車輛自燃預警系統的設計

劉旭　蘇梟

【摘 要】車輛自燃是有規律的，在一定程度上是可以預防的。根據車輛自燃的主要原因，系統分別設計開環霍爾電流傳感器、溫度傳感器、煙霧與可燃氣體探測器、火焰傳感器來實時監測車輛各關鍵部分，以及時發現自燃隱患。系統分為車廂部分和發動機艙部分，兩部分通過RF無線方式通訊，使系統廣泛適用于各種車輛且安裝簡單。車廂部分可手持移動，當發動機艙內異常情況時，車廂部分會通過語音與指示燈向駕乘人員發出警報，提醒駕乘人員及時作出反應，以達到預防自燃的目的。系統設計有非儲壓式超細干粉滅火器，具有系統自動觸發、人工按鍵遙控觸發、熱敏線明火觸發三種觸發方式，若車輛終究因各種不可抗因素起火，系統也可保證及時將火撲滅。

【關鍵詞】車輛自燃預警 自燃預防 自動滅火 霍爾電流傳感器 RF無線通訊

車輛自燃事件時有發生，對社會資源和人民財產造成巨大損失。車輛發生自燃后，一般都得不到及時發現，而發動機后置的車輛則幾乎難以及時發現發動機艙的自燃。80%的車輛發生自燃后都造成車輛報廢，甚至造成人的傷亡。社會需要一種能減少車輛自燃發生概率、能在汽車發生危險時（比如車禍）能自動滅火的裝置，所以本系統的研究是有一定必要性的。

1 汽車自燃的主要原因

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

（2）電器線路短路及漏電等。使用時間較長的車輛會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、管路接口松脫導致燃油（氣）泄漏，泄漏的燃料遇到高熱部件（如燃氣管等）或正發生短路或老化的線束[1]等等造成車輛火災。

（4）車輛撞擊導致機件故障引起自燃。

2 系統總體結構

汽車自燃預警系統由兩部分組成，其中一部分安裝在發動機艙，該部分主要由傳感器和自動滅火裝置組成；另一部分放置在車廂內，設計有語音報警裝置、數碼管顯示裝置和鍵盤。

兩個部分通過nRF905無線模塊相互通信。

系統的結構如圖2-1所示。

當霍爾電流傳感器、煙霧與可燃氣體探測器、溫度傳感器檢測到異常時，系統均會通過語音與指示燈向駕乘人員發出相應警報。當火焰傳感器檢測到火焰時，系統進入自動滅火程序。執行自動滅火程序時，系統首先會發出警報，同時開始30秒倒計時，倒計時的數值會顯示在數碼管上。在30秒倒計時結束之前，駕乘人員可手持車廂部分下車檢查，確認是否起火。若確實起火，可按下鍵盤上“觸發滅火器按鍵” 立即觸發滅火器滅火。若為系統誤報，也可立即按下鍵盤上“切除警報按鍵”退出自動滅火程序，系統在重啟之前不會再發出同樣的錯誤警報。若30秒結束后，無任何按鍵操作，系統即自動觸發滅火器滅火。另外“切除警報按鍵”也可以切除其他正在進行的警報，如溫度警報、可燃氣體警報等。

3 系統傳感器設計

3.1開環霍爾電流傳感器

開環霍爾傳感器可以通過非接觸方式測得電流大小。安裝時只需將主電流線穿過開環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，單片機即可通過霍爾電流傳感器輸出的電壓計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，即可監視整車的用電情況。若車輛發生電流短路或長時間處于大電流輸出狀態，系統即會發出警告，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生自燃。系統對電流的檢測頻率很快，每秒約檢測5000次，即使短路的時間特別短，也會被系統檢測到。

3.2溫度傳感器

系統采用DS18B20進行發動機艙內溫度的采集。DS18B20功耗低、體積小、可靠性高，非常適合在發動機艙復雜的環境中工作。

通過讀取發動機艙內的溫度，可得知發動機艙是否通風良好、是否有器件故障等情況，保持發動機艙內的溫度正常，可以延緩線路與器件的老化，可減小一定的自燃概率。

3.3煙霧與可燃氣體探測器

本系統采用MQ-2氣敏式煙霧與可燃氣體探測器，該探測器體積小、技術成熟、可靠性高，能同時監測煙霧和可燃氣體。通過比較器LM393設定一個閥值，當檢測到煙霧或可燃氣體的濃度超過該閥值，系統即會發出警報。通過該探測器，能保證在燃油（氣）剛剛泄露時和火災剛剛起煙時即被發現[2]，可有效的避免事故與火災的發生。

