1. 研究目的与意义及国内外研究现状

近年来，随着经济的快速发展，交通的日益发达，国内各地汽车的拥有量越来越大，除了带来噪声和交通安全等一系列的严重问题之外，还排放了大量的尾气，对城市大气环境造成了很大危害，对人们的健康也造成很大的影响。其中，CO是汽车尾气中有巨大危害的气体之一，在交通繁忙的十字路口，CO的浓度会显著变高，如果加上气象条件不利于排气扩散，那么就很容易危害人群健康，甚至造成一氧化碳中毒。因此，需要快速、简便、准确地检测汽车尾气的成分和含量，从而实时监测各地、各路段尾气的排放量，这对改善目前城市环境污染严重的现状具有重要的现实意义，也有利于保障居民的身体健康。针对上述问题，给出了一种基于51单片机的汽车尾气CO含量检测系统设计方案，系统的控制核心采用51单片机，它价格低廉、使用便捷、功耗低。CO含量检测使用电化学传感器，同时通过无线传输模块传输CO浓度数据，在检测员手持的显示器上显示结果。这样使得相关检测者能实时实地的掌握汽车尾气中CO的含量，对排放不符合标准的车辆进行限制，从而达到实时有效地针对CO污染的问题。

国内外研究现状

汽车尾气排放的检测和数据统计方法，在一些发达地区很早就有了研究，从1970年起，先后出现了室外遥感检测法、底盘测功机检测法、NDIR检测、实时车载尾气检测法等。在汽车工业发展起步早的欧美国家，尾气污染的状况更加严峻，所以很早就开始实施控制汽车尾气排放的相关法规，也拥有较为先进的检测设备和检测手段。20世纪70年代时的美国，执行的是I/M计划，即十分简单的HC/CO怠速测试，这缺乏检测精度以及有效地控制手段。直到1995年《联邦清洁空气法》颁布之后，才开始实施更为有效的强制性I/M计划，而目前在美国广泛使用的设备是成本较低的稳态加载尾气排放检测设备（ASM）和简易瞬态工况尾气排放检测设备（IG 240）。欧洲各国也在不断研究尾气分析技术和检测设备，其中英国和德国的科研人员利用红外技术研发了一种多分红外线检测仪， 比较典型的一种型号就是IR500，它是由KENT公司研发制造的。在2000年初的英国，各研究机构对于数据统计采集和车辆定位在尾气检测的应用就已经有了深入的研究，远程检测技术逐渐实现。第二年，在英国的Manchester大学的机械工程学院，实现了柴油发动机有害气体排放情况的远程检测，这对于实时实地控制汽车尾气污染具有深远意义。两年后，在一些European Communities的国家，包括法国、德意志联邦共和国、英国等，开始加深研究实时实地检测汽车尾气的方案。主要方式为在汽车上和收费站、加油站等交通干点安装尾气检测装置，同时考虑从设备上减少成本，以实现环保、节约的战略目标。目前，就常用的室内台架设备而言（主要是汽车底盘测功机），汽车工业起步较早的发达国家掌握着先进的生产和检测技术，比较有名的国际性生产公司也主要集中在这些国家。他们出产的设备与之前的测功机相比，具有检测更安全、检测流程更简洁、结果也更为准确的特点，但室内台架设备的共同性缺点仍然很难解决，这些测试系统占用空间很大、耗费能源很高、操作也比较困难。作为一个发展中大国，我国工业发展起步较晚，管理汽车尾气排放的相关法规不够完善，检测技术匮乏、相关方面专家很少，生产的设备也远远比不上发达国家的检测精度和实用性。直到2003年，国内才开始出现国产的检测设备，而在此之前，使用的检测设备大多都是从欧美发达地区引进的，这些引进的设备价格昂贵且难以操作。随着国内对尾气污染的重视和对尾气检测技术研发的投入，国产检测设备逐渐成熟。几年后，出现了一种新型检测设备，具有体积小、精度高、响应快的特点，是由华中科技大学的陆三兰研发的。在2008年，针对尾气检测过程繁杂、主要靠人力实现、效率低下、不便管理的问题，青岛科技大学的李海涛老师开发了一种尾气检测数据管理信息系统，该系统使用IC卡记录用户数据，使得统计管理数据十分便捷。系统主要检测汽车尾气中的一氧化碳、氮氧化物、烟气等有害气体，同时具有入库、写卡、读卡、查询、导入导出以及权限、用户管理等功能。这实现了环保检测的信息化、电子化，对于提升相关检测部门的检测效率有很大意义，是国内尾气检测管理的创新性进展。经过10几年的研究发展，现今国内尾气检测部门基本摆脱了对国外设备的依赖，自主研发生产了各种型号的底盘测功机和其他检测设备，完全可以保证国内需求。然而，国内实时实地检测的方式还比较欠缺，目前仅仅开发了一些安置在道路上的检测设备，虽然利用了计算机和辨识交通的技术，但是成本较高而且难以推广。本设计中利用无线传输技术实现了对汽车尾气中的CO远程检测和显示，可以针对实际路况，实时实地制止超标车辆上路。同时，设计所用成本低廉、设备体积小，检测部分可以直接安装在汽车排气管，显示部分可以手持或者通过计算机记录，便于在实际路况上使用。

2. 研究的基本内容

本设计主要是基于51单片机的汽车尾气co含量检测系统，该系统通过一氧化碳传感器检测汽车尾气中的co浓度，然后通过无线通信技术将检测到的浓度数据传输至显示部分，显示部分由检测人员手持，包含一块lcd1602，用于显示检测到的co浓度。

系统的设计主要包含个两部分：第一部分为车载部分：安装在汽车排气管附近，主要由一氧化碳传感器mq-7、ad转换芯片、单片机、无线通信模块nrf24l01等部分组成。

第二部分为手持部分：由检测人员手持，主要由无线通信模块nrf24l01、单片机、lcd1602、蜂鸣器、按键等几个部分组成。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案：

提前收集少量汽车尾气，经一氧化碳传感器mq-7检测co浓度，得到一个与co浓度成正比的电压信号，经过a/d转换之后，将得到的数字信号传输给单片机，进行信息处理与计算，得到co浓度数据，再通过无线通信技术传输，最后在手持部分lcd1602显示屏显示结果。

设计的系统框图如下：

4. 参考文献

[1]carl-johan gthe md, bengt fristedt md, lennart sundell md,et al. carbon monoxide hazard in city traffic[j]. archives of environmental healthan international journal, 1969, 19(3):310-314.

[2]郝文良, 王程, 田丽伟,等. 基于单片机的汽车尾气检测系统[j]. 微型机与应用, 2014, 33(17).

[3]时凤奎. 汽车尾气检测方法分析及设备研发[j]. 天津科技, 2016, 43(1):46-48.