一种柴油机远程排放监测系统的制作方法

1.本发明涉及柴油机技术领域，特别是涉及一种柴油机远程排放监测系统。


背景技术：

2.随着汽车保有量不断增加，汽车尾气排放造成的污染问题也日益严重，在机动车中，柴油车造成的污染最为严重，尤其是重型柴油车造成的污染问题尤为严重。
3.目前，对于远程排放监测系统以及相关故障诊断方面的研究国内晚于国外发达国家，对远程排放监测系统的研究，研发投入成本高、难度大、周期长。现有的柴油机排放的检测大多数是通过现场检验仪器仪表来进行检测和判断，虽然多数车辆也设置了监测报警系统，但只是简单的参数越限报警，不具备远程数据传输及定位的功能，况且在向柴油机服务商请求服务时，由于信息不对称，柴油机服务商不能掌握柴油机的全面信息，也会造成故障不能及时排除，因此现有的监测和诊断方法准确性和效率低，局限性大。
4.基于上述问题，亟需一种新的监测系统以提高柴油车行驶及排放状况的监测效率及监测的全面性。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种柴油机远程排放监测系统，可提高柴油车行驶及排放状况的监测效率及监测的全面性。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种柴油机远程排放监测系统，所述柴油机远程排放监测系统包括：
8.数据采集单元，设置在待测柴油机的排放通道上，用于检测待测柴油机的排放数据；
9.定位单元，设置在待测柴油机上，用于实时定位所述待测柴油机的位置数据；
10.第一处理单元，分别与所述数据采集单元及所述定位单元连接，用于根据所述排放数据及位置数据，确定所述待测柴油机的排放情况；
11.通信单元，与所述第一处理单元连接，用于将所述待测柴油机的排放情况及位置数据实时传输至云服务器进行远程监测。
12.可选地，所述待测柴油机的排放通道上依次设置有氧化催化器、柴油颗粒过滤器、选择性催化还原系统、以及氨逃逸催化器；
13.所述排放数据包括：氧化催化器上游温度、柴油颗粒过滤器上游温度、柴油颗粒过滤器压差、选择性催化还原系统上游温度、选择性催化还原系统下游温度、上游氮氧化物浓度以及下游氮氧化物浓度；
14.所述数据采集单元包括：
15.氧化催化器上游温度传感器，设置在所述氧化催化器的上游；
16.柴油颗粒过滤器上游温度传感器，设置在所述柴油颗粒过滤器的上游；
17.柴油颗粒过滤器压差传感器，设置在所述柴油颗粒过滤器上，用于检测所述柴油
颗粒过滤器的压差；
18.选择性催化还原系统上游温度传感器，设置在所述选择性催化还原系统的上游；
19.选择性催化还原系统下游温度传感器，设置在所述选择性催化还原系统的下游；
20.上游氮氧化物浓度传感器，设置在所述氧化催化器上，且在所述氧化催化器上游温度传感器前，用于检测所述选择性催化还原系统上游的氮氧化物浓度；
21.下游氮氧化物浓度传感器，设置在氨逃逸催化器后，用于检测经过氧化催化器捕集碳氢、柴油颗粒过滤器捕集颗粒物、选择性催化还原系统捕集氮氧化物以及氨逃逸催化器捕集逃逸的氨后的排气中剩余的氮氧化物浓度值。
22.可选地，所述第一处理单元为stm21f103芯片。
23.可选地，所述柴油机远程排放监测系统还包括：
24.数据存储单元，与所述第一处理单元连接，用于存储所述待测柴油机的排放情况及位置数据。
25.可选地，所述柴油机远程排放监测系统还包括第一传输单元及远程终端；
26.其中，所述第一传输单元分别与所述第一处理单元及所述远程终端连接，所述第一传输单元用于将所述待测柴油机的排放情况及位置数据实时传输至所述远程终端；
27.所述远程终端实时显示待测柴油机的排放情况及位置。
28.可选地，所述远程终端包括：
29.第二传输单元，与所述第一传输单元连接，用于接收所述待测柴油机的排放情况及位置数据；
30.第二处理单元，与所述第二传输单元连接，用于解析所述排放情况及位置数据；
31.显示单元，与所述第二处理单元连接，用于显示所述排放情况及位置数据。
32.可选地，所述氧化催化器上游温度传感器、柴油颗粒过滤器上游温度传感器、柴油颗粒过滤器压差传感器、选择性催化还原系统上游温度传感器及选择性催化还原系统下游温度传感器通过模拟数字a/d采样电路与所述第一处理单元进行数据传输；
33.所述上游氮氧化物浓度传感器及下游氮氧化物浓度传感器通过控制器局域网络can总线与所述第一处理单元进行数据传输。
34.可选地，所述定位单元通过串口与所述第一处理单元进行数据传输。
