新型汽車電控自動滅火系統的設計

黃展華，蔡偉明

（漳州職業技術學院 汽車工程系，福建 漳州 363000）

汽車電路系統故障、燃油系統故障、機械摩擦產生的高溫以及夏季的高溫等問題使得汽車存在自燃的風險。 國內外很多專家學者都對汽車著火后可采取的有效滅火方法作了大量研究。 目前，汽車自動滅火主要是靠滅火器滅火，在具體的實現形式上主要有機械觸發式和電子觸發式等形式，其特點是根據著火點產生的高溫觸發相關的機械裝置或溫控開關，實現滅火器的自動控制，這些形式的滅火器的智能化程度都比較低。 本文旨在開發一種具有較好經濟性和實用性的智能化新型汽車電控自動滅火系統。

1 電控自動滅火系統原理及可行性分析

1.1 系統設計的總體思路

系統總體設計如圖1 所示。 系統采用煙霧和溫度傳感器對整車的狀態進行實時監控，當系統檢測出火情后，要能及時地向駕乘人員報警提示；當檢測出發動機機艙火情10 s 后，自動啟動滅火裝置；當自動滅火系統失效時，駕駛員可以手動觸發滅火裝置；當駕駛員確定發動機艙無火情，而系統警告發動機艙失火時，駕駛員可以在10 s 內按下“禁止啟動”按鈕以禁止滅火裝置的自動觸發。

圖1 系統總體設計

1.2 系統總布置

因為機艙空間狹小，大容量滅火器難以布置，故在機艙上布置了4 個小容量滅火器。 將滅火器的噴射點安裝在發動機艙內的四個角落，而不安裝在油管或排氣管附近。 這是因為機艙的裝置及線路復雜，起火點難以預測，讓滅火器的噴灑覆蓋盡量大的范圍，可以使得滅火行為的起始點更早，及時撲滅小火，才不會形成大火而難以控制。

在機艙安裝4 組煙霧和溫度傳感器是為了能準確地采集到機艙的煙霧和溫度信息。 機艙的傳感器主要安裝在防火墻附近，這是因為在汽車行駛過程中，防火墻處于機艙的下風口位置，有利于收集異常數據。

1.3 滅火器選擇

首先，滅火劑材料選用超細干粉滅火劑。 汽車火災主要涉及A、B、C、E 類火災，目前國內市場上可用于撲滅這4 類火災的滅火劑主要有二氧化碳滅火劑、鹵代烷滅火劑、七氟丙烷滅火劑、IG541 滅火劑以及干粉滅火劑[1]。 在這幾種滅火劑中，超細干粉滅火劑對環境無特殊要求，對大氣臭氧層沒有破壞作用，性價比高，并且具有較高的滅火效率。試驗表明，超細干粉滅火速率是鹵代烷的2.5 倍，是二氧化碳的4 倍，是泡沫的20 倍，是水的40 倍。超細干粉滅火劑在150 g/m3的用量下，可以有效撲滅A、B、C 火災[2]。

其次，選用貯壓式的超細干粉滅火器。 車用超細干粉滅火器有2 種，分別是：貯壓式和脈沖式。 脈沖式超細干粉滅火器是利用火藥瞬間爆炸產生的巨大沖擊力作為啟動動力，經過實際試驗證明其觸發時的爆炸聲太大，沖擊波可能會危及車輛維修人員安全。

綜上所述，選用4 個2 kg 車用電啟動貯壓式超細干粉滅火器作為本自動滅火系統的滅火裝置。

2 電路設計

2.1 煙霧信息采集電路設計

煙霧傳感器使用MQ-2 氣體傳感器。MQ-2 氣體傳感器使用二氧化錫材料作為可燃氣體的檢測媒質[3]。 該材料的電導率隨著可燃氣體濃度的增大而增大。 從MQ-2 的說明書上可獲知該傳感器可檢測可燃氣體的體積分數范圍為200～10 000 ppm。 在1 000 ppm 的可燃氣體濃度下，其電導率是正常空氣的5 倍以上。 MQ-2 傳感器內部簡圖如圖2 所示。

圖2 煙霧傳感器內部原理

設計的煙霧信息采集電路如圖3 所示。 將R3 與煙霧傳感器串聯連接，當煙霧傳感器的電導率發生變化時，R3 的分壓也隨之變化。 利用電壓比較器LM393 將R3 的電壓與電位器R1 的信號作比較，再將比較的結果送給主控制器。 這樣設計的好處是：可以通過調整電位器R1 手工設定煙霧異常指標，方便試驗調試。 發光二極管LED1 在煙霧濃度值超標時點亮。

圖3 煙霧信息采集電路

2.2 溫度信息采集電路設計

設計的溫度信息采集電路如圖4 所示。 溫度傳感器選用PT100 熱電阻。 該熱電阻可測試的溫度范圍為-100～750 ℃，精度為±2.5 ℃，滿足使用要求。 從PT100 的使用手冊上可獲知其在不同溫度下的電阻值。R7 與溫度傳感器串聯連接，用于監測煙溫度傳感器電阻的變化。 當溫度傳感器的電阻發生變化時，R7 的分壓隨之變化，由此可計算出該傳感器所處的溫度值。

2.3 自動滅火功能禁止按鍵電路

自動滅火功能禁止按鍵電路如圖5 所示。 發光二級管在按鍵開關按下后點亮，用于指示自動滅火功能被禁止。

圖4 溫度信息采集電路

圖5 按鍵電路

2.4 滅火器控制電路設計

設計的滅火器控制電路如圖6 所示。 從滅火器的使用手冊上查得：滅火器上點火裝置的電阻值為2～3 Ω，工作電壓為12 V，工作電流約為5 A。使用SLA-12VDC-SL-A 繼電器對點火裝置進行控制。該繼電器在12 V 電源電壓下，工作端的額定電流約為10 A，控制端電流約為80 mA，滿足使用要求。 光耦TLP521 起隔離保護作用。 R8 和R9 使三級管8050 的工作處于飽和狀態。

圖6 滅火器控制電路

2.5 報警系統及信息顯示

報警系統主要控制報警喇叭工作，工作電路與滅火器的控制電路類似。 使用TFT 型液晶屏作為警報顯示器。

2.6 單片機選擇

溫度信息的讀取需要使用A/D 轉換器，為了簡化電路設計，選用Microchip 公司的PIC18F4520 單片機作

3 程序設計

根據設定的功能設計主程序流程如圖7 所示。 在程序設計的過程中，考慮了系統自檢功能。 當溫度傳感器的信號電壓大于4.5 V 或小于0.1 V 時，說明溫度傳感器的電路存在故障，該溫度傳感器將被停用，其數據不再作為著火的判斷依據。

圖7 主程序流程圖

4 結語

經過實際調試和試驗驗證，本次設計的新型汽車電控自動滅火系統運行情況良好，可以較好地實現預定的各項功能。 該系統相對于市場上其他的汽車電控滅火系統，不僅操作方便，而且經濟性較好，具有一定的應用前景。