一種汽車智能自動滅火器的設計

張昱哲

摘要：為了減少汽車自燃的發生，及時對汽車自燃提前滅火，提出一種放置在汽車引擎機蓋內，當汽車出現自燃時能夠自動處理火災信息，自動報警，及時自動進行滅火的智能自動滅火器，實現滅火的方法。通過分析，本設計的智能自動滅火器，對汽車引擎火有很好的滅火效果，滿足家用汽車初期火的滅火要求。

關鍵詞：汽車自燃；汽車引擎機蓋；智能控制系統；汽車智能自動滅火器

中圖分類號TU892 文獻標識碼：A 文童編號：1005-5312（2018）08-0031-03

一、引言

隨著汽車保有量的增加，也將帶來一系列安全問題。汽車火災是除道路交通事故外最大的安全隱患，而汽車自燃現象這種瞬間而發的火災令人猝不及防，給車主帶來較大經濟損失，甚至釀成車毀人亡的悲劇。汽車開始自燃時人們往往不易察覺，當人們發現火情時，再采用人為控制的滅火方式，火情已經難以控制或者已經造成嚴重事故。

據統計資料表明，將近一半左右的汽車火災由電氣火源引起，另外的原因則是由機械摩擦產生的高溫和高溫部件引起的自燃。因此，能夠自動探測電氣和高溫引的自燃，處理火災信息，自動報警，及時自動撲滅狹小空間的汽車自燃已成為一個迫切需要解決的問題。

二、設計方案

汽車智能自動滅火器就是針對上述不足之處而提供一種放置在汽車引擎機蓋內，當汽車出現自燃時能夠自動處理火災信息，自動報警，及時自動進行滅火的智能自動滅火器。包括殼體、滅火組件、智能控制系統。

（一）滅火組件

滅火組件的主體滅火部分為氣溶膠發生劑和氣溶膠啟動器。當自動或是手動啟動氣溶膠滅火器的啟動器時，氣溶膠發生劑產生出的燃燒產物，是一種表現出極佳的滅火性能又不污染大氣臭氧的煙霧劑，該煙霧劑以制劑時迅速而高效的放熱燃燒為動力，在釋放噴出時產生吸熱率為每秒400度的強烈吸熱分解反應，產生大量的煙霧。同時，高效的吸熱反應使煙霧劑在幾十秒內無焰釋放，并在封閉環境中均勻分布，這樣就形成了氣溶膠滅火空間。

l.氣溶膠滅火機理

（1）冷卻作用，氣溶膠中的固體微粒（主要是金屬氧化物）進入燃燒高溫區時會進行強烈的分解吸熱反應，使著火區的溫度迅速下降，以達到降溫滅火的作用。

（2）氣相化學抑制作用，由于氣溶膠中的固體微粒受熱分解產生的以陽離子“蒸氣”為主要形式存在的金屬物質，與燃燒物質分解產生的H、OH、O等活性游離基團優先進行瞬間鏈式反應，從而消耗活性基團，抑制住活性基團之間的放熱反應，達到氣相化學抑制的目的。

（3）固相化學抑制作用，由于溶膠中固體微粒直徑極小，具有很大的比表面積和表面積能，因而未被分解和氣化的固體微粒在與物質燃燒中產生的活性基團碰撞過程中，會被瞬時吸附，在吸附過程中會反復產生化學反應，消耗掉大量的活性基團，因而起到對燃燒鏈阻斷終止的固相化學抑制作用。

2.氣溶膠發生劑啟動器

氣溶膠發生劑啟動器的作用就是點燃氣溶膠發生劑，使氣溶膠發生劑燃燒。

（二）智能控制系統

智能控制系統主要包括智控制器、溫度傳感器、氣體傳感器、光電傳感器、溫度氣體顯示器、自動啟動的氣溶膠滅火器的啟動器和手動的氣溶膠滅火器的啟動器。如圖2所示。

智能控制系統中的溫度傳感、氣體傳感器和光電傳感器通過引線與智能終端電氣連接，各四個，分布在汽車引擎機蓋內；溫度氣體顯示器通過引線與智控系統電氣連接，放置在汽車駕駛室內，顯示汽車引擎機蓋內的溫度、氣體參數和明火情況。

l.控制器

智能控制系統的控制器采用MSP430F449為核心控制器，該系列單片機是美國德州儀器公司（TI）推出的16位超低功耗的混合信號控制器，采用了精簡指令集（RISC）結構，具有豐富的尋址方式，簡潔的27條內核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內數據存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在8MHz晶體驅動下指令周期為125ns，并且集成了較豐富的片內外設。

采用MSP430F449為核心控制器，其具有處理能力強、運行速度快、資源豐富、開發方便等優點，在許多行業都得到了廣泛的應用MSP430F449作為處理核心，內部8路12位的ADC（A/D轉換模塊）、定時器Time_A、Time_B和Basic_Time能更好地為系統的設計帶來較大方便。