35.可选地，所述通信单元为通用分组无线服务gprs模块。
36.可选地，所述通信单元通过串口与所述第一处理单元进行数据传输。
37.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：通过数据采集单元实时采集待测柴油机的排放数据，同时定位单元定位待测柴油机的位置，不仅能检测柴油机的排放数据，还可以确定待测柴油机的位置数据，方便柴油机服务商掌握柴油机全面的信息，根据排放数据及位置信息，确定对应的待测柴油机的排放情况，最后将待测柴油机的排放情况及位置信息发送至云服务器，进行远程监测。通过远程实时传输柴油机的排放情况，提高了柴油机车排放状况的监测效率。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1为本发明柴油机远程排放监测系统的模块结构示意图；
40.图2为数据采集单元的模块结构示意图。
41.符号说明：
42.数据采集单元
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1，氧化催化器上游温度传感器
‑
11，柴油颗粒过滤器上游温度传感器
‑
12，柴油颗粒过滤器压差传感器
‑
13，选择性催化还原系统上游温度传感器
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14，选择性催化还原系统下游温度传感器
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15，上游氮氧化物浓度传感器
‑
16，下游氮氧化物浓度传感器
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17，定位单元
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2，第一处理单元
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3，通信单元
‑
4，数据存储单元
‑
5，第一传输单元
‑
6，云服务器
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7，远程终端
‑
8，第二传输单元
‑
81，第二处理单元
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82，显示单元
‑
83。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.本发明的目的是提供一种柴油机远程排放监测系统，通过数据采集单元实时采集待测柴油机的排放数据，同时定位单元定位待测柴油机的位置，不仅能检测柴油机的排放数据，还可以确定待测柴油机的位置数据，方便柴油机服务商掌握柴油机全面的信息，根据排放数据及位置信息，确定对应的待测柴油机的排放情况，最后将待测柴油机的排放情况及位置信息发送至云服务器，进行远程监测。通过远程实时传输柴油机的排放情况，提高了柴油机车排放状况的监测效率。
45.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
46.如图1所示，本发明柴油机远程排放监测系统包括：数据采集单元1、定位单元2、第一处理单元3以及通信单元4。
47.其中，所述数据采集单元1设置在待测柴油机的排放通道上，所述数据采集单元1用于检测待测柴油机的排放数据。
48.所述定位单元2设置在待测柴油机上，所述定位单元2用于实时定位所述待测柴油机的位置数据。所述位置数据包括经纬度及偏航角。
49.所述第一处理单元3分别与所述数据采集单元1及所述定位单元2连接，所述第一处理单元3用于根据所述排放数据及位置数据，确定所述待测柴油机的排放情况。优选地，所述第一处理单元3为stm21f103芯片。
50.所述第一处理单元3支持解码库(national marine electronics association，nmea)，根据nmea定义的格式对经纬度进行数据解码，利用nmea解码库解码nmea语句，通过直接烧写即可完成定位数据的解析。
51.在本实施例中，所述上游氮氧化物浓度传感器及下游氮氧化物浓度传感器通过控制器局域网络(controllerarea network，can)总线与所述第一处理单元3进行数据传输。
