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為了避免因機動車自燃帶來的人身和財產損害，文章設計了車載火災報警器，其用單片機做主控制芯片，采用K型熱電偶和MAX6675芯片對機動車上的易燃點和基準點的溫度進行實時檢測，當比較到易燃點溫度和基準點溫度超過設定的允許溫差值時，發出報警。進行了車載火災報警器運行和測試實驗，獲得了預期的結果，檢測到了機動車易燃點與基準點的溫度差值，據此實現了對機動車自燃火災的預報警。 本文設計的車載火災報警器主要是針對機動車自燃現象，對機動車易燃點進行溫度監控，接近自燃臨界點溫度時報警，避免機動車自燃現象的發生。 1 方案設計 美國國家火災調查協會(NAFI)火災及爆炸鑒定調查中心(CFEI)專業工程師理Richard H.Schulze解讀汽車自燃的最大的原因是因為有眾多易燃液體(助燃液)存在。在很多情況下，這些易燃液體都提前預熱，而且承受一定作用力，這些易燃液體包括(當然或許還有其他)汽油、柴油燃料、自動變速箱專用油、動力轉向器油、發動機潤滑油、傳動裝置油、齒輪潤滑油、(液壓器的)剎車油、防凍油、空調制冷用油(摻雜冷卻劑)等。所有這些易燃液體(助燃液)本身都有一個自燃溫度，一旦達到這一溫度就會點燃，無需任何火花或火焰去激發。所以，對相關自燃點的溫度進行監控，就可有效地防止汽車自燃。 現有的報警器主要是煙霧報警器，是通過監測煙霧的濃度來實現火災防范;通常采用煙霧傳感器來探測現場已發生的燃燒物產生的煙霧濃度，并把濃度大小反饋給控制器，經控制器判斷后發出聲光報警，其最大的缺點是，現場己出現燃燒物，即火災已發生。因此，為了克服這樣的缺點，本文設計在機動車還未發生燃燒時，即通過其溫度的變化提前報警，以避免汽車自燃。 溫度火災報警器中有兩種溫度傳感方式，一種是溫升式溫度傳感方式，另一種是溫差溫度傳感方式。按UL標準(美國電器工會標準)，其中，溫差式溫度火災報警器指當環境溫度在1min內上升到比原來的環境溫度相差22℃時，也就是指當出現警情時溫度突然上升應及時報警。本文設計的車載火災報警器屬于溫差式溫度火災報警器。 車載火災報警器由測試車輛指定部位的溫度傳感器A、B和作為基準點的溫度傳感器C組成。當A點與C點或B點與C點的溫差在5s內大于設定值時，即由設置于駕駛室內的警報器對駕乘人員發出聲光警報，提示駕駛員立即停車檢查，避免人身傷亡和財產損失; 硬件結構框圖如圖1所示，選用溫度傳感器并行監測A、B、C三點的溫度值，采用單片機作為主控制器，控制溫度值采樣和比較，如果在一定時間內A與C或B與C的溫差超限，則輸出報警信號，啟動報警驅動電路，蜂鳴器鳴叫，發光二極管閃爍報警，直到手動復位。電源電路將車載24V直流電轉換成5V直流供報警器使用。 圖1 溫度報警器硬件結構框圖 2 電路設計 本報警器的控制器選用常用單片機芯片AT89C51。 2.1 電源電路 本文采用LM2576-5芯片為核心元器件構成報警器的電源電路，把車載電瓶的12V或24V直流電轉換成電壓為5V，最大電流為3A的直流穩壓電源供使用。LM2576-5芯片是美國國家半導體公司生產的降壓開關型集成穩壓電路，它內含固定頻率振蕩器(52kHz)和基準穩壓器(1.23V)，并具有完善的保護電路，包括電流限制及熱關斷電路等，利用該器件只需極少的外圍器件便可構成高效穩壓電路。 LM2756-5芯片的各引腳功能如下： 1腳：Vi，7～40V電源輸入。 2腳：OUTPUT，輸出端。 3腳：GND(PWRGND)，電源地。 4腳：FB，電壓反饋輸入。 5腳： ，TTL電乎低功耗/正常兩種模式控制。 車載電源轉換電路如圖2所示。 圖2 車載電源轉換電路 輸出電壓U0經過LM2756～5的電壓反饋輸入端送入與基準電壓比較，脈沖控制電路根據比較結果產生可控的脈沖信號控制開關管VT的導通與截止，通過電感L的儲能，經電容C濾波后得到穩定的輸出電壓U0，二極管VD在開關管VT截止時為電感L提供了續流通路。 