城汽车尾气远程监测系统的硬件设计(附件)
伴随着我国经济的崛起，曾经对于老百姓遥不可及的汽车也渐渐走入了寻常百姓家。作为一种现代化的出行设备，汽车方便了人们的生活。伴随我国改革开放程度的进一步深化，在可预见的未来内，我国汽车的总量还会进一步增加。但是，汽车的流行也同时带来了严重的空气污染问题。汽车尾气不仅会对人们的身体健康造成威胁，同时会破坏城市生态，加剧城市热岛效应，使城市环境趋于恶化。因此，对汽车尾气进行远程监测就显得尤为重要。通过对汽车尾气的监测，有助于了解空气污染状况，并不断提高尾气净化技术。本设计结合目前国内外汽车尾气远程监测系统的发展现状，采用多种气体传感器，在单片机处理完毕后，通过无线通讯模块远程发送监测结果，利用LabVIEW对接收到的数据进行处理并并实时发出警报，从而达到远程监测汽车尾气污染情况的目的。当采集的过程中，某一个参数超过预定范围时，监测中心就可以发出警报，提醒工作人员及时查看监测点实际状况。采用了图形化的界面，清晰直观，也便于后期维护升级，具有较好的经济价值，值得推广。关键词 汽车尾气，单片机，远程监测，传感器，LabVIEW
目录
1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 3
1.2本课题的主要工作及要求 3
2 总体设计 4
2.1 总体设计概述 4
2.2 系统网络结构图 4
2.3 监测节点 5
3 系统硬件设计 6
3.1 传感器模块的选型 6
3.1.1 MQ2烟雾传感器 6
3.1.2 MQ7一氧化碳传感器 8
3.2 报警器的选型 9
3.3 通讯模块的选型 10
3.4 数据处理模块的选型 14
3.4.1 复位电路 16
3.4.2 EEPROM电路 16
3.4.3 电源电路设计 17
3.5 显示屏模块 17
4 监测系统设计 19
4.1总体设计流程 19
4.2 监测中心设计 19
4.2.1 监测系统流程图 20
4.2.2 监测界面 21
5 系统功能调试 22
结 论 25
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
/> 致 谢 26
参 考 文 献 27 1 绪论
随着中国城市化进程的不断深入，汽车走进了寻常百姓家。汽车尾气污染的主要原因是汽车的燃料由于各种原因未能够充分燃烧，从而导致排出的废气超出预期而造成的环境污染问题。主要污染物包括：一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物以及PM2.5等。
这些污染物不仅会对人的身体造成直接的伤害，除此以外，他们还是造成温室效应的罪魁祸首。不达标的废气排放更是会造成臭氧层空洞，甚至带来酸雨等大气环境问题。这些汽车尾气中所含有的颗粒物、NOx、CO、SOx、不完全燃烧的碳氢化合物会散布到大气当中，伴随着季风环流传播到各类生态圈当中，对人类乃至动、植物造成难以计算的危害。而在近年来，伴随着经济的高速发展，我国的汽车的占有量大幅度提升，汽车尾气对环境的污染变得越来越严重，很多城市的主要空气污染问题，已经从燃煤型污染变成了汽车尾气和燃煤污染的混合型污染，由此带来的汽车尾气污染问题，已经对人们的身心健康造成了巨大的威胁。虽然汽车尾气污染已经引起了国家和社会的高度重视，但目前为止仍未有根本有效的措施能够彻底解决这一问题，在目前相关预防法律和法规尚不完善，各类实施方案还有待加强、整治力度还远远不够的前提下，如何创造一个良好的空气环境也成了建设新型现代化文明的一项重要指标，是当下环保工作的重中之重。汽车尾气的主要污染物集中表现为如下几种：
一氧化碳
随着汽车使用年限的增长，汽车各个部件之间会不断老化，汽车的工作效率也会慢慢降低，这就导致了发动机不能完全工作的情况发生。 这种情况下，部分燃料无法接触到充足的氧气，就会导致一氧化碳气体的产生。这是一种无色、无味、易燃的气体。在进入人体后，由于一氧化碳气体和人体血液中的血红蛋白具有较强的结合力，就会夺取氧气在血红蛋白中的位置，导致血红蛋白的供氧能力迅速下降，吸入人体的氧气无法运输到各个器官当中，从而导致人体缺氧。严重的时候，甚至可能会造成人体因为缺氧而死亡。