52.can总线是现今应用最广泛的现场总线之一，一条can总线可挂载多个节点。
53.所述第一处理单元3包括can模块。所述can模块包括控制器与收发器。控制器用于对高速can与低速can的链路控制。can通讯的物理层分别连接通讯两端的can_h和can_l总线。can总线常用的物理介质包括光纤、双绞线等。本实施例中采用双绞线。can总线正常工作时两根总线压差保持在2v左右。
54.第一处理器集成了2路can模块，每一路can模块均支持can2.0a和can2.0b协议；在can总线两端各连接有一个120ω的电阻，能够消除差分信号增强总线的抗干扰能力。
55.所述定位单元2通过串口与所述第一处理单元3进行数据传输。
56.本实施例中，采用l76
‑
lb模块实现定位功能。l76
‑
lb模块体积小、功耗低、信道数多、灵敏度高、抗干扰能力强且冷启动速度快，包括99个捕获信道，210个prn信道以及33个追踪信道，冷启动速度仅需15s。
57.具体地，第一处理单元3采用串口通信方式通过定位单元2获取柴油机的当前经纬度信息以及偏航角数据。
58.所述通信单元4与所述第一处理单元3连接，所述通信单元4用于将所述待测柴油机的排放情况及位置数据实时传输至云服务器7进行远程监测。在本实施例中，所述通信单元4为通用分组无线服务(general packet radio service，gprs)模块。
59.所述通信单元4通过gprs/gsm模块基于消息队列遥测传输(message queuing telemetry transport，mqtt)通信协议将排放情况以数据包的形式上传至云服务器7。实现柴油机远程排放数据监测的目的。
60.优选地，所述通信单元4通过串口与所述第一处理单元3进行数据传输。
61.具体地，所述待测柴油机的排放通道上依次设置有氧化催化器、柴油颗粒过滤器、选择性催化还原系统以及氨逃逸催化器；
62.所述排放数据包括：氧化催化器上游温度、柴油颗粒过滤器上游温度、柴油颗粒过滤器压差、选择性催化还原系统上游温度、选择性催化还原系统下游温度、上游氮氧化物浓度以及下游氮氧化物浓度。
63.如图2所示，所述数据采集单元1包括：氧化催化器上游温度传感器11、柴油颗粒过滤器上游温度传感器12、柴油颗粒过滤器压差传感器13、选择性催化还原系统上游温度传感器14、选择性催化还原系统下游温度传感器15、上游氮氧化物浓度传感器16及下游氮氧化物浓度传感器17。本实施例中的传感器均为智能传感器。
64.其中，所述氧化催化器上游温度传感器11设置在所述氧化催化器的上游。
65.所述柴油颗粒过滤器上游温度传感器12设置在所述柴油颗粒过滤器的上游。
66.所述柴油颗粒过滤器压差传感器13设置在所述柴油颗粒过滤器上，所述柴油颗粒过滤器压差传感器13用于检测所述柴油颗粒过滤器的压差。
67.所述选择性催化还原系统上游温度传感器14设置在所述选择性催化还原系统的上游。
68.所述选择性催化还原系统下游温度传感器15设置在所述选择性催化还原系统的下游。
69.所述上游氮氧化物浓度传感器16设置在所述氧化催化器上，且在所述氧化催化器上游温度传感器11前，所述上游氮氧化物浓度传感器16用于检测所述选择性催化还原系统上游的氮氧化物浓度。
70.所述下游氮氧化物浓度传感器17设置在氨逃逸催化器后，所述下游氮氧化物浓度传感器17用于检测经过氧化催化器捕集碳氢、柴油颗粒过滤器捕集颗粒物、选择性催化还原系统捕集氮氧化物以及氨逃逸催化器捕集逃逸的氨后的排气中剩余的氮氧化物浓度值。
71.所述第一处理单元3还与所述待测柴油机的电子控制单元(electronic control unit，ecu)连接，所述第一处理单元3从所述电子控制单元获取所述待测柴油机的工况信息。所述工况信息包括待测柴油机的转速、扭矩。
72.所述第一处理单元3通过所述下游氮氧化物浓度传感器17每隔0.2s采集一次氨逃逸催化器下游的nox浓度，并进行累加，得到e；
73.所述第一处理单元3还用于根据所述待测柴油机的转速、扭矩以及nox浓度脉谱，得到待测柴油机在对应的工况下的标定状态nox浓度值，并进行累加，得到e0。所述nox浓度脉谱为预先在第一处理单元3中存储的数据。
74.以e和e0的比值λ表征待测柴油机原机的nox排放漂移的程度。
75.若λ≥1.05或λ≤0.95，则判断待测柴油机原机的nox排放漂移，否则待测柴油机原机的nox排放未漂移。进而推断出排放超限故障是由氨逃逸催化器劣化引起。