2.2 溫度采集電路 考慮到機動車所處的可能的環境溫度和需要檢測的燃燒臨界點溫度值，采用K型熱電偶和MAX6675芯片進行溫度采集，熱電偶屬于自發電型傳感器，測量溫度時不需要外加電源、結構簡單、使用方便，其電極不受大小和形狀的限制。MAX6675是一種帶有線性校正、熱電偶斷線檢測、冷端補償的串行K型熱電偶模數轉換芯片。溫度采集電路如圖3所示。 圖3 溫度采集電路 3個K型熱電偶分別安裝在測溫點A、B、C，采集到的熱電勢經MAX6675溫度補償后轉換成數字信號送給單片機，形成了3個數據采集通道。MAX6675的輸入端T+、T-和K型熱電偶連接，3個通道的溫度數據通過串行輸出端SO分別接單片機的P1.0、P1.5、P1.6，片選端 分別由單片機的P1.2、P1.3、P1.4，時鐘端SCK由單片機的P1.1控制。 2.4 人機接口電路 本報警器的人機接口電路見圖4所示，用數碼管顯示A、B、C三點的溫度值和溫差設定值，數碼管采用動態掃描顯示的控制方式，單片機的P0口經過74LS245芯片接到數碼管的段選線，P2.0～P2.3口接位選線：74LS245S是8路同相三態雙向總線收發器，可雙向傳輸數據，用于驅動數碼管。從單片機的P3口接了3個獨立式按鍵作為溫差設定輸入設備，從P2.7接了三極管驅動蜂鳴器，從P2.7接了發光二極管，作為溫差異常時的聲光報警。 圖4 人機接口電路 3 程序設計 軟件設計采用結構化程序設計思路，由主程序和若干子程序構成。 主程序：溫差設定，設定溫度采集時間間隔，啟動溫度采集。 讀出溫度子程序：讀取從MAX6675轉換來的熱電勢的二進制代碼值，取出有效的溫度數據，并依據K型熱電偶分度表，查詢讀到的熱電勢對應的溫度值，并轉換成相應的BCD碼溫度值。 溫度比較子程序：分別將A、B點溫度值與C點比較，如果超限，在設定時間范圍內持續檢測和判斷，確實超限，輸出軟件中斷信號。 中斷服務子程序：驅動報警電路。 4 報警器運行及測試 本文設計的報警器反復運行多次，功能都能滿足設計要求，并進行了溫度檢測性能和報警器精度測試。 4.1 報警器運行 上電后，每隔5s輪流采集C、A、B三點的溫度，測溫范圍為-55～+125℃，分別顯示為“C***““A***””B***”，若超出測溫范圍，溫度值將顯示為零。 在溫度顯示期間，可進行溫差范圍設定，開機默認溫差為20℃。用按鍵K1、K2、K3進行其他溫差值的設定，按下K1短于0.5s，進入溫差設定狀態，顯示為"EC20"，按下K2一次溫差值加1，按下K3一次溫差值減1，調整到需要的溫差值后，長按K1大于0.5s，溫差值設定為調整值，退出設定狀態。 若A點與C點溫差大于設定值，發出聲光報警，顯示兩點的溫差值為"AC**"，若實際溫差值大于99，溫差值每位分別顯示為單字節十六進制，如實際溫差為108℃，將顯示為A8。報警持續60s，進入下一輪溫度值采集，若溫差超出范圍，報警，直到兩點溫差值小于設定值，解除報警。 B、C兩點溫差報警，顯示溫差值為"BC**"，其他與A、C兩點類似。 4.2 溫度檢測性能測試 (1)測試方法。將基準點(C點)的傳感器置于20℃(±1℃)的溫水中，另將測試點(A點)的傳感器置于約20℃的空氣中，并設置一處約50℃的空氣熱源。各處傳感器的輸出穩定后，將測試點(A點)的傳感器移動到50℃的空氣熱源并記錄傳感器A的輸出達到90%空氣熱源溫度的時間。同樣條件測試3次。 (2)測試結果。經過3次測試，A點測試值從20℃上升到45℃(=50℃×90%)的時間(s)均小于30s。 4.3 報警器精度測試 (1)測試方法。將基準點(C點)的傳感器置于設定的水中(0、20、50℃)，并將報警溫差設定為30℃。另將測試點(A點)的傳感器置于逐漸加溫的水中，記錄報警時的溫度。不同條件各測試3次。 (2)測試結果。經過9次測試，實測報警溫度(℃)值均與由溫差設定的報警溫度值相差±10%以內。 5 結論 本文設計的車載火災報警器能檢測，并根據易燃點與基準點的溫度差值，實現對機動車自燃火災的預報警，產品的實際運行和測試證明，本方法是可行并可靠的，檢測點數目能根據需要進行擴展。 |
