汽车警报器
作者：刘旭 苏枭
来源：《中国科技纵横》2016年第04期
【摘 要】车辆自燃是有规律的，在一定程度上是可以预防的。根据车辆自燃的主要原因，系统分别设计开环霍尔电流传感器、温度传感器、烟雾与可燃气体探测器、火焰传感器来实时监测车辆各关键部分，以及时发现自燃隐患。系统分为车厢部分和发动机舱部分，两部分通过RF无线方式通讯，使系统广泛适用于各种车辆且安装简单。车厢部分可手持移动，当发动机舱内异常情况时，车厢部分会通过语音与指示灯向驾乘人员发出警报，提醒驾乘人员及时作出反应，以达到预防自燃的目的。系统设计有非储压式超细干粉灭火器，具有系统自动触发、人工按键遥控触发、热敏线明火触发三种触发方式，若车辆终究因各种不可抗因素起火，系统也可保证及时将火扑灭。
【关键词】车辆自燃预警 自燃预防 自动灭火 霍尔电流传感器 RF无线通讯
车辆自燃事件时有发生，对社会资源和人民财产造成巨大损失。车辆发生自燃后，一般都
得不到及时发现，而发动机后置的车辆则几乎难以及时发现发动机舱的自燃。80%的车辆发生自燃后都造成车辆报废，甚至造成人的伤亡。社会需要一种能减少车辆自燃发生概率、能在汽车发生危险时（比如车祸）能自动灭火的装置，所以本系统的研究是有一定必要性的。
1 汽车自燃的主要原因
（1）劣质改装造成的隐患。例如用户为车添加防盗器、改装车灯、换装高档影音系统等，但由于改装不专业[1]，使线路实际负荷的功率超出设计，为车辆自燃留下隐患。
（2）电器线路短路及漏电等。使用时间较长的车辆会因线束绝缘体破损或电器故障老化[1]造成短路起火。
（3）燃油（气）泄漏。主要由管路老化、龟裂、管路接口松脱导致燃油（气）泄漏，泄漏的燃料遇到高热部件（如燃气管等）或正发生短路或老化的线束[1]等等造成车辆火灾。
（4）车辆撞击导致机件故障引起自燃。
2 系统总体结构
汽车自燃预警系统由两部分组成，其中一部分安装在发动机舱，该部分主要由传感器和自动灭火装置组成；另一部分放置在车厢内，设计有语音报警装置、数码管显示装置和键盘。
两个部分通过nRF905无线模块相互通信。
系统的结构如图2-1所示。
当霍尔电流传感器、烟雾与可燃气体探测器、温度传感器检测到异常时，系统均会通过语音与指示灯向驾乘人员发出相应警报。当火焰传感器检测到火焰时，系统进入自动灭火程序。执行自动灭火程序时，系统首先会发出警报，同时开始30秒倒计时，倒计时的数值会显示在数码管上。在30秒倒计时结束之前，驾乘人员可手持车厢部分下车检查，确认是否起火。若确实起火，可按下键盘上“触发灭火器按键” 立即触发灭火器灭火。若为系统误报，也可立即按下键盘上“切除警报按键”退出自动灭火程序，系统在重启之前不会再发出同样的错误警报。若30秒结束后，无任何按键操作，系统即自动触发灭火器灭火。另外“切除警报按键”也可以切除其他正在进行的警报，如温度警报、可燃气体警报等。
3 系统传感器设计
3.1开环霍尔电流传感器
开环霍尔传感器可以通过非接触方式测得电流大小。安装时只需将主电流线穿过开环霍尔电流传感器中心的圆孔，并将圆孔与电流线之间的孔隙填充并固定好，单片机即可通过霍尔电流传感器输出的电压计算出线路中电流的大小[2]。
测算出车辆主电流线路中的电流大小，即可监视整车的用电情况。若车辆发生电流短路或长时间处于大电流输出状态，系统即会发出警告，提醒驾乘人员检查修理，由此可有效的防止车辆因电气原因发生自燃。系统对电流的检测频率很快，每秒约检测5000次，即使短路的时间特别短，也会被系统检测到。
3.2温度传感器
系统采用DS18B20进行发动机舱内温度的采集。DS18B20功耗低、体积小、可靠性高，非常适合在发动机舱复杂的环境中工作。
通过读取发动机舱内的温度，可得知发动机舱是否通风良好、是否有器件故障等情况，保持发动机舱内的温度正常，可以延缓线路与器件的老化，可减小一定的自燃概率。
