块、中央处理模块。

（1）尾气采集模块

尾气采集模块流程如图2所示，尾气采集模块主要对采集的模拟数据进行模数转换，首先初始化变量、设置每个A/D通道的采集次数，然后开始数据的采集，程序设计为每个通道采集10次，取平均值，在读A/D时，要有一定的延迟，以保证数据转换完成。

（2）中央处理模块

中央处理模块对尾气采集模块采集过来的数据进行处理，如果尾气浓度不超标，则通过LCD屏幕上显示，若超标则可发出警报。中央处理模块流程如图3所示。

4.实验测试结果与分析

因为实验室条件的限制，选取了一辆起亚千里马的轿车在怠速工况下进行检测，选取了几个不同的环境进行检测。室内温度可以通过空调调节。

环境一：测试时的环境温度为6℃，天气晴朗，风速小于2级。

环境二：测试时的环境温度为16℃，天气晴朗，风速小于2级。

环境三：测试时的环境温度为26℃，天气晴朗，风速小于2级。

环境一以HC指标为例，取10次的平均值为359.5，10次中的最大值和最小值与其相比最大误差仅为0.021，CO的最大误差为0.038，CO2的最大误差为0.005，NOx的最大误差为0.025，O2的最大误差为0.019。

环境二以HC最大误差仅为0.020，CO的最大误差为0.073，CO2的最大误差为0.003，NOx的最大误差为0.033，O2的最大误差为0.011。

环境三以HC最大误差仅为0.024，CO的最大误差为0.109，CO2的最大误差为0.005，NOx的最大误差为0.020，O2的最大误差为0.019。

从数据分析可知，该车的重复性较好，检测系统能够比较准确的测试出车辆的真实排放性能。不同温度下检测的尾气浓度有较小的差异。当然因为实验条件限制没有改变环境的气压来进行测试，在不同气压下检测到的尾气浓度也会有差异[4]。

5.结束语

基于ARM9的汽车尾气监测系统能实时的监测尾气浓度，实时显示数据，遇异常情况启动报警，及时发现汽车隐患或故障；同时还可以在此基础上进一步改进，通过GPRS或无线网络将汽车采集的尾气浓度数据上传至总控制中心（可由政府部门搭建），为尾气检测治理提供重要真实的依据。

参考文献

[1] 沈竹士，刘栋.“老爷车”尾气污染成新难题[N].文汇报，2013.1.

[2] 赵英勋，刘明.汽车检测与诊断技术[M].北京：机械工业出版社，2003：23-28.

[3] 孙天泽.嵌入式设计及Linux驱动开发指南—基于ARM9处理器（第2版）[M].北京：电子工业出版社，2007：92-101.

[4] 荀启峰.嵌入式车载尾气监测系统的研究[D].江苏大学硕士学位论文.2008（6）.