颗粒物
汽车排放的尾气中，极微颗粒物（PM2.5）主要有三个来源，第一是不可以燃烧的物质，第二是可以燃烧但未进行燃烧的物质，第三是燃烧后生成的物质。燃烧的时候排放出来的颗粒物，大多数是以固态碳的形式存在的，在火焰中形成的固态碳被称为炭黑。燃烧纯气体燃料的时候可能会形成炭黑颗粒，但更主要的原因是液体燃料和固体燃料的不充分燃烧形成的。除此以外，颗粒物当中还有硫化物、碳氢化合物以及含有金属成分的灰尘等。由于目前很多汽油中添加了抗爆剂，这些含有金属成分的抗爆剂在经过不充分燃烧后会会产生混合有金属成分的颗粒物气体，除此以外，汽车的润滑油中，以及汽车在运动过程中产生的磨损，都会导致这类含有金属成分的颗粒物混杂在汽车尾气中，对环境造成破坏。除了常见的汽油发动机以外，柴油发动机燃料在燃烧不充分的情况下，也会产生大量的炭黑颗粒，也就是俗称的“炭烟”，这种炭烟不但会直接危害人体的呼吸系统，而且这种极微小的炭颗粒往往还会吸附大量的有害物质，如二氧化硫以及具有致癌作用的多环芳香烃。
碳氢化合物
碳氢化合物是指汽车尾气中未能充分燃烧的部分气体化合物，主要源于发动机中燃料的挥发和泄露。如果是纯粹的碳氢化合物，那么只有在含量极高的情况下才会损害人体健康，但碳氢化合物容易和空气中的颗粒物结合，造成光化学烟雾污染。
氮氧化合物
当汽车发动机在怠速运转的情况下，燃料无法充分接触到空气，会产生一种褐色的气体，同时伴随着刺激性的气味，这种气体就是氮氧化合物。这种气体主要是一氧化氮，虽然一氧化氮的毒性较小，但是一氧化氮在空气中极易与空气发生反应，被空气氧化，生成毒性较大的高价氮氧化合物。这类氮氧化合物以二氧化氮为代表，在进入人体之后，会在肺泡中形成硝酸盐和亚硝酸盐，会破坏人体的肺部组织结构，从而影响人的呼吸系统。
阳光中通常含有大量人类肉眼无法看到的紫外线，在紫外线的照射下，氮氧化合物和碳氧化合物会发生一系列复杂的化学反应，生成光化学烟雾。这种烟雾呈黄棕色，具有一定的毒性，能够对人体造成伤害。当这种烟雾的浓度高出一定范围的时候，会刺激人的眼结膜，并对人体的多种器官造成伤害，诱发急性哮喘，会使人呼吸困难、头脑昏沉，引起中毒，甚至有死亡的风险。常见的光化学烟雾还会降低空气的可见度、阻碍植物进行光合作用，也会使橡胶材料发生脆化，给环境和经济带来巨大破坏。在1995年，光化学烟雾事件就曾经在我国上海和成都等地发生过。然而没过几年，到了1998年和2001年，类似的污染问题又在北京和南宁初露端倪，给人们的身心健康造成了巨大的威胁。
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1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 3
1.2本课题的主要工作及要求 3
2 总体设计 4
2.1 总体设计概述 4
2.2 系统网络结构图 4
2.3 监测节点 5
3 系统硬件设计 6
3.1 传感器模块的选型 6
3.1.1 MQ2烟雾传感器 6
3.1.2 MQ7一氧化碳传感器 8
3.2 报警器的选型 9
3.3 通讯模块的选型 10
3.4 数据处理模块的选型 14
3.4.1 复位电路 16
3.4.2 EEPROM电路 16
3.4.3 电源电路设计 17
3.5 显示屏模块 17
4 监测系统设计 19
4.1总体设计流程 19
4.2 监测中心设计 19
4.2.1 监测系统流程图 20
4.2.2 监测界面 21
5 系统功能调试 22
结 论 25
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
/> 致 谢 26
参 考 文 献 27 1 绪论
随着中国城市化进程的不断深入，汽车走进了寻常百姓家。汽车尾气污染的主要原因是汽车的燃料由于各种原因未能够充分燃烧，从而导致排出的废气超出预期而造成的环境污染问题。主要污染物包括：一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物以及PM2.5等。
