基于單片機(jī)的公交車燃爆應(yīng)急處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李景帥，宋鑄鵬，高偉江，李俊緯，于洪灃

基于單片機(jī)的公交車燃爆應(yīng)急處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李景帥，宋鑄鵬，高偉江，李俊緯，于洪灃

（遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

文章以51單片機(jī)為控制核心，以可燃?xì)怏w傳感器，火焰?zhèn)鞲衅?，煙霧傳感器，以及溫度傳感器等作為測(cè)量器件，單片機(jī)接受并處理由各類傳感器所采集的數(shù)據(jù)，并在顯示屏上顯示。當(dāng)可燃性氣體泄露，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，并通過GPS/GPRS模塊自動(dòng)定位，將位置信息和日期時(shí)間信息發(fā)給兩個(gè)手機(jī)，一個(gè)是司機(jī)，防止司機(jī)不在車上，公交車被引燃；一個(gè)是公司手機(jī)，公司了解到信息后馬上開始處理。同時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)破窗裝置，打開窗戶，幫助乘客逃生。同時(shí)防止破窗裝置出現(xiàn)故障，破窗裝置有一個(gè)開關(guān)，可以手動(dòng)啟動(dòng)，讓乘客盡快逃生。

51單片機(jī)；燃爆；GPS/GPRS；行車安全

引言

截止到2019年，我國(guó)汽電車已達(dá)69.33萬輛。較2018年增長(zhǎng)2.96%。我國(guó)城市公共交通客運(yùn)量為1 279.17億人，較2018年有所回升。2019年城市客運(yùn)裝備擁有量整體繼續(xù)增長(zhǎng)，其中公共汽車中空調(diào)車占比超過50%?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”應(yīng)用不斷加強(qiáng)，手機(jī)APP、電子站牌等穩(wěn)步推進(jìn)。各地還創(chuàng)新推出了定制公交、商務(wù)快巴、社區(qū)巴士等特色服務(wù)，較好地滿足人民群眾出行需求。2019年年末公共汽電車運(yùn)營(yíng)線路總長(zhǎng)度133.6萬公里，運(yùn)營(yíng)線路65 730條，擁有公交專用車道14 951.7 km。

公交車在增加的同時(shí)，關(guān)于公交車的燃爆事件也時(shí)有發(fā)生，雖然每一輛公交車都配有安全錘，滅火器等安全措施[1]，公交車的燃燒爆炸事件也很少發(fā)生，但是燃燒爆炸的事件一旦發(fā)生，因其事故燃燒速度快、極易產(chǎn)生轟燃、人員疏散困難、撲救難度大，會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和不良的社會(huì)影響[2]。為了防止公交車燃燒爆炸事件的發(fā)生以及事件發(fā)生后能夠快速處理，減少損失，避免傷亡，文章設(shè)計(jì)出本裝置。

1 公交車燃爆原因分析

1.1 電氣設(shè)備、電線的短路

隨著各種新型的電氣設(shè)備在公交車上的廣泛安裝使用，使得公交車的電子與電氣設(shè)備的系統(tǒng)越來越龐大，整車電線布置復(fù)雜，電氣節(jié)點(diǎn)繁多，電器元件及其線路發(fā)生短路的機(jī)會(huì)越來越高。此外，布線不規(guī)范、亂拉亂搭、線路不加防護(hù)套、不避開熱源（如發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)附近）、各種線束固定不規(guī)范、特別是保險(xiǎn)裝置的不規(guī)范等，都容易形成電氣系統(tǒng)短路的隱患，以至造成火險(xiǎn)。

1.2 油管路滲漏

油管路滲漏是引發(fā)公交車自燃的另一重要原因。公交車上的油管路系統(tǒng)較多，這些管路的布放經(jīng)常要經(jīng)過一些熱源的地方，管路如發(fā)生滲漏，油料一遇火花便會(huì)燃燒形成火險(xiǎn)。

1.3 機(jī)件過度干摩擦

機(jī)件的過度干摩擦容易產(chǎn)生大量的熱量造成高溫，一遇可燃物（如油污）就會(huì)燃燒產(chǎn)生火險(xiǎn)。

1.4 日常保養(yǎng)不到位

公交車日常技術(shù)安全檢查、保養(yǎng)不到位，對(duì)電氣系統(tǒng)的故障沒有及時(shí)排除，也是公交車自燃事故的重要原因之一。

1.5 其他原因

對(duì)于采用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的公交車來說，由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，如發(fā)動(dòng)機(jī)防回火裝置失效會(huì)造成進(jìn)氣系統(tǒng)的回火燃燒；或因蒸發(fā)器的嚴(yán)重堵塞造成燃?xì)鈬?yán)重不完全燃燒引發(fā)排氣系統(tǒng)的“二次燃燒”等，也是公交車自燃的原因之一。

