車輛自燃預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉旭　蘇梟

【摘 要】車輛自燃是有規(guī)律的，在一定程度上是可以預(yù)防的。根據(jù)車輛自燃的主要原因，系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)開環(huán)霍爾電流傳感器、溫度傳感器、煙霧與可燃?xì)怏w探測器、火焰?zhèn)鞲衅鱽韺?shí)時(shí)監(jiān)測車輛各關(guān)鍵部分，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)自燃隱患。系統(tǒng)分為車廂部分和發(fā)動(dòng)機(jī)艙部分，兩部分通過RF無線方式通訊，使系統(tǒng)廣泛適用于各種車輛且安裝簡單。車廂部分可手持移動(dòng)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)異常情況時(shí)，車廂部分會(huì)通過語音與指示燈向駕乘人員發(fā)出警報(bào)，提醒駕乘人員及時(shí)作出反應(yīng)，以達(dá)到預(yù)防自燃的目的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)有非儲(chǔ)壓式超細(xì)干粉滅火器，具有系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)、人工按鍵遙控觸發(fā)、熱敏線明火觸發(fā)三種觸發(fā)方式，若車輛終究因各種不可抗因素起火，系統(tǒng)也可保證及時(shí)將火撲滅。

【關(guān)鍵詞】車輛自燃預(yù)警 自燃預(yù)防 自動(dòng)滅火 霍爾電流傳感器 RF無線通訊

車輛自燃事件時(shí)有發(fā)生，對社會(huì)資源和人民財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。車輛發(fā)生自燃后，一般都得不到及時(shí)發(fā)現(xiàn)，而發(fā)動(dòng)機(jī)后置的車輛則幾乎難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)艙的自燃。80%的車輛發(fā)生自燃后都造成車輛報(bào)廢，甚至造成人的傷亡。社會(huì)需要一種能減少車輛自燃發(fā)生概率、能在汽車發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)（比如車禍）能自動(dòng)滅火的裝置，所以本系統(tǒng)的研究是有一定必要性的。

1 汽車自燃的主要原因

（1）劣質(zhì)改裝造成的隱患。例如用戶為車添加防盜器、改裝車燈、換裝高檔影音系統(tǒng)等，但由于改裝不專業(yè)[1]，使線路實(shí)際負(fù)荷的功率超出設(shè)計(jì)，為車輛自燃留下隱患。

（2）電器線路短路及漏電等。使用時(shí)間較長的車輛會(huì)因線束絕緣體破損或電器故障老化[1]造成短路起火。

（3）燃油（氣）泄漏。主要由管路老化、龜裂、管路接口松脫導(dǎo)致燃油（氣）泄漏，泄漏的燃料遇到高熱部件（如燃?xì)夤艿龋┗蛘l(fā)生短路或老化的線束[1]等等造成車輛火災(zāi)。

（4）車輛撞擊導(dǎo)致機(jī)件故障引起自燃。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

汽車自燃預(yù)警系統(tǒng)由兩部分組成，其中一部分安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙，該部分主要由傳感器和自動(dòng)滅火裝置組成；另一部分放置在車廂內(nèi)，設(shè)計(jì)有語音報(bào)警裝置、數(shù)碼管顯示裝置和鍵盤。

