方棟華，劉大學(xué)，季永青浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車學(xué)院，浙江杭州 311112

微波再生顆粒補(bǔ)集器控制系統(tǒng)開發(fā)

方棟華，劉大學(xué)，季永青
浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車學(xué)院，浙江杭州 311112

基于單片技術(shù)，設(shè)計開發(fā)了一套切實(shí)可行的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)分別采集過濾體前后的壓力，當(dāng)前后壓差達(dá)到一定值時，繼電器閉合，微波發(fā)生器工作；過濾體的顆粒物在微波作用下加熱燃燒，后壓差減小至一定值時繼電器斷開，微波發(fā)生器停止工作。為了避免微波發(fā)生器在高溫下受損，控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)過熱保護(hù)。

微波再生；顆粒補(bǔ)集；單片機(jī)；控制系統(tǒng)

先進(jìn)的技術(shù)使柴油車降低了行駛時的振動和噪音，解決了柴油車排放黑煙等缺點(diǎn)。2014年，歐洲售出近700萬臺柴油車，占全球柴油車銷量的85％［1］。然而，柴油機(jī)的PM顆粒排放量卻比汽油機(jī)高出50倍之多［2］。歐盟從2011年1月起對M1類車輛實(shí)施歐Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)將排放微粒物（PM）從0.025g/km降至0.005g/km，并要求所有新車安裝顆粒補(bǔ)集器（DPF）［3］。但由于微粒過濾器在使用一段時間后容易被捕集到的微粒堵塞，致使排氣背壓上升，消耗燃料，降低動力性［4］，一般認(rèn)為柴油機(jī)排氣微粒過濾器對柴油機(jī)油耗、功率的影響不應(yīng)超過3％～5％［5］。因此須定期清除顆粒補(bǔ)集器內(nèi)的微粒沉積物。

目前，國內(nèi)外對柴油機(jī)顆粒捕集器再生技術(shù)進(jìn)行了大量細(xì)致的研究工作，提出了多種再生技術(shù)，如紅外輻射加熱再生［6］、噴油助燃再生［7］、電加熱再生［8］、微波再生［9］等。其中，微波再生效率高、沒有二次污染、易于控制，是目前研究較多的一種再生技術(shù)。但截至目前國內(nèi)還沒有推廣使用類似產(chǎn)品，其中需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一就是微波再生控制系統(tǒng)的開發(fā)。本文基于單片技術(shù)，提出了一種切實(shí)可行的控制系統(tǒng)，并且可以實(shí)現(xiàn)過熱保護(hù)。

1 控制系統(tǒng)的開發(fā)

本系統(tǒng)采用過濾體前后壓差進(jìn)行控制，分別采集過濾體前后的壓力P1和P2、加熱腔內(nèi)溫度T1，當(dāng)前后壓差大于預(yù)設(shè)壓力差閾值PH時，繼電器閉合，加熱系統(tǒng)開始工作，過濾體兩端壓力差逐漸減小，當(dāng)減小至設(shè)定值時PL系統(tǒng)停止加熱。加熱過程中溫度T1大于過熱保護(hù)溫度Tmax時，繼電器斷開，系統(tǒng)停止加熱。

1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)板

最小系統(tǒng)由STC89C52RC單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路組成。其中，晶振電路由一定頻率的晶振和兩個電容組成，為單片機(jī)工作提供穩(wěn)定的時鐘信號。在本次設(shè)計中，連接單片機(jī)復(fù)位引腳RST的按鍵為復(fù)位按鍵，系統(tǒng)上電啟動時復(fù)位一次，當(dāng)按鍵按下的時候，RST引腳會持續(xù)2微秒以上的高電平，系統(tǒng)再次復(fù)位，因此可通過按鍵的斷開和閉合控制單片機(jī)復(fù)位。

1.2下載電路

下載電路主要是由MAX232和DB9接口組成，用于程序的下載。程序通過USB轉(zhuǎn)串口線下載到單片機(jī)的rom中，程序的下載本質(zhì)上是計算機(jī)與單片機(jī)通訊的過程，由于單片機(jī)使用的是TTL電平，而計算機(jī)使用的是RS-232電平，本系統(tǒng)所使用的MAX232芯片實(shí)現(xiàn)RS-232電平與TTL電平的轉(zhuǎn)換。

1.3AD轉(zhuǎn)換芯片

本次設(shè)計中選用MAX197BCNI模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，MAX197是多量程、8通道、12位高精度的A/D轉(zhuǎn)換器。它采用逐次逼近工作方式，有標(biāo)準(zhǔn)的微機(jī)接口。三態(tài)數(shù)據(jù)I/O口用做8位數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)總線的時序與絕大多數(shù)通用的微處理器兼容。全部邏輯輸入和輸出與TTL/ CMOS電平兼容。