2 裝置總體設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路：本項(xiàng)目以51單片機(jī)為控制核心，使用STC89C52芯片來實(shí)現(xiàn)總體控制功能?？刂瓶諝赓|(zhì)量檢測(cè)模塊，火焰?zhèn)鞲衅鳎瑹熿F傳感器，以及溫濕度傳感器等測(cè)量器件，單片機(jī)接受并處理由各類傳感器所采集的數(shù)據(jù)，并在顯示屏上顯示。因?yàn)轱@示的內(nèi)容相對(duì)較多，所以使用了兩塊LCD1602液晶顯示器，并分別用兩個(gè)單片機(jī)控制。兩個(gè)單片機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)整體功能。一個(gè)單片機(jī)控制模塊采集環(huán)境參數(shù)。另一個(gè)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)定位和信息發(fā)送功能。

當(dāng)可燃性氣體泄露，煙霧濃度超標(biāo)或者有火焰產(chǎn)生，發(fā)生火災(zāi)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)（蜂鳴器響），同時(shí)自動(dòng)破窗裝置啟動(dòng)，打開車窗，并在破窗之后自動(dòng)停止，便于乘客逃生。并通過GPS模塊自動(dòng)定位，將位置信息以及時(shí)間信息通過GSM模塊發(fā)送到兩個(gè)手機(jī)上。一個(gè)手機(jī)是司機(jī)的，防止司機(jī)不在車上，公交車自燃或者被引燃。另一個(gè)是公司手機(jī)，公司了解到情況后馬上通知相關(guān)人員進(jìn)行處理。將事故發(fā)生率以及事故發(fā)生所帶來的人員及財(cái)產(chǎn)損失降到最低。有效保障人員以及財(cái)產(chǎn)安全。另外，破窗裝置還有一個(gè)手動(dòng)開關(guān)，防止裝置出現(xiàn)故障。不能及時(shí)破窗。乘客可以手動(dòng)啟動(dòng)裝置，盡快逃生。

圖1 系統(tǒng)框架

3 系統(tǒng)物理硬件

控制芯片，選擇STC89C52單片機(jī)作為控制芯片。與傳統(tǒng)的51單片機(jī)相比，具有低功耗，運(yùn)行速度快的特點(diǎn)。

空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊采用MQ135傳感器，MQ135對(duì)氨氣、硫化物、苯系蒸汽的靈敏度高，對(duì)煙霧和其他有害氣體的監(jiān)測(cè)也很理想。不僅可以檢測(cè)多種有害氣體，而且成本相對(duì)較低。

紅外火焰檢測(cè)模塊可以檢測(cè)火焰或者波長(zhǎng)在 760～1 100 nm范圍內(nèi)的光源，探測(cè)角度 60°左右，對(duì)火焰光譜特別靈敏，并且靈敏度可調(diào)，使用方便。

溫度以及濕度檢測(cè)模塊采用DHT11溫濕度檢測(cè)模塊，可以檢測(cè)周圍環(huán)境的濕度和溫度。溫度分辨率是1 ℃，精度是±2 ℃。溫度檢測(cè)范圍是0～50 ℃；濕度分辨率1 %RH，精度是±5 %RH，檢測(cè)范圍是20～90 %RH。及時(shí)檢測(cè)周圍環(huán)境溫濕度及其變化，具有可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，并且成本低，響應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)。

使用的GPS模塊擁有1～10 Hz可調(diào)節(jié)的定位更新速率，信號(hào)間隔的大大降低使得它可以應(yīng)付更嚴(yán)苛的使用條件（例如：快速移動(dòng)的車輛）。工作溫度是?4 ℃～100 ℃。這個(gè)區(qū)間可以滿足整個(gè)裝置的使用溫度范圍。

GSM模塊型號(hào)是SIM800C，可以低功耗實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送，性能穩(wěn)定。

顯示模塊是兩塊LCD1602液晶顯示器，功耗低，可以分開顯示溫濕度信息和定位時(shí)間信息，方便查看，可以讓我們及時(shí)了解到信息以及變化。

破窗裝置是用繼電器控制電機(jī)，在用電機(jī)來驅(qū)動(dòng)破窗裝置。破窗裝置在發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，同時(shí)也有手動(dòng)開關(guān)來控制，防止出現(xiàn)故障。