这些污染物不仅会对人的身体造成直接的伤害，除此以外，他们还是造成温室效应的罪魁祸首。不达标的废气排放更是会造成臭氧层空洞，甚至带来酸雨等大气环境问题。这些汽车尾气中所含有的颗粒物、NOx、CO、SOx、不完全燃烧的碳氢化合物会散布到大气当中，伴随着季风环流传播到各类生态圈当中，对人类乃至动、植物造成难以计算的危害。而在近年来，伴随着经济的高速发展，我国的汽车的占有量大幅度提升，汽车尾气对环境的污染变得越来越严重，很多城市的主要空气污染问题，已经从燃煤型污染变成了汽车尾气和燃煤污染的混合型污染，由此带来的汽车尾气污染问题，已经对人们的身心健康造成了巨大的威胁。虽然汽车尾气污染已经引起了国家和社会的高度重视，但目前为止仍未有根本有效的措施能够彻底解决这一问题，在目前相关预防法律和法规尚不完善，各类实施方案还有待加强、整治力度还远远不够的前提下，如何创造一个良好的空气环境也成了建设新型现代化文明的一项重要指标，是当下环保工作的重中之重。汽车尾气的主要污染物集中表现为如下几种：
一氧化碳
随着汽车使用年限的增长，汽车各个部件之间会不断老化，汽车的工作效率也会慢慢降低，这就导致了发动机不能完全工作的情况发生。 这种情况下，部分燃料无法接触到充足的氧气，就会导致一氧化碳气体的产生。这是一种无色、无味、易燃的气体。在进入人体后，由于一氧化碳气体和人体血液中的血红蛋白具有较强的结合力，就会夺取氧气在血红蛋白中的位置，导致血红蛋白的供氧能力迅速下降，吸入人体的氧气无法运输到各个器官当中，从而导致人体缺氧。严重的时候，甚至可能会造成人体因为缺氧而死亡。
颗粒物
汽车排放的尾气中，极微颗粒物（PM2.5）主要有三个来源，第一是不可以燃烧的物质，第二是可以燃烧但未进行燃烧的物质，第三是燃烧后生成的物质。燃烧的时候排放出来的颗粒物，大多数是以固态碳的形式存在的，在火焰中形成的固态碳被称为炭黑。燃烧纯气体燃料的时候可能会形成炭黑颗粒，但更主要的原因是液体燃料和固体燃料的不充分燃烧形成的。除此以外，颗粒物当中还有硫化物、碳氢化合物以及含有金属成分的灰尘等。由于目前很多汽油中添加了抗爆剂，这些含有金属成分的抗爆剂在经过不充分燃烧后会会产生混合有金属成分的颗粒物气体，除此以外，汽车的润滑油中，以及汽车在运动过程中产生的磨损，都会导致这类含有金属成分的颗粒物混杂在汽车尾气中，对环境造成破坏。除了常见的汽油发动机以外，柴油发动机燃料在燃烧不充分的情况下，也会产生大量的炭黑颗粒，也就是俗称的“炭烟”，这种炭烟不但会直接危害人体的呼吸系统，而且这种极微小的炭颗粒往往还会吸附大量的有害物质，如二氧化硫以及具有致癌作用的多环芳香烃。
碳氢化合物
碳氢化合物是指汽车尾气中未能充分燃烧的部分气体化合物，主要源于发动机中燃料的挥发和泄露。如果是纯粹的碳氢化合物，那么只有在含量极高的情况下才会损害人体健康，但碳氢化合物容易和空气中的颗粒物结合，造成光化学烟雾污染。
氮氧化合物
当汽车发动机在怠速运转的情况下，燃料无法充分接触到空气，会产生一种褐色的气体，同时伴随着刺激性的气味，这种气体就是氮氧化合物。这种气体主要是一氧化氮，虽然一氧化氮的毒性较小，但是一氧化氮在空气中极易与空气发生反应，被空气氧化，生成毒性较大的高价氮氧化合物。这类氮氧化合物以二氧化氮为代表，在进入人体之后，会在肺泡中形成硝酸盐和亚硝酸盐，会破坏人体的肺部组织结构，从而影响人的呼吸系统。
阳光中通常含有大量人类肉眼无法看到的紫外线，在紫外线的照射下，氮氧化合物和碳氧化合物会发生一系列复杂的化学反应，生成光化学烟雾。这种烟雾呈黄棕色，具有一定的毒性，能够对人体造成伤害。当这种烟雾的浓度高出一定范围的时候，会刺激人的眼结膜，并对人体的多种器官造成伤害，诱发急性哮喘，会使人呼吸困难、头脑昏沉，引起中毒，甚至有死亡的风险。常见的光化学烟雾还会降低空气的可见度、阻碍植物进行光合作用，也会使橡胶材料发生脆化，给环境和经济带来巨大破坏。在1995年，光化学烟雾事件就曾经在我国上海和成都等地发生过。然而没过几年，到了1998年和2001年，类似的污染问题又在北京和南宁初露端倪，给人们的身心健康造成了巨大的威胁。
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