基于Arduino 和Labview 的汽車自燃監(jiān)測預警系統(tǒng)設計

梁贊

（重慶旅游職業(yè)學院，重慶409000）

隨著我國汽車保有量的不斷增加，汽車自燃事件也屢見不鮮，通常情況下，汽車自燃事故發(fā)生前車輛無明顯征兆、無故障排除技術，但是車輛自燃過程迅速，車輛在短時間內可能燃燒成灰，因此汽車自燃一旦發(fā)生，控制難度極大，易造成經濟損失。為解決上述問題，避免車輛運行過程中的潛在危險，提出基于Arduino 和Labview 的汽車自燃監(jiān)測預警系統(tǒng)設計的方法[1]。分析了引起汽車自燃的主要原因，常見原因包括汽車電器的短路著火和相關電器的內部故障的線路火災以及汽車供油系統(tǒng)的漏油和高溫引起的油路火災。

1 汽車自燃監(jiān)測預警系統(tǒng)設計

1.1 汽車自燃監(jiān)測預警系統(tǒng)硬件配置

基于Arduino 原理進行系統(tǒng)硬件配置的優(yōu)化，Arduino 是一個非常方便和靈活的開放源碼電子原型平臺。利用I/O 接口進行開放源代碼傳輸，系統(tǒng)硬件配置結構主要利用Arduino 電路板進行電路連接，同時利用Arduino IDE 進行系統(tǒng)計算機程序的開發(fā)[2]。系統(tǒng)硬件配置芯片是STC89C51，并將數(shù)據(jù)直接下載到STC89C51 程序中，由單片機完成相應功能，對STC89C51 程序進行反復重寫保證系統(tǒng)運行過程中不中斷電源。進一步對系統(tǒng)的傳感器、信號處理、單片機控制、顯示、聲光報警等設備進行優(yōu)化。采用傳感器進行特征信號的采集，并對系統(tǒng)單片機進行分析判斷，通過LCD 進行顯示[3]。在系統(tǒng)運行過程中，若檢測出異常(即超出設定值)時，則應使用聲光報警進行預警，為保障預警效果，對汽車自燃監(jiān)測預警系統(tǒng)硬件配置進行優(yōu)化，具體如圖1 所示。

圖1 汽車自燃監(jiān)測預警系統(tǒng)硬件配置

基于上述配置進一步進行優(yōu)化，利用溫度傳感器判斷發(fā)動機內溫度是否過高，判斷汽車是否自燃。傳感器采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，其數(shù)據(jù)傳輸由單線數(shù)據(jù)線完成。并在系統(tǒng)中增加A/D 模塊，簡化硬件電路，降低成本。

每個傳感器都通過硬線管或LIN 總線與控制器通訊。當溫度傳感器發(fā)現(xiàn)機器溫度與工作溫度不一致時，控制器會記錄異常的溫度碼，并將其值傳給車內主機，建立溫度場，從而準確確定火情。進一步結合自組網(wǎng)主機和空調自控系統(tǒng)組成的空氣質量監(jiān)測模塊。系統(tǒng)入口裝置PM2.5 傳感器，用來監(jiān)測空氣中的懸浮粒子[4]。采用激光散射法對微粒的粒徑和數(shù)量進行計算，檢測微粒濃度大于0.1μM。利用AQS 傳感器實現(xiàn)對汽車數(shù)值偏差的檢測。在數(shù)據(jù)偏斜的情況下，空調器控制器記錄相關數(shù)據(jù)，并通過CAN 總線向車載主機傳送，對汽車自然情況進行準確監(jiān)控和預警。在傳感器、執(zhí)行機構發(fā)生斷路、短路故障時，各系統(tǒng)均可能發(fā)生火災，系統(tǒng)控制器向車聯(lián)網(wǎng)主機發(fā)送故障碼記錄，在車聯(lián)網(wǎng)主機懷疑發(fā)生火災時，系統(tǒng)控制器CAN 節(jié)點丟失，記錄節(jié)點丟失，出現(xiàn)預警，實現(xiàn)汽車自然判斷決策依據(jù)。

1.2 汽車自燃監(jiān)測預警系統(tǒng)軟件優(yōu)化

使用Labview 圖形編輯語言進行系統(tǒng)程序的編寫。Labview編輯語言所生成的程序是平臺的核心，以框圖形式表示。更好的解決監(jiān)測預警問題。故障碼監(jiān)控車輛啟動，系統(tǒng)啟動，設置中斷，ADC，設置計時器，啟動中斷，單片機進入低能工作模式，定時器喚醒單片機退出低能工作模式。該系統(tǒng)對數(shù)字煙霧信號進行判斷，如果超出預設閾值，返回到低功率階段[5]。超過此限時，判斷為有效信號，確認信號重復判斷。最后由主機輸出聲光報警指令，通過喇叭、燈光反饋給乘客有效的報警信息。如果沒有火警，或者沒有處理失敗，手動報警系統(tǒng)會自動關閉，進入報警狀態(tài)。自燃會產生很多煙，煙感應元件用于探測煙霧，當濃度達到一定限度時，立即報警。

