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一、幾種檢測方法的比較

常用的檢測汽車尾氣的方法有很多種，如瞬態(tài)加載工況法、穩(wěn)態(tài)加載工況法、雙怠速法和遙感檢測法。

利用瞬態(tài)工況檢測方法測量汽車尾氣污染物時，測量的結(jié)果在精度和準(zhǔn)確度上都要比其它兩種方法準(zhǔn)確。同時這種方法還可以實時的檢測出汽車尾氣在實際情況下的排放量，而其它兩種方法只能檢測出汽車排出氣體污染物的濃度值，要想知道汽車尾氣的排放量還要通過計算公式計算。雖然瞬態(tài)工況檢測法有以上優(yōu)點，但是它還是存在操作步驟麻煩、資金投入大等不足。

穩(wěn)態(tài)加載工況法檢測方法測量汽車尾氣污染物時，穩(wěn)態(tài)工況檢測法不僅可以檢測汽車排放氣體中HC、CO氣體的濃度而且還可以檢測NOX氣體濃度值，但是汽車在道路上行駛的過程中油門和車速是不斷改變的，本文檢測的主要為尾氣中的CO氣體，所以本文不建議選用穩(wěn)態(tài)加載工況法。

遙感檢測法是利用紅外檢測裝置對正在行駛中的汽車進(jìn)行尾氣污染物的測量，這種方法叫做遙感檢測法。這種檢測方法可以檢測出汽車尾氣排放的氣體是否超出標(biāo)準(zhǔn)，一旦檢測出氣體超出標(biāo)準(zhǔn)，此時攝像機就會將車輛的車牌拍下來，這種測量方法在很多城市中得到應(yīng)用，但是隨著越來越多的汽車安裝了三元催化裝置，這種方法也就慢慢的被淘汰掉了。

在普通怠速轉(zhuǎn)速和高怠速轉(zhuǎn)速兩種空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下對汽車排放的污染物進(jìn)行測量這種方法叫做雙怠速法。自從20世紀(jì)80年代以來，許多國家為了更有效地檢測排放控制系統(tǒng)和供油系統(tǒng)的運行狀態(tài)而采用了雙怠速法對汽車尾氣進(jìn)行檢測。雙怠速法相對于其它兩種檢測方法來說，它具有成本低、操作簡單、實用性和靈活性更強、檢測速度更快等優(yōu)點。通過上述檢測方法的比較，我們選用雙怠速法對汽車尾氣中的CO氣體進(jìn)行測試。

二、總體方案設(shè)計

本文設(shè)計汽車尾氣中CO氣體檢測裝置，主要由軟件設(shè)計、硬件設(shè)計兩部分組成。在硬件方面的設(shè)計，首先提出檢測裝置硬件設(shè)計的總體方案，隨后對STM32最小系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計、對報警顯示模塊進(jìn)行設(shè)計、對數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行設(shè)計、對串口通訊模塊進(jìn)行設(shè)計等。軟件設(shè)計部分主要為STM32的編程和PC機端應(yīng)用軟件的程序設(shè)計。本文重點介紹硬件的設(shè)計。

檢測裝置的功能旨在檢測汽車排氣中CO氣體的濃度值和環(huán)境的溫度值，CO傳感器直接與汽車尾氣中排放的氣體進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生微弱的電信號，經(jīng)過LM358芯片放大后，將數(shù)據(jù)送入到STM32內(nèi)部的ADC通道進(jìn)行處理，同時將采集到的CO濃度值和環(huán)境的溫度值都顯示在TFT LCD液晶屏上。將采集到的氣體濃度值與設(shè)定好的閾值進(jìn)行比較，如果超標(biāo)則蜂鳴器報警。同時利用雙怠速法對檢測裝置進(jìn)行現(xiàn)場測試，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，整個流程和操作步驟得到精簡，使得檢測的成本和檢測的時間得到了降低。

三、硬件總體設(shè)計方案

硬件的設(shè)計是整個檢測裝置設(shè)計的基礎(chǔ)，檢測裝置硬件電路的核心控制器選擇的是STM32系列的單片機，CO傳感器和溫度傳感器將采集到的數(shù)據(jù)送到STM32單片機進(jìn)行處理，STM32單片機將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和顯示，采集到的數(shù)據(jù)超過閾值時蜂鳴器報警，檢測裝置通過串口通訊電路與上位機進(jìn)行通訊。