2.溫度傳感器

溫度傳感器就是指能感受溫度并轉換成可用輸出信號的傳感器。溫度傳感器是使用范圍最廣，數量最多的傳感器，在日常生活，工業生產等領域都扮演著十分重要的角色。從17世紀溫度傳感器首次應用以來，依次誕生了接觸式溫度傳感器，非接觸式溫度傳感器，集成溫度傳感器。

近年來在智能溫度傳感器在半導體技術，相繼開發了半導體熱電偶傳感器、PN結溫度傳感器和集成溫度傳感器；材料技術等新技術的支持下，陶瓷，有機，納米等新材料用于溫度傳感器中可以使溫度的測量和控制更加科學和精確，溫度傳感器發展迅速。

本設計中的溫度傳感器采用熱電偶傳感器。熱電偶傳感器是傳統的分立式傳感器，是工業測量中應用最廣泛的一種溫度傳感器，其工作原理是：根據物理學中的塞貝克效應，即在兩種金屬的導線構成的回路中，若其接點保持不同的溫度，則在回路中產生與此溫差相對應的電動勢.熱電偶的結構簡單、使用溫度范圍廣、響應快、測量準確、復現性好、使用細偶絲還可測微區溫度，并且無需電源。它與被測對象直接接觸，不受中間介質的影響，具有較高的精確度；測量范圍廣，可從-50～1600攝氏度進行連續測量。

3.氣體傳感器

檢測汽車引擎機蓋內是否有高溫引起的氣體的關鍵部件是氣體傳感器。氣體傳感器即氣體敏感元件就是能感知環境中某種氣體及其濃度的一種裝置或器件，它能將與氣體種類和濃度有關的信息轉換成電信號，傳給控制器，從而可以進行檢測、監控、分析、報警。

本設計中所采用的氣體傳感器為半導體式氣體傳感器。半導體式氣體傳感器利用半導體材料表面吸附、脫附氣體分子會引起半導體電導率的變化來檢測氣體。在所有可燃氣體傳感器中，應用最廣的是電學類氣體傳感器。其中的半導體氣敏元件自以其靈敏度高、響應時間快、經濟可靠等優點而得到迅猛發展，目前已成為世界上產量最大、應用最廣的傳感器之一。

4.光電傳感器

光電傳感器由于反應速度快，能實現非接觸測量，而且精度高、分辨力高、可靠性好，加之半導體光敏器件具有體積小、重量輕、功耗低、便于集成等優點，因而廣泛應用于軍事、宇航、通信、檢測與工業自動化控制等多種領域中。

光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件3部分組成。其基本原理是以光電效應為基礎，把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電效應是指用光照射某一物體，可以看作是一連串帶有一定能量為的光子轟擊在這個物體上，此時光子能量就傳遞給電子，并且是一個光子的全部能量一次性地被一個電子所吸收，電子得到光子傳遞的能量后其狀態就會發生變化，從而使受光照射的物體產生相應的電效應。

本設計中所采用的光電傳感器主要用來檢測燃燒時的火焰，當檢測到火焰后，光檢測器把火焰信號轉換成電信號，送到智能控制系統，激活氣溶膠發生劑啟動器，進行滅火。

三、工作原理及性能分析

本滅火器設置的智控系統時時檢測汽車引擎機蓋內的溫度和氣體參數，把結果通過放置在汽車駕駛室內的溫度氣體顯示器顯示出來。

當汽車引擎機蓋內的溫度和氣體參數達到設定的閾值時，會發出報警的提示音；溫度和氣體參數持續升高到汽車自燃臨界點時，提示駕駛員手動控制啟動器啟動氣溶膠滅火器，實現滅火；當溫度和氣體參數持續達到汽車自燃臨界點時，或光感傳感器檢測到明火時，智控系統自動控制啟動器啟動氣溶膠滅火器，實現滅火。

四、結語

本設計的汽車智能自動滅火器實現了一汽車引擎機蓋內的溫度和氣體參數在駕駛室內直觀顯示；二駕駛員可以根據實際情況手動控制啟動器啟動氣溶膠滅火器，實現滅火；三智能控制系統與氣溶膠滅火器巧妙的結合了起來，監測汽車引擎機蓋內的溫度情況，實施自判斷滅火。

此汽車智能自動滅火器可以安裝汽車引擎機蓋內，時時監測汽車引擎機蓋內的溫度情況，一旦汽車引擎機蓋內由電氣或是由機械摩擦產生的高溫和高溫部件引起的自燃，能夠處理火災信息，及時自動撲滅的汽車自燃，滿足家用汽車初期火的滅火要求，給駕駛員帶來人身安全和財產安全。