3.4火焰傳感器

當系統探測到火災隱患時，通過語音和指示燈同時發出警報來提醒駕乘人員作出反應，以此來達到預防火災發生的目的。但是不排除以下幾種情況導致發生火災：當系統發出警告，車輛附近卻無人存在，無法做出相應處理導致火災發生；車禍導致火災發生；將抹布等可燃物放置在發動機艙內引起火災以及其他人為因素引起火災。鑒于以上幾種情況，也為了在火災初期及時發現火災且能更快更安全的撲滅火災，系統設計了自動滅火裝置和火焰傳感器。

火焰傳感器可檢測火焰發出的波長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設定一個閥值，當檢測到的紅外光超過設定的閥值，系統會立即發出警報且啟動自動滅火程序。自動滅火程序可以被人工關閉。

4 系統自動滅火器部分設計

滅火器選用了非儲壓式超細干粉滅火器，非儲壓式滅火器激發時，有類似爆破效果，可以將滅火粉傳到發動機艙內每個角落，滅火效果好[3]。滅火器有三種激發方式，系統自動觸發、人工按鍵遙控觸發、熱敏線明火觸發。

熱敏線明火觸發。顧名思義是通過明火觸發滅火器的，將熱敏線布置在車內關鍵位置，當有明火點燃熱敏線即會觸發滅火器。當車輛發生嚴重碰撞，導致本系統損毀，熱敏線依舊可以被明火觸發，繼而激發滅火器滅火。

系統自動觸發。當檢測到火光，且火光持續存在，系統即會進入自動滅火程序，系統首先發出火災警告，并開始30秒倒計時，30秒內若無任何操作，系統即會自動觸發滅火器。

人工按鍵遙控觸發。在系統車廂部分設計有按鍵，按下“觸發滅火器按鍵”后即可觸發滅火器。

5 系統內部通訊設計

為使本系統適用于多種車輛類型，也為使系統安裝簡單，且在安裝時不改變車體結構與車內線路布局，本系統采用nRF905無線模塊進行系統內部通訊。nRF905工作在433MHz、868MHz、915MHz國際通用ISM免申請頻段，是GFSK調制的無線傳輸芯片，抗干擾能力強，非常適合工業控制場合。另外該模塊體積小、功耗低、價格低、非常適合安裝在發動機艙復雜而狹小的空間中。nRF905的穿透力強，其發射最大功率達到+10dBm，接收靈敏度是常用RF類型芯片中最靈敏的，達到-100dBm。

經試驗該模塊發出的信號能穿過發動機艙內狹小孔隙、穿透車輛發動機艙與車廂之間非金屬部分到達車廂，實現系統發動機艙部分與系統車廂部分之間的通訊。

6 結語

車輛自燃預警系統能夠及時發現車輛線路短路、燃油（氣）泄漏、發動機艙溫度過高造成的自燃隱患，能在車輛突發火災的早期發出預警，實現了無人自動滅火等多項功能。系統采用nRF905進行系統內部通訊，使系統安裝簡單且適用于多種車輛類型。車輛自燃預警系統總體造價低廉，且能很好的減少車輛發生自燃的機率，能在火災初期撲滅火災，可有效地減少社會資源的浪費，保護個人生命財產安全，具有一定的推廣和應用價值。

參考文獻：

[1]熊燕良，王建琴.汽車自燃的主要原因.預防措施及緊急處理[J].城市公共交通，2012（10）：24-25.

[2]穆穎臻，王江，孫霞，劉燁，龍秀峰，葉本剛.一種汽車自燃的預防及控制[J].科技展望，2014（16）：107-108.

[3]劉桂香，陳維，何德安.加油車車載滅火系統研究[J].中國儲運，2013（9）：118-119.

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