兩個(gè)部分通過nRF905無線模塊相互通信。

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。

當(dāng)霍爾電流傳感器、煙霧與可燃?xì)怏w探測器、溫度傳感器檢測到異常時(shí)，系統(tǒng)均會(huì)通過語音與指示燈向駕乘人員發(fā)出相應(yīng)警報(bào)。當(dāng)火焰?zhèn)鞲衅鳈z測到火焰時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)滅火程序。執(zhí)行自動(dòng)滅火程序時(shí)，系統(tǒng)首先會(huì)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)開始30秒倒計(jì)時(shí)，倒計(jì)時(shí)的數(shù)值會(huì)顯示在數(shù)碼管上。在30秒倒計(jì)時(shí)結(jié)束之前，駕乘人員可手持車廂部分下車檢查，確認(rèn)是否起火。若確實(shí)起火，可按下鍵盤上“觸發(fā)滅火器按鍵” 立即觸發(fā)滅火器滅火。若為系統(tǒng)誤報(bào)，也可立即按下鍵盤上“切除警報(bào)按鍵”退出自動(dòng)滅火程序，系統(tǒng)在重啟之前不會(huì)再發(fā)出同樣的錯(cuò)誤警報(bào)。若30秒結(jié)束后，無任何按鍵操作，系統(tǒng)即自動(dòng)觸發(fā)滅火器滅火。另外“切除警報(bào)按鍵”也可以切除其他正在進(jìn)行的警報(bào)，如溫度警報(bào)、可燃?xì)怏w警報(bào)等。

3 系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)

3.1開環(huán)霍爾電流傳感器

開環(huán)霍爾傳感器可以通過非接觸方式測得電流大小。安裝時(shí)只需將主電流線穿過開環(huán)霍爾電流傳感器中心的圓孔，并將圓孔與電流線之間的孔隙填充并固定好，單片機(jī)即可通過霍爾電流傳感器輸出的電壓計(jì)算出線路中電流的大小[2]。

測算出車輛主電流線路中的電流大小，即可監(jiān)視整車的用電情況。若車輛發(fā)生電流短路或長時(shí)間處于大電流輸出狀態(tài)，系統(tǒng)即會(huì)發(fā)出警告，提醒駕乘人員檢查修理，由此可有效的防止車輛因電氣原因發(fā)生自燃。系統(tǒng)對電流的檢測頻率很快，每秒約檢測5000次，即使短路的時(shí)間特別短，也會(huì)被系統(tǒng)檢測到。

3.2溫度傳感器

系統(tǒng)采用DS18B20進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)溫度的采集。DS18B20功耗低、體積小、可靠性高，非常適合在發(fā)動(dòng)機(jī)艙復(fù)雜的環(huán)境中工作。

通過讀取發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的溫度，可得知發(fā)動(dòng)機(jī)艙是否通風(fēng)良好、是否有器件故障等情況，保持發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的溫度正常，可以延緩線路與器件的老化，可減小一定的自燃概率。

3.3煙霧與可燃?xì)怏w探測器

本系統(tǒng)采用MQ-2氣敏式煙霧與可燃?xì)怏w探測器，該探測器體積小、技術(shù)成熟、可靠性高，能同時(shí)監(jiān)測煙霧和可燃?xì)怏w。通過比較器LM393設(shè)定一個(gè)閥值，當(dāng)檢測到煙霧或可燃?xì)怏w的濃度超過該閥值，系統(tǒng)即會(huì)發(fā)出警報(bào)。通過該探測器，能保證在燃油（氣）剛剛泄露時(shí)和火災(zāi)剛剛起煙時(shí)即被發(fā)現(xiàn)[2]，可有效的避免事故與火災(zāi)的發(fā)生。

3.4火焰?zhèn)鞲衅?/p>

當(dāng)系統(tǒng)探測到火災(zāi)隱患時(shí)，通過語音和指示燈同時(shí)發(fā)出警報(bào)來提醒駕乘人員作出反應(yīng)，以此來達(dá)到預(yù)防火災(zāi)發(fā)生的目的。但是不排除以下幾種情況導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出警告，車輛附近卻無人存在，無法做出相應(yīng)處理導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生；車禍導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生；將抹布等可燃物放置在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)引起火災(zāi)以及其他人為因素引起火災(zāi)。鑒于以上幾種情況，也為了在火災(zāi)初期及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)且能更快更安全的撲滅火災(zāi)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了自動(dòng)滅火裝置和火焰?zhèn)鞲衅鳌?/p>

