Система для визначення складу вихлопних газів автомобілів

Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Інститут автоматики, електроніки та комп’ютерних систем управління

Факультет функціональної електроніки та лазерної техніки

Кафедра МПА

СИСТЕМА ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ СКЛАДУ ВИХЛОПНИХ ГАЗІВ АВТОМОБІЛІВ

Пояснювальна записка

до курсового проекту з дисципліни

 “Інформаційно-вимірювальні системи”

за спеціальністю

6.091302 “Метрологія та вимірювальна техніка”

08 – 03.ІВС.005.00.000 ПЗ

Керівник курсового проекту

 к.т.н., доц. Кулаков П.І.

”___” ____________2010р.

Вінниця ВНТУ 2010

Зміст

Анотація

Вступ

1. Технічне обґрунтування варіанту реалізації

1.1 Вплив вихлопних газів автотранспорту на екосистему та наслідки їх тривалої дії

1.2 Склад вихлопних газів теплових двигунів

1.3 Нормування шкідливих викидів двигунами транспортних засобів

1.4 Існуючі види газоаналізаторів

2. Розробка структурної схеми

2.1 Вибір оптимального варіанту структурної схеми

2.2 Оптимальний варіант структурної схеми

3. Розробка електричної принципової схеми системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів

3.1 Вибір мікроконтролера

3.2 Інтерфейс RS-485

3.3 Вибір джерела опорної напруги

3.5 Кисневий датчик А-01

4. Електричні розрахунки

5. Розрахунок похибки вимірювання

Висновки

Перелік посилань

Анотація

УДК. 621.38

Система для визначення складу вихлопних газів автомобілів. Курсовий проект.

ВНТУ, 2010, Українська мова; сторінок; додатки.

В цьому курсовому проекті розроблена система для визначення складу вихлопних газів автомобілів. Проведено аналіз необхідних технічних параметрів системи, що проектується, здійснено огляд можливих варіантів вирішення задачі, та вибрано найкращий принцип роботи автоматизованої системи на базі мікроконтролера фірми Atmel серії ATМеga48. Також у курсовому проекті розроблена електрична і структурна схема системи, проведені розрахунки основних її елементів, розраховані похибки.

В додатках наведена електрична принципова схема і перелік елементів.

Вступ

 

Атмосфера - це газоподібна оболонка Землі. Наявність атмосфери - одна з найголовніших умов життя на планеті. Без їжі людина може обходитися місяць, без води - тиждень, а без повітря не проживе й кількох хвилин.

Основними забруднювачами атмосфери є різні гази, газоподібні речовини, аерозолі, пил, які викидаються в атмосферу об’єктами енергетики, промисловості й транспорту. На сьогоднішній день довкілля забруднюють більше ніж 7 тис. хімічних сполук, що виділяються в процесі промислового виробництва, багато з яких – токсичні, мутагенні та канцерогенні.

До найпоширеніших і найнебезпечніших забруднювачів повітря належать оксиди нітрогену, оксиди карбону та бензол. Щорічно, в результаті згоряння палива в атмосферу планети викидається приблизно 22 млрд. т діоксиду карбону, транспортні перевезення (в основному автомобілі) є причиною 40 % забруднень атмосфери великих міст.

Становище погіршується ще й тим, що автомобільні викиди концентруються в приземному шарі повітря - саме в зоні нашого дихання. Тому питання забруднення атмосфери оксидами нітрогену та карбону і методи зменшення цього забруднення є досить актуальними в наш час. Розробляється велика кількість методів для очищення повітря від забрудників - як простих та дешевих, так і складних та дорогих, але досконалих. Метод зменшення забруднення атмосфери залежить від джерела викиду та впливу забруднюючої речовини на земну літо- , гідро-, атмо- , біосферу та людину.

Тому метою курсового проекту є розробка системи для вимірювання складу вихлопних газів автомобілів. Розроблена система буде мати високу швидкодію, зручна у використанні і матиме низьку собівартість.

