基于LabView的機(jī)動(dòng)車尾氣檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　近幾年來，汽車的數(shù)量不斷增加，雖然汽車給人們的日常生活帶來了便利，但同時(shí)也引起了嚴(yán)峻的環(huán)境問題。汽車排放的尾氣中有大量的污染物，如CO，HC等有害氣體。因此，監(jiān)測與防治汽車的排氣污染，是治理環(huán)境污染的一項(xiàng)重要任務(wù)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、儀器和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，產(chǎn)生了里程碑意義的新一代儀器---虛擬儀器，它改變了傳統(tǒng)儀器的測量模式，使測量系統(tǒng)由松散結(jié)合的、常常不兼容的獨(dú)立儀器發(fā)展成緊密結(jié)合的虛擬測量系統(tǒng)。 虛擬儀器（VirtualInstrument）的概念是由美國國家儀器公司（NationalInstruments）最先提出的，其核心技術(shù)思想就是“軟件即是儀器”。當(dāng)用戶的測試要求變化時(shí)可以方便地由用戶自己來增減硬、軟件模塊，或重新配置現(xiàn)有系統(tǒng)以滿足新的測試要求。

　　要控制機(jī)動(dòng)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(yīng)法規(guī)，嚴(yán)格控制汽車尾氣的排放。2005年頒布了GB 18285-2005《點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣污染物排放限值及測量方法》新的國家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中除了對汽車在怠速和高怠速工況下排氣污染物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(guī)定。

　　汽車排氣污染物主要檢測參數(shù)有：CO（一氧化碳），HC（碳?xì)浠衔铮珻O2（二氧化碳），O2（氧氣），NO（一氧化氮）等。

　　1 檢測系統(tǒng)的組成

　　基于虛擬儀器技術(shù)的汽車尾氣檢測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　檢測系統(tǒng)主要由尾氣分析儀、I／O接口卡、紅外對射光電開關(guān)、LED顯示屏以及工控計(jì)算機(jī)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(xué)傳感器，其工作原理是根據(jù)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(chǎn)生強(qiáng)烈的吸收，根據(jù)氣體紅外光譜吸收的強(qiáng)弱，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、O2、NO五種氣體的濃度和發(fā)動(dòng)機(jī)油溫、轉(zhuǎn)速等汽車工作參數(shù)，測量數(shù)據(jù)由儀器面板上的液晶顯示屏顯示，并配有標(biāo)準(zhǔn)RS232串行接口與工控計(jì)算機(jī)連接，通過串口可接收測量命令并輸出測試結(jié)果。

　　工控計(jì)算機(jī)上擴(kuò)展的I／O接口卡主要用來接收紅外對射光電開關(guān)的開、關(guān)狀態(tài)，用來判斷被檢車輛是否到位。紅外對射光電開關(guān)選用歐母龍E3JK-5M型，其紅外對射距離為5m。紅外發(fā)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(dāng)紅外發(fā)射管沒有被遮擋時(shí)，接收光電管為常閉狀態(tài)，當(dāng)被檢車輛行駛到檢測工位遮擋住紅外發(fā)射光電管時(shí)，接收光電管為開斷狀態(tài)，接收光電管的開、閉狀態(tài)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(jié)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(jìn)行相應(yīng)操作。

　　尾氣檢測系統(tǒng)的工作過程為：當(dāng)車輛登錄上線檢測時(shí)，工控計(jì)算機(jī)發(fā)出車輛進(jìn)線消息，提示被檢車輛進(jìn)入檢測工位。當(dāng)工控計(jì)算機(jī)檢測到接收光電管為開斷狀態(tài)時(shí)，表示車輛到位，可開始尾氣檢測。檢測程序?qū)磭鴺?biāo)GB18285-2005規(guī)定的測量方法進(jìn)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(zhuǎn)速測量鉗按要求與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)部分相連接；尾氣分析儀從串口接收工控計(jì)算機(jī)的命令，采集排氣污染物；引車員則按LED顯示屏的指示信息操縱汽車進(jìn)入額定轉(zhuǎn)速、高怠速、怠速等狀態(tài)，配合尾氣分析儀按照檢測程序完成尾氣排放測量。

　　2 軟件的架構(gòu)

　　軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬儀器系統(tǒng)，在硬件平臺(tái)確定之后，就可以通過設(shè)計(jì)不同的軟件模塊，實(shí)現(xiàn)不同的功能。汽車尾氣檢測系統(tǒng)的應(yīng)用軟件采用NI的圖形化編程語言LabVIEW8.2開發(fā)，模塊化設(shè)計(jì)。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(zhí)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(jìn)入檢測工位，通過讀取紅外接收光電管的狀態(tài)判斷車輛到位情況。若車輛到位，則按照國標(biāo)規(guī)定的雙怠速測量方法進(jìn)行尾氣排放檢測，檢測數(shù)據(jù)由串口輸入。最后計(jì)算數(shù)據(jù)，顯示、存儲(chǔ)檢測結(jié)果。為直觀起見，采集到的原始數(shù)據(jù)可用曲線圖的形式輸出。