76.同样地，所述第一处理单元3还用于根据所述氧化催化器上游温度，确定排放超限故障是否由氧化催化器引起。
77.所述第一处理单元3还用于根据所述柴油颗粒过滤器上游温度以及柴油颗粒过滤器压差，确定排放超限故障是否由柴油颗粒过滤器引起。
78.所述第一处理单元3还用于根据所述选择性催化还原系统上游温度及选择性催化还原系统下游温度，确定排放超限故障是否由选择性催化还原系统引起。
79.优选地，所述第一处理单元3根据所述氧化催化器上游温度、柴油颗粒过滤器上游温度、柴油颗粒过滤器压差、选择性催化还原系统上游温度、选择性催化还原系统下游温度、上游氮氧化物浓度以及下游氮氧化物浓度，确定所述待测柴油机是否排放超限，在排放超限时产生排放超限故障信号。
80.所述柴油机远程排放监测系统还包括警报单元。所述警报单元与所述第一处理单元3连接，所述警报单元用于根据所述排放超限故障信号产生警报信息；所述警报单元可直接向待测柴油机的使用者发送警报信息，也可以将警报信息通过通信单元4传输至云服务器7。
81.进一步地，所述柴油机远程排放监测系统还包括数据存储单元5。所述数据存储单元5与所述第一处理单元3连接，所述数据存储单元5用于存储所述待测柴油机的排放情况及位置数据。所述数据存储单元5通过串口与所述第一处理单元3进行数据传输。
82.优选地，所述数据存储单元5采用基于labview的数据存储单元5。基于labview的数据存储单元5通过串口通信实现第一处理单元3和labview之间的通信，将排放情况及位置信息进行数据存储，并按照一定的格式输出。
83.更进一步地，所述柴油机远程排放监测系统还包括第一传输单元6及远程终端8。
84.其中，所述第一传输单元6分别与所述第一处理单元3及所述远程终端8连接，所述第一传输单元6用于将所述待测柴油机的排放情况及位置数据实时传输至所述远程终端8。在本实施例中，所述第一传输单元6为nrf24l01无线收发器芯片。nrf24l01无线收发器芯片传输速度快，最高可达2mbps，实时性强，延迟非常低，丢包率和数据传输错误率低且功耗
低。本发明采用nrf24l01无线收发器芯片进行数据传输，进一步提高柴油机排放远程监测的效率。
85.在本实施例中，所述第一传输单元6通过串行外设接口(serial peripheral interface，spi)与所述第一处理单元3进行数据传输。
86.所述远程终端8实时显示待测柴油机的排放情况及位置。
87.具体地，所述远程终端8包括：第二传输单元81、第二处理单元82以及显示单元83。
88.所述第二传输单元81与所述第一传输单元6连接，所述第二传输单元81用于接收所述待测柴油机的排放情况及位置数据。在本实施例中，所述第二传输单元81为nrf24l01无线收发器芯片。
89.所述第二处理单元82与所述第二传输单元81连接，所述第二处理单元82用于解析所述排放情况及位置数据。
90.所述显示单元83与所述第二处理单元82连接，所述显示单元83用于显示所述排放情况及位置数据。在本实施例中，所述显示单元83为液晶显示器(liquid crystal display，lcd)。
91.本发明中所使用的传感器在采集到信号后能够自动将其发送到can总线上，第一处理单元3不需要发送请求帧，只需与数据采集单元1建立can通讯即可接收到各传感器的数据。
92.本发明柴油机远程排放检测系统的工作流程为：
93.首先完成can通讯、spi通讯、串口通讯、nrf24l01远程数据传输单元、lcd显示器等模块的初始化工作。然后基于freertos操作系统进行任务分配，开启任务调度。数据采集单元1基于can通讯完成数据采集任务，定位任务通过gps无线定位单元2获取待测柴油机的经纬度信息，远程数据传输任务基于spi通信完成排放数据及发动机数据的远程传输，第一处理单元3stm32f103zet6与labview之间通过串口通信将数据发送至labview，通过labview实现数据监测和数据存储，labview根据实时接收到的经纬度数据信息调用百度api进行实时定位显示，无线通讯任务根据配置好的端口号以及ip地址等相关参数开始自动连入服务器，第一处理器stm32f103zet6采用at指令通过gprs模块向云服务器7发送请求包，请求登入并上传实时监测数据，最终完成待测柴油机和后处理系统排放数据的远程监测。
94.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。