警報(bào)模塊采用蜂鳴器，當(dāng)出現(xiàn)危險(xiǎn)信號(hào)時(shí)，蜂鳴器響，發(fā)出警報(bào)提醒乘客注意。

按鍵模塊采用四個(gè)四角按鍵。其中兩個(gè)按鍵分別執(zhí)行兩個(gè)單片機(jī)的復(fù)位操作。另一個(gè)是破窗裝置的手動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)，第四個(gè)是手動(dòng)發(fā)送位置信息以及時(shí)間信息，及時(shí)定位，提供信息，幫助相關(guān)人員盡快處理險(xiǎn)情。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的公交車燃爆應(yīng)急處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)初始化。當(dāng)系統(tǒng)上電之后，首先要進(jìn)行系統(tǒng)各個(gè)硬件模塊的初始化操作，目的是將各個(gè)硬件模塊和STC89C52微處理器帶到一個(gè)合適的工作狀態(tài)。在該模塊中首先將系統(tǒng)配置時(shí)鐘，使系統(tǒng)達(dá)到低功耗的效果；接下來延時(shí)初始化，使其產(chǎn)生的延時(shí)時(shí)間更精確；然后進(jìn)行軟件使用到的各個(gè)中斷初始化；最后初始化軟件使用到的外部設(shè)備。其軟件流程圖如圖2所示。

圖2 軟件流程圖

液晶顯示模塊，OLED即有機(jī)發(fā)光二極管，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由16×02 的點(diǎn)陣大小組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。OLED 同時(shí)具備自發(fā)光，不需背光源、對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程較簡(jiǎn)單等優(yōu)異特性。在本設(shè)計(jì)中，上電之后，調(diào)用字符串顯示當(dāng)前溫濕度信息以及經(jīng)緯度信息和時(shí)間信息。

5 測(cè)試計(jì)劃

本程序要求通過對(duì)STC89C52微處理器和各個(gè)硬件模塊進(jìn)行完整性測(cè)試、接口測(cè)試、集成測(cè)試、功能測(cè)試、模塊驅(qū)動(dòng)測(cè)試、性能評(píng)測(cè)和負(fù)載測(cè)試等方面的測(cè)試工作，直至系統(tǒng)達(dá)到可靠穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)既定功能為止。

6 結(jié)論

本實(shí)用新型公交車燃爆,屬于公交車自燃檢測(cè)處理領(lǐng)域,其包括處理器模塊和與處理器模塊均連接的傳感器模塊、報(bào)警模塊、自動(dòng)破窗裝置、GPS定位模塊、GPRS模塊、顯示模塊、指示燈組和電源模塊、所述傳感器模塊包括均與處理器模塊連接的空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊、溫濕度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鳌１緦?shí)用新型應(yīng)急處理系統(tǒng)集溫度，濕度和位置信息三個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)于一體，并能夠自動(dòng)報(bào)警，啟動(dòng)自動(dòng)破窗裝置和發(fā)送求救信息至相關(guān)部門。從而解決了以往系統(tǒng)功能的單一性問題，高效地處理了公交車燃爆應(yīng)急處理工作。

[1] 陶鑫鈺,趙虹,范政,等.基于單片機(jī)的公交車燃爆應(yīng)急處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].輕工科技,2019,35(06):83-85.

[2] 高月.公交車車廂內(nèi)火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬研究[D].淮南:安徽理工大學(xué),2015.

Design of Bus Explosion Emergency Treatment System Based on Single Chip Microcomputer

LI Jingshuai, SONG Zhupeng, GAO Weijiang, LI Junwei, YU Hongfeng

（Liaoning University of Technology School of Automotive and Traffic Engineering, Liaoning Jinzhou 121001）

This paper takes 51 single chip microcomputer as the control core and combustible gas sensor, flame sensor, smoke sensor, and temperature sensor as the measurement device. The single chip microcomputer accepts and processes the data collected by various sensors and displays it on the display screen.When the combustible gas leak, when the fire, the buzzer alarm, and through the GPS/GPRS module automatic positioning, the location information and date and time information to the mobile phone (two mobile phones, one is the driver, to prevent the driver is not in the car, the bus was ignited;One is the company phone, which the company immediately starts processing when it learns the information.)At the same time, start the automatic window breaking device to open the window and help the passengers escape.At the same time, to prevent the failure of the broken window device, the broken window device has a switch, which can be manually started, so that passengers can escape as soon as possible.

51 MCU;Ignition and explosion;GPS/GPRS; Driving safety

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.021.031

U463.67

B

1671-7988(2021)21-120-03

U463.67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7988(2021)21-120-03

李景帥，男，本科，就讀于遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院。