1.4顯示部分

顯示部分選用的是液晶屏LCD12864，與單片機(jī)之間采用串行數(shù)據(jù)傳輸方式，使得連線簡單并且節(jié)省單片機(jī)的IO口。LCD12864不同的界面顯示不同的內(nèi)容，處于標(biāo)定界面時顯示每伏代表的壓力值和溫度值以及繼電器動作的壓力差閾值和溫度閾值。開始信號采集后，LCD處于顯示界面，實(shí)時顯示已經(jīng)按照標(biāo)定值換算后的壓力P1、壓力P2、溫度T1以及壓差

1.5控制部分

在整個測控系統(tǒng)中有加熱設(shè)備，為此選用了SONGLE繼電器，來控制加熱設(shè)備的工作。在本次設(shè)計中，信號觸發(fā)端接單片機(jī)P3.4口。當(dāng)信號觸發(fā)端為低電平時，公共端與常開端會接通，電源與設(shè)備形成通路，設(shè)備工作。

1.6設(shè)置按鈕

通過IO端口外接十個按鈕，如圖1所示，按鈕S1、S2控制著壓力標(biāo)定值加減，按鈕S3、S4控制著溫度標(biāo)定值的加減；按鈕S5控制著標(biāo)定頁面的顯示；按鈕S6控制著采集及顯示界面；按鈕S7、S8控制著溫度閾值的標(biāo)定；按鈕S9、S10控制著壓力閾值的標(biāo)定。標(biāo)定的初始值和增減幅度均由程序決定。

圖1　系統(tǒng)實(shí)物圖

2 結(jié)論

基于單片技術(shù)開發(fā)了微波再生補(bǔ)集器控制系統(tǒng)，采集過濾體前后的壓力、壓力，當(dāng)前后壓差達(dá)到一定值時，繼電器閉合，微波發(fā)生器工作；顆粒物加熱燃燒后壓力差減小，當(dāng)壓差將至一定值時繼電器斷開，微波發(fā)生器停止工作。為避免微波發(fā)生器在高溫下受損，控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)過熱保護(hù)。

本系統(tǒng)的開發(fā)為微波再生顆粒補(bǔ)集器的研究和開發(fā)提供了一定的技術(shù)參考，為微波再生顆粒補(bǔ)集器的市場化推廣應(yīng)用提供了技術(shù)支持。

［1］鄧琦琪.柴油車在歐洲和中國命運(yùn)大不同背后原因是什么［EB/OL］.中國汽車報網(wǎng)，http://www.cnautonews.com/ pl/sp/201510/t20151016_427293.htm.

［2］馬林才，劉穎.有機(jī)金屬化合物降低柴油機(jī)炭煙排放及其機(jī)理的研究［J］.燃料化學(xué)學(xué)報，2006，34（2）：230-233.

［3］2011年1月起歐盟提高發(fā)動機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn).機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2011（2）：6.

［4］Benajes J， Lujan J， Bermudez V. Modelling of turbochargeddiesel engines in transient operation part 2: insight into therelevant physical phenomena［J］. Journal ofAutomobile Engineering: PreInstnMechEngrs，2002（3）：431-441.

［5］李軍，秦大同，湯文生，等.柴油發(fā)動機(jī)排氣微粒過濾器微波再生凈化理論分析［J］. 四川大學(xué)學(xué)報：工程科學(xué)版，2007，39（3）：170-174.

［6］許曉光.基于紅外加熱再生的柴油機(jī)排氣微粒后處理技術(shù)的研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2002，4.

［7］Zelenka P.， Telford C.， Pye D.， et al. Development of a full-flow burner DPF system for heavy-duty diesel engines［J］. SAE Paper 2002-01-2787.

［8］Ohno K.， Taoka N.， Ninomiya T.， et al. Sic diesel particulate filter application to electric heater system［J］. SAE Paper 1999-01-0464.

［9］Garner C.P， Dent J.C. Microwave assisted regeneration of diesel particulate traps［J］.SAE Paper 890174.

TK422

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1674-6708（2016）170-0086-01

方棟華，助教，浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向?yàn)椴裼蜋C(jī)尾氣凈化處理及生物燃料在內(nèi)燃機(jī)上的應(yīng)用。劉大學(xué)，浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車學(xué)院。季永青，浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車學(xué)院。