火焰?zhèn)鞲衅骺蓹z測火焰發(fā)出的波長760納米～1100納米的紅外光，檢測到不同量的紅外光，傳感器輸出的電壓值不同。通過比較器LM393設(shè)定一個(gè)閥值，當(dāng)檢測到的紅外光超過設(shè)定的閥值，系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出警報(bào)且啟動(dòng)自動(dòng)滅火程序。自動(dòng)滅火程序可以被人工關(guān)閉。

4 系統(tǒng)自動(dòng)滅火器部分設(shè)計(jì)

滅火器選用了非儲(chǔ)壓式超細(xì)干粉滅火器，非儲(chǔ)壓式滅火器激發(fā)時(shí)，有類似爆破效果，可以將滅火粉傳到發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)每個(gè)角落，滅火效果好[3]。滅火器有三種激發(fā)方式，系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)、人工按鍵遙控觸發(fā)、熱敏線明火觸發(fā)。

熱敏線明火觸發(fā)。顧名思義是通過明火觸發(fā)滅火器的，將熱敏線布置在車內(nèi)關(guān)鍵位置，當(dāng)有明火點(diǎn)燃熱敏線即會(huì)觸發(fā)滅火器。當(dāng)車輛發(fā)生嚴(yán)重碰撞，導(dǎo)致本系統(tǒng)損毀，熱敏線依舊可以被明火觸發(fā)，繼而激發(fā)滅火器滅火。

系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)。當(dāng)檢測到火光，且火光持續(xù)存在，系統(tǒng)即會(huì)進(jìn)入自動(dòng)滅火程序，系統(tǒng)首先發(fā)出火災(zāi)警告，并開始30秒倒計(jì)時(shí)，30秒內(nèi)若無任何操作，系統(tǒng)即會(huì)自動(dòng)觸發(fā)滅火器。

人工按鍵遙控觸發(fā)。在系統(tǒng)車廂部分設(shè)計(jì)有按鍵，按下“觸發(fā)滅火器按鍵”后即可觸發(fā)滅火器。

5 系統(tǒng)內(nèi)部通訊設(shè)計(jì)

為使本系統(tǒng)適用于多種車輛類型，也為使系統(tǒng)安裝簡單，且在安裝時(shí)不改變車體結(jié)構(gòu)與車內(nèi)線路布局，本系統(tǒng)采用nRF905無線模塊進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部通訊。nRF905工作在433MHz、868MHz、915MHz國際通用ISM免申請頻段，是GFSK調(diào)制的無線傳輸芯片，抗干擾能力強(qiáng)，非常適合工業(yè)控制場合。另外該模塊體積小、功耗低、價(jià)格低、非常適合安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙復(fù)雜而狹小的空間中。nRF905的穿透力強(qiáng)，其發(fā)射最大功率達(dá)到+10dBm，接收靈敏度是常用RF類型芯片中最靈敏的，達(dá)到-100dBm。

經(jīng)試驗(yàn)該模塊發(fā)出的信號能穿過發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)狹小孔隙、穿透車輛發(fā)動(dòng)機(jī)艙與車廂之間非金屬部分到達(dá)車廂，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)艙部分與系統(tǒng)車廂部分之間的通訊。

6 結(jié)語

車輛自燃預(yù)警系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)車輛線路短路、燃油（氣）泄漏、發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度過高造成的自燃隱患，能在車輛突發(fā)火災(zāi)的早期發(fā)出預(yù)警，實(shí)現(xiàn)了無人自動(dòng)滅火等多項(xiàng)功能。系統(tǒng)采用nRF905進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部通訊，使系統(tǒng)安裝簡單且適用于多種車輛類型。車輛自燃預(yù)警系統(tǒng)總體造價(jià)低廉，且能很好的減少車輛發(fā)生自燃的機(jī)率，能在火災(zāi)初期撲滅火災(zāi)，可有效地減少社會(huì)資源的浪費(fèi)，保護(hù)個(gè)人生命財(cái)產(chǎn)安全，具有一定的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

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基金項(xiàng)目：感謝西華大學(xué)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（苗子工程，項(xiàng)目編號：2015RZ0030）的資助