1 Технічне обґрунтування варіанту реалізації системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів

Дослідити забруднення атмосфери пересувними джерелами, охарактеризувати забруднюючі речовин, які є складовими вихлопних газів, провести огляд методів виявлення в повітрі шкідливих речовин.

Визначити кількість шкідливих речовин в середовищі, яка не буде шкодити живим організмам. Також встановити ступінь небезпечності речовини, і її допустима концентрація.

Концентрація – хімічні сполуки які припадають на одиницю маси або об’єму тіла навколишнього середовища. За допомогою концентрації можна визначити хімічний, фізичний та іншій вплив речовин на навколишнє середовище. А також досягти допустимої концентрації коли вплив шкідливих речовин на атмосферу буде мінімальним.

1.1 Вплив вихлопних газів автотранспорту на екосистему та наслідки їх тривалої дії

Темпи росту міст, особливо великих і найбільших, значні. Вони нерідко зливаються територіально, утворюючи урбанізовані зони, що характеризуються високою концентрацією всіх їхніх складових – населення, промисловості, транспорту, забудови [9].

Слід зазначити, що в умовах міста зростає несприятливий вплив середовища на людину.

У загальному випадку комфортність середовища існування визначається природно-кліматичними умовами регіону. На сукупність регіональних природно - кліматичних умов у межах урбанізованих територій значний вплив здійснює мезокліматичний ефект урбанізації. Мезоклімат визначається як сукупність стійких особливостей клімату, обумовлених характерними її рисами місцевого (у даному випадку міського) ландшафту.

Мезокліматичний ефект урбанізації обумовлюється визначеними фізичними процесами, серед яких центральне місце займає формування димового і пилового куполу - теплоуловлюючої «сорочки», що складається із шару повітря з включеннями різних аерозолей.

Димопиловий купол формується як єдине ціле з запірним шаром повітря, що створює замкнуту циркуляцію в межах контуру урбанізованої зони на висоту порядку декількох сотень метрів (нижній край шару знаходиться на висоті 100—150 м від рівня землі). У центрі купола потоки спрямовані нагору, а потім радіально розходяться до периферії, де на відстані 15—З0 км від центра горизонтальні потоки переходять у спадні, і поблизу поверхні землі знову направляються до центру [2].

Наявність димопилового куполу викликає парниковий ефект, обумовлений високими концентраціями водяних парів і вуглекислого газу. Підвищення температури підкупольного простору викликане парниковим ефектом, збільшується завдяки теплонадходженням від штучних джерел, у тому числі від автотранспорту. У результаті цього в приземному шарі повітря спостерігається стійке підвищення температури, що є одним з основних ефектів мезоклімату урбанізованих місцевостей.

Заслуговує на увагу і такий ефект мезоклімату, як зміна інтенсивності сонячної радіації внаслідок зміни оптичних властивостей приземного шару повітря.

Мезокліматичний ефект урбанізації позначається також на режимі аерації територій. Як результат відбувається зміна рози вітрів.

І як остаточний підсумок, загальний мезокліматичний ефект урбанізації виражається в зміні таких природно - кліматичних характеристик, як температура, вологість повітря, сонячна радіація, швидкість і напрямок вітру.

Підвищена концентрація автомобілів на обмежених територіях призводить до переходу кількісних змін впливу автомобільного транспорту на середовище в якісні. Так, забруднення автотранспортом атмосферного повітря в урбанізованих зонах з локального, тобто виникаючого навколо окремих джерел забруднення, з ростом автомобілізації перетворюється в дифузійне (загальне) забруднення, при якому розсіювання вихлопних газів, що дозволяє зменшити концентрацію шкідливих речовин у повітрі, призводить тільки до нагромадження загального забруднення повітряного басейну міста під димопиловим куполом [3].

