1、基于虛擬儀器技術的汽車尾氣檢測系統設計 引言 近幾年來，隨著我國社會經濟的飛速發展和人民生活水平的不斷提高，汽車保有 量大幅度增加。汽車在給人們日常生活帶來便利的同時，也帶來了嚴峻的環境問 題。汽車尾氣中的CO,HC化合物等有害氣體，已成為空氣污染的主要來源。因此，監 測與防治汽車的排氣污染，是治理環境污染的一項重要任務。 要控制機動車的排氣污染，首先是要做好檢測工作。在我國，從1999年開始，就 制訂了一系列相應法規，嚴格控制汽車尾氣的排放。2005年頒布了 GB 18285-2005 點燃式發動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法新的國家標準，標準中除了 對汽車在怠速和高怠速工況下排氣污染物

2、的測量方法作了要求外，還對每種類型的 汽車排氣污染物排放限值作了明確的規定。 汽車排氣污染物主要檢測參數有:CO（一氧化碳,HC（碳氫化合物,CO2（二氧化碳, 02（氧氣,NO（ 氧化氮等。 1檢測系統的組成 基于虛擬儀器技術的汽車尾氣檢測系統硬件結構如圖1所示 檢測系統主要由尾氣分析儀、I/O接口卡、紅外對射光電開關、LED顯示屏以 及工控計算機等組成。尾氣分析儀選用德國西門子公司的VS5067-5汽車尾氣分析 儀,該儀器的核心部件是采用西門子公司的紅外光學傳感器，其工作原理是根據不同 氣體所具有的特征吸收譜帶和特征頻率，在特征頻率附近的光譜帶產生強烈的吸收， 根據氣體紅外光譜吸收的強弱，

3、檢測分析出汽車尾氣的成分和含量。該儀器可檢測 汽車尾氣中CO、HC、CO2、02、NO五種氣體的濃度和發動機油溫、轉速等汽車 工作參數，測量數據由儀器面板上的液晶顯示屏顯示,并配有標準RS232串行接口與 工控計算機連接，通過串口可接收測量命令并輸出測試結果。 工控計算機上擴展的I/O接口卡主要用來接收紅外對射光電開關的開、關狀態 用來判斷被檢車輛是否到位。紅外對射光電開關選用歐母龍E3JK-5M型，其紅外對 射距離為5m。 紅外發射光電管和紅外接收光電管分別安裝在汽車檢測線的兩邊。當紅外發射 管沒有被遮擋時，接收光電管為常閉狀態，當被檢車輛行駛到檢測工位遮擋住紅外發 射光電管時，接收光電管為

4、開斷狀態，接收光電管的開、閉狀態表示了車輛是否到位 信息。 LED顯示屏用來顯示檢測過程信息和檢測結果。引車員和尾氣排放檢測員可 在LED顯示屏的顯示信息指引下進行相應操作。 尾氣檢測系統的工作過程為：當車輛登錄上線檢測時，工控計算機發出車輛進線 消息,提示被檢車輛進入檢測工位。當工控計算機檢測到接收光電管為開斷狀態時， 表示車輛到位，可開始尾氣檢測。檢測程序將按國標 GB18285-2005規定的測量方法 進行。檢測過程中，尾氣排放檢測員按LED顯示屏的指示將取樣探頭插入被檢車輛 排氣管中，將轉速測量鉗按要求與發動機相關部分相連接；尾氣分析儀從串口接收工 控計算機的命令，采集排氣污染物；引車

5、員則按LED顯示屏的指示信息操縱汽車進入 額定轉速、高怠速、怠速等狀態，配合尾氣分析儀按照檢測程序完成尾氣排放測 量。 2檢測軟件設計 軟件是虛擬儀器的關鍵。設計一個虛擬儀器系統，在硬件平臺確定之后，就可以 通過設計不同的軟件模塊，實現不同的功能。汽車尾氣檢測系統的應用軟件采用NI 的圖形化編程語言LabVIEW8.2開發，模塊化設計。按雙怠速法檢測尾氣排放的程 序流程圖如圖2所示。 雙怠速法尾氣檢測程序的執行過程為：首先在主程序界面上輸入被檢車輛基本 信息，然后通過LED顯示屏提示受檢車輛進入檢測工位，通過讀取紅外接收光電管的 狀態判斷車輛到位情況。若車輛到位，則按照國標規定的雙怠速測量方法

