飛機火警探測模擬演示系統(tǒng)設計

高春雷, 趙 賓

（南京航空航天大學 金城學院,南京 211156）

1 引言

民航客機在的正常飛行中因人為操作，或者電氣著火、機件嚴重磨損、燃油泄漏等因素可能出現(xiàn)火警警告，若不加以措施，不但會嚴重損壞飛機自身運行的組件，還直接影響飛機在空中的飛行安全。民航客機火警探測系統(tǒng)的研究和仿真，對提高民航飛行的安全水平具有重要意義。

A320飛機火警探測的目的是監(jiān)控發(fā)動機、APU、電子艙、貨艙以及廁所區(qū)域的溫度和煙霧，發(fā)出相應警告通知機組，由機組判斷后做出決定。火警探測分為火警探測和煙霧探測，其中火警探測又根據(jù)區(qū)域分為發(fā)動機和APU；煙霧探測根據(jù)區(qū)域分為電子艙、貨艙、廁所。

2 A320飛機火警模擬系統(tǒng)硬件設計

2.1 演示系統(tǒng)硬件總體方案設計

模擬演示系統(tǒng)有雙模式，模式1由傳感器探測模塊，火警報警模塊組成，傳感器探測模塊通過對現(xiàn)場的溫度、煙霧進行實時監(jiān)測，將探測到的溫度、煙霧信號轉化為模擬數(shù)字信號傳給單片機控制器，單片機控制器接收到傳感器探測的火警信號后與閾值進行比較，經(jīng)邏輯判斷后發(fā)出模擬信號觸發(fā)開關報警來提示飛機機組人員，火警信息在屏幕上顯示。模式2由開關代替?zhèn)鞲衅鳎糜布罱娐罚敯聪麻_關時，單片機接收到低電平，直接發(fā)送信號給報警電路，觸發(fā)報警。整體系統(tǒng)工作的框圖如圖1所示。

圖1 模擬演示系統(tǒng)工作框圖

AT89C51單片機是整個模擬演示系統(tǒng)的中央處理器，本演示系統(tǒng)的工作原理是：先通過溫度、煙霧傳感器將飛機中發(fā)動機、APU、電子艙、廁所、貨艙等溫度、煙霧信號轉化為單片機接受的數(shù)字模擬信號，然后傳送給單片機，單片機進行一系列邏輯運算判斷飛機上傳送數(shù)據(jù)的地方是否發(fā)生火警。如果單片機判斷該地方發(fā)生火警，則單片機發(fā)出信號驅動報警電路，并在顯示屏上顯示當時的溫度等信息。模擬演示系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

圖2 模擬演示系統(tǒng)原理

本文設計的用于模擬演示A320飛機火警的系統(tǒng)具有以下特點:

（1）可以對飛機上的八個部分進行煙霧和溫度突變監(jiān)測報警。

（2）系統(tǒng)性價比很高，比較容易實現(xiàn)。

（3）火警報警功能，如果出現(xiàn)火警時，能立刻發(fā)出警報提示飛機機組人員。

（4）根據(jù)該系統(tǒng)的現(xiàn)場模擬實驗表明，本系統(tǒng)安全可靠，誤報率低。并且該系統(tǒng)體積小、效率高、操作方便、成本低廉等,所以該系統(tǒng)具有廣闊的應用前景。

2.2 模擬演示系統(tǒng)電路設計、制板與調試

基于上述系統(tǒng)原理進行單片機最小系統(tǒng)電路、液晶顯示電路、供電及過壓保護電路、信號數(shù)據(jù)采集電路及火警報警電路的設計工作，選擇DS18B20溫度探測器、MQ-2氣體探測器作為火警煙霧敏感傳感器，在此基礎上完成PCB板的制作和調試。模擬演示模塊的實物圖如圖3所示。

圖3 模擬演示板實物圖

圖4 模擬演示系統(tǒng)軟件主程序流程圖

本文設計的模擬演示系統(tǒng)分為兩個模式。模式一由真實的煙霧傳感器和溫度傳感器作為輸入進行火警的探測；考慮到模擬演示的便捷性以及后續(xù)故障排除等功能的合入，模式二采用開關信號作為輸入，以開關按鈕輸出的高低電平模擬火警的觸發(fā)條件。模式之間的切換可由撥碼開關及相應按鍵進行控制，選擇界面如圖3所示。模式一調試時使用火機等外部器件以提高環(huán)境溫度值，使溫度達到設定的閾值；同時使用一定濃度的煙霧觸發(fā)發(fā)生火警警報，對應的指示燈亮起，蜂鳴器長鳴，液晶顯示每個模塊的實時溫度。模式二使用按鈕模擬傳感器的輸入，效果和模式一一致。

3 A320飛機火警模擬演示系統(tǒng)軟件方案

本文設計的軟件主程序是一個循環(huán)體，在初始化后在一直收集數(shù)據(jù)，判斷，直到出現(xiàn)火警后，觸發(fā)報警，報警燈和顯示屏顯示火警警告信息，當人工滅火重置后，繼續(xù)循環(huán)工作。主程序流程圖如圖4所示。

圖5 火警判斷程序

本文核心程序為火警判斷程序，其程序流程圖如圖5所示，開機時，程序進入初始化狀，由按鍵選擇模式，進入相應的模式，模式1是由傳感器探測數(shù)據(jù)傳送給單片機，主程序是一個循環(huán)體，在不斷的接收傳感器探測來的數(shù)據(jù)和預設好的閾值進行比較，判斷是否發(fā)生火警，然后傳送給報警電路，模式2是一個接收等待模式，由開關代替?zhèn)鞲衅鞯臄?shù)據(jù)，當按下開關時表示有火警，主程序接收到信號，直接發(fā)送信號給報警電路，直接觸發(fā)報警電路。

4 結論

本文主要研究了基于A320飛機的火警探測系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)，利用單片機AT89C51、溫度傳感器DS18B20、煙霧傳感器MQ-2、顯示屏LCD12864等硬件設備，使用多傳感器信息融合技術，實現(xiàn)了聲光和顯示的可靠單片機飛機火警探測系統(tǒng)。

經(jīng)過系統(tǒng)實踐表明，單片機技術在火警探測系統(tǒng)和一些自動控制領域中有著廣泛的應用前景，對于飛機飛行安全具有重要意義。

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