 Вносячи свою частку у формування димопилового куполу та інші фізичні процеси, що Визначають мезокліматичний ефект урбанізованих зон, автотранспорт робить і інший вплив на складові міського середовищі [7].

Забруднення атмосферного повітря значно впливає на будинки і спорудження міст, наносить непоправної шкоди пам'ятникам культури, прискорюючи їхнє старіння. Забруднене повітря викликає посилену корозію металів, безжалісно знищує позолоть інтер'єрів музеїв, древні фрески.

Основними штучними джерелами забруднення довкілля, що виникають в результаті діяльності людини, є об'єкти транспорту, промисловості, енергетики, сільського та комунального господарств. Переважаючим серед цих джерел є саме транспорт.

Вплив транспорту на екосистеми полягає у:

- забруднені атмосфери, водних об'єктів і земель, зміні хімічного складу грунтів і мікрофлори, утворенні виробничих відходів, шлаків, замазучування грунтів, котельних шлаків, золи і сміття. Забруднюючі речовини, окрім шкідливого впливу на живу природу, негативно впливають на створені людиною системи — особливо на будівельні матеріали, історичні архітектурні і скульптурні пам'ятники і інші витвори мистецтва, викликають корозію металів, псування шкіряних і текстильних виробів;

- споживанні природних ресурсів — атмосферного повітря, яке необхідне для перебігу робочих процесів в ДВЗ транспортних засобів, нафтопродуктів і природного газу, які є паливом для ДВС, води для систем охолодження ДВЗ і мийки транспортних засобів, виробничих і побутових потреб підприємств транспорту, земельних ресурсів, відчужених під будівництво автомобільних доріг і залізниць, аеродромів, трубопроводів, річкових і морських портів і інших об'єктів Інфраструктури транспорту;

- виділенні теплоти в довкілля під час роботи ДВЗ і установок, в яких спалюють паливо в транспортних виробництвах;

- створенні високих рівнів шуму і вібрації;

- можливості активації несприятливих природних процесів таких як водна ерозія, заболочення місцевості, утворення сельових потоків, зсувів і обвалів;

- травмуванні та загибелі людей, тварин, нанесення великих матеріальних збитків внаслідок аварій і катастроф;

- порушенні грунтово-рослинного покрову і зменшенні врожайності сільськогосподарських культур.

Забруднення повітря транспортними засобами майже виключно пов'язано із споживанням енергії видобувних палив. Згідно до європейської статистики за 2009 рік енерговитрати транспорту сягали 29,8 % загального споживання енергії в Європейському Союзі (ЄС). Це сумарно з промисловим споживанням енергії, що дорівнює третині загального споживання енергії в ЄС.

Автомобільний транспорт є однією з галузей, що в значній мірі визначає розвиток промисловості і сільського господарства будь-якої країни. Тому світовий парк автотранспортних засобів безперервно збільшується. Значну роль відіграє автомобільний транспорт в економіці України. Автомобільним транспортом перевозиться понад 60 % пасажирів і більше половини обсягу вантажів. Якщо оцінювати внесок автомобільного транспорту в загальне забруднення атмосферного повітря в Україні, то його частка за оксидом вуглецю становитиме 49 %, за вуглеводнями – 32 %, за оксидами азоту – 20 %. В багатьох містах України викиди автотранспорту становлять від 60 до 90 %.

Шкідливий вплив автомобільного транспорту на навколишнє середовище проявляється під час руху автомобілів, їх технічного обслуговування, а також в зв'язку з існуванням інфраструктури, що забезпечує функціонування автомобільного транспорту.

Викиди автотранспортних засобів складають біля 40 % всіх шкідливих речовин, що потрапляють в атмосферу. Для ряду міст України (Київ, Львів, Чернівці, Полтава та інші) ця величина перевищує 70 %.

Незважаючи на значне зменшення шкідливих викидів, їх величина залишається значною і складає близько 40 кг на кожного жителя України.