6、進行尾氣 排放檢測，檢測數據由串口輸入。最后計算數據，顯示、存儲檢測結果。為直觀起見 采集到的原始數據可用曲線圖的形式輸出。 開始 卄算址示. 帕2雙履誣注檢測堆y排放的禪睥坨相忙 在檢測程序設計中，由于工控計算機和尾氣分析儀是通過串口來傳送測量命令 和測量數據的，因此串行通信程序是檢測軟件中最關鍵的模塊之一。在LabVIEW8.2 中，可以利用VISA模塊編寫串行通信程序，這樣可以擺脫煩瑣的底層命令，輕松實現 工控計算機與儀器之間的通信。 VS5067-5汽車尾氣分析儀通信參數為：9600波特率、8位數據位、無奇偶校 驗、1位停止位,通信命令包含:計算機控制、CAL、測量、讀數據、結束測量、

7、手 動操作等，命令格式為多字節的ASCII碼形式，例如,計算機控制”命令 為:02H,*,S,R,E,M,20H, K,O,03H,即10個字節的ASCII碼。同樣，儀器的應答信號也 是多字節的ASCII碼，例如，對應 計算機控制”命令的應答信號為9個字節的ASCII 碼，即:02H,*,S,R,E, M,20H,0,03H。也就是說，工控計算機與尾氣分析儀之間的串行數 據均為多字節的ASCII碼信息。由于在程序開發中，一般ASCII碼用十六進制表示 比較方便，因此,串行發送與接收數據就存在著數據類型轉換的問題。在 LabVIEW8.2中,ASCII碼與十六進制數據的 轉換可以很方便的用 字節

8、數組至字符串轉換”、字符串至字節數組轉換”兩個 函數實現。以發送 計算機控制”命令為例丄abVIEW8.2設計的串行通信程序如圖3 所示。 串行通信程序的編寫過程如下： 1串口初始化 按照VS5067-5汽車尾氣分析儀通信協議，利用LabVIEW8.2函數選板的【數據 通信】-【協議】-【串口】子選板中的“VISA配置串口”函數初始化串口為波特 率9600bps數據位8位,1位停止位，無奇偶校驗位，選擇工控計算機的COM1 口。 2發送測量命令 當工控計算機要向尾氣分析儀發送測量命令時，可利用“VISA寫入”函數發送。 由于尾氣分析儀的命令為多字節的 ASCII格式，因此需要將命令組建成一個數

9、組，再 利用 字節數組至字符串轉換”函數將數組轉換為字符串發送。圖 3中示意的是 計 算機控制”命令的發送情況,計算機控制”命令的十六進制表示 為:02H,2AH,53H,52H,45H,4DH,20H, 4BH,30H,03H。 3接收應答信 當尾氣分析儀接收到工控計算機發來的命令后，會相應返回應答信號，程序設計 中,可利用“VISA賣取”函數接收儀器的應答信號，再利用字符串至字節數組轉換”函 數將接收到的ASCII數據轉換為十六進制數據。例如，當儀器收到計算機控制”命 令后，返回的應答信號十六進制表示為：02H、2AH、53H、52H、45H、4DH、 20H、30H、03H。如果工控計算機向儀器發送 讀數據”命令，則儀器返回的應答信 號中就包含了 HC、CO、C02、02、NO以及轉速、油溫，A過量空氣系數等檢測數 據。 4關閉串口 當工控計算機要停止尾氣檢測時，可利用“VISA關閉”函數關閉串口，釋放 LabVIEW占用的資源。 3實驗結果 我們對基于LabVIEW8.2開發的汽車尾氣檢測系統進行了多臺汽車的尾氣檢測 實驗。在實驗過程中，選擇了不同的汽車類型，得到了大量的實驗數據。圖4為一輛 小客車的測量結果，圖中顯示的是怠速和高怠速HC的原始數據曲線，也可選擇顯示 CO或其他參數的數據曲線。 4結束語 本系統以LabVIEW8.2為開發平臺,可以方便的對