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机动车尾气实时采集处理的嵌入式软件设计与实现

机动车尾气实时采集处理的嵌入式软件设计与实现

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作者：刘庚安徽大学

学位级别：硕士

随着中国的工业化和城镇化进程的持续快速发展,为防止机动车尾气带来的大气污染,需要经常对机动车尾气进行有效的监测。机动车尾气遥感检测技术是一种可以检测正常行驶中机动车尾气浓度的技术,该技术利用光学原理可以对机动车尾气进行... 详细信息

随着中国的工业化和城镇化进程的持续快速发展,为防止机动车尾气带来的大气污染,需要经常对机动车尾气进行有效的监测。机动车尾气遥感检测技术是一种可以检测正常行驶中机动车尾气浓度的技术,该技术利用光学原理可以对机动车尾气进行远距离的感应测量,提高了检测速度和效率,逐渐成为机动车尾气污染检测的首选技术。该技术使用红外光源、紫外光源和绿光光源为检测的信号源,光电探测器为信号接收端,通过对获取电信号的处理得到不同气态污染物的浓度和颗粒物的不透光度。该技术使用多路光源,因此需要实时的对大量光学数据进行采集、存储和传输,同时还要处理多种控制指令以及时获取光学信息。软件分层架构设计具有高内聚低耦合、开发效率高、可读性强的优点,根据机动车尾气遥感检测技术中实时采集控制系统的功能需求,采用嵌入式软件开发技术和PIC微控制器的信息处理技术,在MPLAB X IDE软件开发平台完成了用于机动车尾气实时采集控制的软件分层架构设计。在嵌入式软件分层设计上,将软件分层架构分为硬件层、硬件驱动层、操作系统层和应用任务层,为满足系统实时性的要求,在PIC微控制器上移植了Free RTOS系统,实现了基于优先级调度的SPI通信任务、USB通信任务、烟度信号采集任务、网络通信任务和系统检测任务的划分。利用Free RTOS操作系统的信号量和事件等方法实现任务间同步与通信,最终成功实现了机动车尾气数据的采集、微控制器的指令控制、信号传输处理以及和工控机通信等功能。深入研究了用于测量紫外波段气体的doas(Differential Optical Absorption Spectroscopy)技术并采用多项式拟合和最小二乘法实现具有窄吸收带特性气体(NO)的浓度反演,提高紫外信号检测的灵敏度。利用多项式拟合模型实现测量气体浓度的非线性修正,进一步减小测量的误差。搭建机动车尾气遥感检测的静态测试环境,测量了CO、CO、NO和1,3丁二烯的气体浓度,测试结果的误差完全符合国家计量规范。气体浓度测试表明基于嵌入式软件的机动车尾气实时采集控制系统,完全满足系统的功能需求,同时证实了该系统的实时性和稳定性达到了预期要求。

关键词：尾气检测数据采集控制嵌入式软件 Free RTOS 紫外DOAS技术

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