3.3烟雾与可燃气体探测器
本系统采用MQ-2气敏式烟雾与可燃气体探测器，该探测器体积小、技术成熟、可靠性高，能同时监测烟雾和可燃气体。通过比较器LM393设定一个阀值，当检测到烟雾或可燃气体的浓度超过该阀值，系统即会发出警报。通过该探测器，能保证在燃油（气）刚刚泄露时和火灾刚刚起烟时即被发现[2]，可有效的避免事故与火灾的发生。
3.4火焰传感器
当系统探测到火灾隐患时，通过语音和指示灯同时发出警报来提醒驾乘人员作出反应，以此来达到预防火灾发生的目的。但是不排除以下几种情况导致发生火灾：当系统发出警告，车辆附近却无人存在，无法做出相应处理导致火灾发生；车祸导致火灾发生；将抹布等可燃物放置在发动机舱内引起火灾以及其他人为因素引起火灾。鉴于以上几种情况，也为了在火灾初期及时发现火灾且能更快更安全的扑灭火灾，系统设计了自动灭火装置和火焰传感器。
火焰传感器可检测火焰发出的波长760纳米～1100纳米的红外光，检测到不同量的红外
光，传感器输出的电压值不同。通过比较器LM393设定一个阀值，当检测到的红外光超过设定的阀值，系统会立即发出警报且启动自动灭火程序。自动灭火程序可以被人工关闭。
4 系统自动灭火器部分设计
灭火器选用了非储压式超细干粉灭火器，非储压式灭火器激发时，有类似爆破效果，可以将灭火粉传到发动机舱内每个角落，灭火效果好[3]。灭火器有三种激发方式，系统自动触发、人工按键遥控触发、热敏线明火触发。
热敏线明火触发。顾名思义是通过明火触发灭火器的，将热敏线布置在车内关键位置，当有明火点燃热敏线即会触发灭火器。当车辆发生严重碰撞，导致本系统损毁，热敏线依旧可以被明火触发，继而激发灭火器灭火。
系统自动触发。当检测到火光，且火光持续存在，系统即会进入自动灭火程序，系统首先发出火灾警告，并开始30秒倒计时，30秒内若无任何操作，系统即会自动触发灭火器。
人工按键遥控触发。在系统车厢部分设计有按键，按下“触发灭火器按键”后即可触发灭火器。
5 系统内部通讯设计
为使本系统适用于多种车辆类型，也为使系统安装简单，且在安装时不改变车体结构与车内线路布局，本系统采用nRF905无线模块进行系统内部通讯。nRF905工作在433MHz、868MHz、915MHz国际通用ISM免申请频段，是GFSK调制的无线传输芯片，抗干扰能力强，非常适合工业控制场合。另外该模块体积小、功耗低、价格低、非常适合安装在发动机舱复杂而狭小的空间中。nRF905的穿透力强，其发射最大功率达到+10dBm，接收灵敏度是常用RF类型芯片中最灵敏的，达到-100dBm。
经试验该模块发出的信号能穿过发动机舱内狭小孔隙、穿透车辆发动机舱与车厢之间非金属部分到达车厢，实现系统发动机舱部分与系统车厢部分之间的通讯。
6 结语
车辆自燃预警系统能够及时发现车辆线路短路、燃油（气）泄漏、发动机舱温度过高造成的自燃隐患，能在车辆突发火灾的早期发出预警，实现了无人自动灭火等多项功能。系统采用nRF905进行系统内部通讯，使系统安装简单且适用于多种车辆类型。车辆自燃预警系
统总体造价低廉，且能很好的减少车辆发生自燃的机率，能在火灾初期扑灭火灾，可有效地减少社会资源的浪费，保护个人生命财产安全，具有一定的推广和应用价值。
参考文献：
[1]熊燕良，王建琴.汽车自燃的主要原因.预防措施及紧急处理[J].城市公共交通，2012（10）：24-25.
[2]穆颖臻，王江，孙霞，刘烨，龙秀峰，叶本刚.一种汽车自燃的预防及控制[J].科技展望，2014（16）：107-108.
[3]刘桂香，陈维，何德安.加油车车载灭火系统研究[J].中国储运，2013（9）：118-119.
基金项目：感谢西华大学学生创新创业项目（苗子工程，项目编号：2015RZ0030）的资助
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