基于ARM的燃油发动机尾气参数测试系统的研究

论文摘要

近年来,汽车工业和航空工业中燃油发动机所带来的尾气污染和燃料浪费受到了人们的广泛关注。为了改变这种现状,对发动机的结构设计进行改进、提高燃烧效率是一个有效途径。在改进的研究过程中,需要对发动机的各种性能参数进行测试和分析,其中,燃烧尾气温度和主要组成成份(CO2、CO、HC)浓度的测量是一个重要部分。本文在深入分析发动机尾气温度和组分浓度等测试参数的变化特点和测试环境的基础上,提出了运用基于分子辐射吸收理论的红外检测技术和ARM技术构建发动机尾气参数测试系统的方案。通过对测试原理和方法的充分论证之后,设计了分别应用于温度和浓度测试的红外传感器;开发了以32位处理器S3C44B0为核心,包括A/D转换模块、LCD液晶显示模块、串口通讯模块在内的ARM中央硬件处理平台;完成了各电路模块印刷电路板的制作和分步调试;在ARM集成开发环境ADS1.2下完成了系统的启动代码和应用程序的编写,并结合硬件电路完成了整个系统的调试;最后在实验室完成了测试系统的标定实验。本系统在温度和浓度测试中采用红外光谱检测技术设计出的传感器与传统的同类传感器相比,具有响应速度快、能在恶劣环境下工作的优点;系统采用了ARM嵌入式处理器,实时性好,可脱机运行,携带方便,除了能用于检测发动机的尾气,还可推广到化工、电力、矿山等行业的危险气体检测。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出及意义
• 1.2 气体温度和浓度检测方法的研究现状
• 1.2.1 气体温度的测量方法
• 1.2.2 气体浓度的测量方法
• 1.3 ARM 处理器体系结构简介
• 1.4 课题研究内容及创新意义
• 1.5 本章小结
• 第二章 测试原理与系统总体方案设计
• 2.1 红外辐射吸收法测温的原理
• 2.1.1 热辐射的基本概念
• 2.1.2 普朗克（Planck）定律
• 2.1.3 基尔霍夫（Kirchhoff）定律
• 2.1.4 红外辐射法设计尾气温度传感器原理
• 2.2 气体浓度红外检测的基本原理和方法
• 2.2.1 红外气体分析的原理
• 2.2.2 差分吸收法设计浓度传感器的原理
• 2.2.3 红外光源和浓度探测器工作波长的选择
• 2.3 系统总体方案设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 测试系统硬件设计
• 3.1 红外传感器及其调理电路的设计
• 3.1.1 红外光源的选型
• 3.1.2 光源驱动电路设计
• 3.1.3 红外探测器的选型
• 3.1.4 红外探测器后续放大电路的设计
• 3.2 ARM 处理器及最小系统电路设计
• 3.2.1 ARM 处理器S3C4480 简介
• 3.2.2 处理器的硬件配置
• 3.2.3 ARM 系统电源电路设计
• 3.2.4 时钟电路设计
• 3.2.5 复位电路设计
• 3.2.6 存储器系统设计
• 3.2.7 JTAG 电路设计
• 3.3 A/D 转换模块电路设计
• 3.4 LCD 液晶显示模块电路设计
• 3.5 串行通讯模块电路设计
• 3.6 键盘电路模块设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 测试系统软件设计
• 4.1 测试系统的软件主流程
• 4.2 ADS1.2 简介和测试系统软件在ADS 下的开发
• 4.3 ARM 的BOOTLOADER 启动代码设计
• 4.4 数据采集处理程序设计
• 4.5 液晶显示程序设计
• 4.6 串口通讯程序设计
• 4.7 本章小结
• 第五章 测试系统的调试
• 5.1 印刷电路板的制作和抗干扰措施
• 5.2 系统电路板的功能模块分步调试
• 5.2.1 电源模块调试
• 5.2.2 ARM 最小系统调试
• 5.2.3 串口通讯模块调试
• 5.2.4 LCD 液晶显示模块调试
• 5.2.5 A/D 转换模块调试
• 5.2.6 光源驱动电路和探测器放大电路的测试
• 5.3 系统的整机调试和测试装置
• 5.4 系统的标定和实验结果分析
• 5.4.1 测试系统的标定
• 5.4.2 实验结果与分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录I 系统测试装置
• 附录II 系统印刷电路板