硬件設(shè)計包括STM32最小系統(tǒng)設(shè)計、溫度傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計、顯示報警模塊設(shè)計、串口通訊模塊設(shè)計。

(一)微處理器的選擇。微處理器是整個檢測裝置的核心部分，文中采用STM32系列單片機完成數(shù)據(jù)的采集處理以及整個系統(tǒng)的控制。檢測裝置將各個傳感器檢測的數(shù)據(jù)傳入到微處理器，然后由微處理器來完成數(shù)據(jù)的運算、處理和控制等。

(二)數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計。傳感器的選擇在整個檢測裝置中發(fā)揮著重要的作用，因此傳感器的選擇必須符合檢測要求。本文主要是檢測尾氣中的CO氣體，選用CO檢測傳感器并進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。半導(dǎo)體氣體傳感器具有很好的靈敏度，價格上便宜，而且可以適應(yīng)多變的環(huán)境，能夠符合大部分檢測系統(tǒng)的要求，文中選用MQ-7型傳感器。CO數(shù)據(jù)采集模塊在工作時，CO濃度越大，SnO2薄膜層阻值越小，隨著CO濃度的增大，輸出的電壓會隨之增大。

采集到的CO濃度信號通過雙運算放大器LM358芯片進(jìn)行放大，并將采集到的數(shù)值送入到STM32中的ADC通道進(jìn)行處理。

(三)溫度檢測電路設(shè)計。溫度檢測選用DS18B20傳感器，它為單總線接口的溫度傳感器，擁有多種封裝形式、且體積小、功耗低，并且它能夠適應(yīng)不同的檢測系統(tǒng)，其具體指標(biāo)的測量范圍為-55℃-+125℃，精度為±0.5℃，工作電壓為3V-5.5V，它與單片機僅需要三根引腳就能連接，這些優(yōu)點要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過熱敏電阻等測溫元件。

(四)顯示模塊設(shè)計。電路設(shè)計本文采用2.8寸的TFTLCD模塊作為下位機的顯示工具，TFTLCD被稱為薄膜晶體管液晶顯示器，TFTLCD模塊支持65K色顯示，顯示分辨率為320×240，自帶觸摸屏。本文選擇ILI9341作為控制器，該液晶控制器自帶顯存，在18位模式下為26萬色的顯存量，TFT LCD液晶屏便可以顯示檢測裝置采集的數(shù)據(jù)。

(五)報警電路設(shè)計。當(dāng)檢測到的氣體濃度超過我們設(shè)定的閾值時，通過報警電路可以提醒人們氣體濃度超標(biāo)，報警電路由蜂鳴器、S8050、1K和10K電阻組成，本文選用有源蜂鳴器，將BEEP引腳直接接在芯片的PB8引腳上，這樣可以避免在MCU復(fù)位時，蜂鳴器可能亂發(fā)聲音的現(xiàn)象。

四、測試結(jié)果

數(shù)據(jù)采集模塊測試汽車尾氣中排放的CO含量在0-100ppm以內(nèi)時，排放的CO含量符合排放標(biāo)準(zhǔn)，汽車尾氣中CO含量處于相對無污染狀態(tài)，蜂鳴器不報警，當(dāng)汽車尾氣中排放的CO含量超過100ppm時，排放的CO含量不符合排放標(biāo)準(zhǔn)，尾氣中CO含量處于污染狀態(tài)，蜂鳴器報警。

五、結(jié)束語

但是由于時間和實驗條件的限制，本文設(shè)計的檢測裝置還有很多需要完善和改進(jìn)的地方。汽車排氣存在一定的溫度，本文沒有考慮因排氣溫度過高對檢測裝置的影響，在以后應(yīng)增加一些溫度補償電路，減少因汽車排氣溫度過高對檢測裝置產(chǎn)生的影響。將來的設(shè)計中可以將檢測裝置與CO傳感器分離，減少因汽車排氣溫度過高對檢測裝置的影響。在實際測試的過程中，汽車尾氣中不僅有CO氣體排出，還會有水排出，未來會考慮對檢測裝置做防水處理。環(huán)境中的風(fēng)速、濕度等都會對檢測結(jié)果造成影響，在日后可增加這些方面?zhèn)鞲衅鞯氖褂?，使檢測裝置更加完善。