系統(tǒng)采用C 語言編程進行軟件運行流程的優(yōu)化。當溫度傳感器、煙感傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鳈z測到駕駛室內的任何溫度、煙霧或火焰都超過了規(guī)定的范圍時，會發(fā)出警報，并啟動蜂鳴器，實現(xiàn)對車輛溫度變化及煙霧排放情況進行實時檢測，并根據(jù)檢測結果進行報價預測，保證系統(tǒng)運行安全。

1.3 汽車自然檢測預警的實現(xiàn)

進一步在汽車內部網(wǎng)絡主機上發(fā)出上汽車機控異常情況的監(jiān)測預警制命令，通過BCM 進行自動解鎖中控處理，在檢測簇車輛高溫危險時及時發(fā)送報警指示，根據(jù)當前車輛運行情況進行有效控制。

在車輛行駛過程中，控制器和傳感器執(zhí)行機構根據(jù)策略設置不同參數(shù)，當故障碼沒有著火時，輸入各控制器的寄存器，在組合儀表上顯示維修提示，并在下一次進入維修站維修時進行檢測和處理。進一步利用LM317 控制端變阻器調節(jié)輸出電壓至3.0V，當電壓變化至5V 時，可連接系統(tǒng)的最大輸出電壓。在系統(tǒng)中，由于存在誤判的可能，為了控制整個系統(tǒng)的切換，避免預警誤差。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以重啟系統(tǒng)并關閉錯誤警告功能。在進行自然監(jiān)測預警的過程中，系統(tǒng)板載網(wǎng)絡主機通過BCM 發(fā)送車輛控制指令來控制周圍的光線，并將其預警數(shù)據(jù)轉換成顏色代碼#FF0000，從而保證在出現(xiàn)系統(tǒng)運行誤差的過程中發(fā)出不同顏色的LED 燈光預警信號，同時進行預警提示音的設置，利用組合式驅動蜂鳴器發(fā)預警警報，在系統(tǒng)的中央控制面板和集成儀表中對汽車自燃信息進行顯示。并將汽車自燃報警信息被推送到后臺服務器，由后臺服務器向移動端發(fā)送，基于上述方法進行火情預警模塊功能的優(yōu)化，具體如圖2 所示。

圖2 火情預警模塊功能優(yōu)化

在確認故障碼與火災事故相關后，控制器通過CAN 總線將故障碼信息發(fā)送到車載主機。車載網(wǎng)絡主機在收到預警碼后，比較各個溫度傳感器所建立的溫度場矩陣，蓄電池傳感器記錄的電壓、電流，空氣質量傳感器數(shù)據(jù)流和油液監(jiān)測數(shù)據(jù)，確定故障反饋點是否有溫度異常，是否有電壓、電流的異常突變，是否有空氣中的異常溫度，是否有懸浮粒子的異常高值。當確定有汽車自燃現(xiàn)象發(fā)生時，通過火災信息記錄模塊記錄火情信息，并上傳到后臺服務器，車輛聯(lián)網(wǎng)主機運行火災預警模塊，通過相關網(wǎng)絡發(fā)送火情信息，控制器根據(jù)實際火災情況，發(fā)出聲光報警，并進行控制處理。

2 實驗結果分析

為驗證基于Arduino 和Labview 的汽車自燃監(jiān)測預警系統(tǒng)運行的正確性和有效性，進行了實驗檢測，為保障實驗研究效果，對汽車等結構材料進行可燃性測試，在高溫環(huán)境下對比汽車自燃不同等級下的檢測預警效果并進行記錄，分別記錄在相同環(huán)境下的系統(tǒng)運行靈敏性和監(jiān)測預警準確性，具體檢測結果如圖3 所示。

圖3 實驗檢測結果

基于上圖檢測結果可知，相對于傳統(tǒng)方法而言，提出的基于Arduino 和Labview 的汽車自燃監(jiān)測預警系統(tǒng)在實際應用過程中具有較高的監(jiān)測預警靈敏性和檢測準確性，可以更加快速準確的對車輛行駛過程中的異常情況進行準確監(jiān)測，保證車輛運行安全。

3 結論

近年來汽車火災的頻繁發(fā)生，使得汽車火災預警問題日益受到重視。當前國內外對智能火災預警系統(tǒng)的研究還處于起步階段，針對汽車火災的特點，對提出的基于Arduino 和Labview的汽車自燃監(jiān)測預警系統(tǒng)進行設計，對實現(xiàn)綜合性、低功耗的智能車輛預警系統(tǒng)具有重要參考意義。