張昱哲

摘要：為了減少汽車自燃的發(fā)生，及時(shí)對汽車自燃提前滅火，提出一種放置在汽車引擎機(jī)蓋內(nèi)，當(dāng)汽車出現(xiàn)自燃時(shí)能夠自動(dòng)處理火災(zāi)信息，自動(dòng)報(bào)警，及時(shí)自動(dòng)進(jìn)行滅火的智能自動(dòng)滅火器，實(shí)現(xiàn)滅火的方法。通過分析，本設(shè)計(jì)的智能自動(dòng)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(guān)鍵詞：汽車自燃；汽車引擎機(jī)蓋；智能控制系統(tǒng)；汽車智能自動(dòng)滅火器

中圖分類號TU892 文獻(xiàn)標(biāo)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(zāi)是除道路交通事故外最大的安全隱患，而汽車自燃現(xiàn)象這種瞬間而發(fā)的火災(zāi)令人猝不及防，給車主帶來較大經(jīng)濟(jì)損失，甚至釀成車毀人亡的悲劇。汽車開始自燃時(shí)人們往往不易察覺，當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)火情時(shí)，再采用人為控制的滅火方式，火情已經(jīng)難以控制或者已經(jīng)造成嚴(yán)重事故。

據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，將近一半左右的汽車火災(zāi)由電氣火源引起，另外的原因則是由機(jī)械摩擦產(chǎn)生的高溫和高溫部件引起的自燃。因此，能夠自動(dòng)探測電氣和高溫引的自燃，處理火災(zāi)信息，自動(dòng)報(bào)警，及時(shí)自動(dòng)撲滅狹小空間的汽車自燃已成為一個(gè)迫切需要解決的問題。

二、設(shè)計(jì)方案

汽車智能自動(dòng)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(jī)蓋內(nèi)，當(dāng)汽車出現(xiàn)自燃時(shí)能夠自動(dòng)處理火災(zāi)信息，自動(dòng)報(bào)警，及時(shí)自動(dòng)進(jìn)行滅火的智能自動(dòng)滅火器。包括殼體、滅火組件、智能控制系統(tǒng)。

（一）滅火組件

滅火組件的主體滅火部分為氣溶膠發(fā)生劑和氣溶膠啟動(dòng)器。當(dāng)自動(dòng)或是手動(dòng)啟動(dòng)氣溶膠滅火器的啟動(dòng)器時(shí)，氣溶膠發(fā)生劑產(chǎn)生出的燃燒產(chǎn)物，是一種表現(xiàn)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(shí)迅速而高效的放熱燃燒為動(dòng)力，在釋放噴出時(shí)產(chǎn)生吸熱率為每秒400度的強(qiáng)烈吸熱分解反應(yīng)，產(chǎn)生大量的煙霧。同時(shí)，高效的吸熱反應(yīng)使煙霧劑在幾十秒內(nèi)無焰釋放，并在封閉環(huán)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(jī)理

（1）冷卻作用，氣溶膠中的固體微粒（主要是金屬氧化物）進(jìn)入燃燒高溫區(qū)時(shí)會進(jìn)行強(qiáng)烈的分解吸熱反應(yīng)，使著火區(qū)的溫度迅速下降，以達(dá)到降溫滅火的作用。

（2）氣相化學(xué)抑制作用，由于氣溶膠中的固體微粒受熱分解產(chǎn)生的以陽離子“蒸氣”為主要形式存在的金屬物質(zhì)，與燃燒物質(zhì)分解產(chǎn)生的H、OH、O等活性游離基團(tuán)優(yōu)先進(jìn)行瞬間鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而消耗活性基團(tuán)，抑制住活性基團(tuán)之間的放熱反應(yīng)，達(dá)到氣相化學(xué)抑制的目的。

（3）固相化學(xué)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(zhì)燃燒中產(chǎn)生的活性基團(tuán)碰撞過程中，會被瞬時(shí)吸附，在吸附過程中會反復(fù)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，消耗掉大量的活性基團(tuán)，因而起到對燃燒鏈阻斷終止的固相化學(xué)抑制作用。

2.氣溶膠發(fā)生劑啟動(dòng)器

氣溶膠發(fā)生劑啟動(dòng)器的作用就是點(diǎn)燃?xì)馊苣z發(fā)生劑，使氣溶膠發(fā)生劑燃燒。

（二）智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)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(dòng)啟動(dòng)的氣溶膠滅火器的啟動(dòng)器和手動(dòng)的氣溶膠滅火器的啟動(dòng)器。如圖2所示。

智能控制系統(tǒng)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(gè)，分布在汽車引擎機(jī)蓋內(nèi)；溫度氣體顯示器通過引線與智控系統(tǒng)電氣連接，放置在汽車駕駛室內(nèi)，顯示汽車引擎機(jī)蓋內(nèi)的溫度、氣體參數(shù)和明火情況。

l.控制器

智能控制系統(tǒng)的控制器采用MSP430F449為核心控制器，該系列單片機(jī)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(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式，簡潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運(yùn)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(qū)動(dòng)下指令周期為125ns，并且集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。

采用MSP430F449為核心控制器，其具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快、資源豐富、開發(fā)方便等優(yōu)點(diǎn)，在許多行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用MSP430F449作為處理核心，內(nèi)部8路12位的ADC（A/D轉(zhuǎn)換模塊）、定時(shí)器Time_A、Time_B和Basic_Time能更好地為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(zhuǎn)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(shù)量最多的傳感器，在日常生活，工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域都扮演著十分重要的角色。從17世紀(jì)溫度傳感器首次應(yīng)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(dǎo)體技術(shù)，相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器；材料技術(shù)等新技術(shù)的支持下，陶瓷，有機(jī)，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(xué)和精確，溫度傳感器發(fā)展迅速。

本設(shè)計(jì)中的溫度傳感器采用熱電偶傳感器。熱電偶傳感器是傳統(tǒng)的分立式傳感器，是工業(yè)測量中應(yīng)用最廣泛的一種溫度傳感器，其工作原理是：根據(jù)物理學(xué)中的塞貝克效應(yīng)，即在兩種金屬的導(dǎo)線構(gòu)成的回路中，若其接點(diǎn)保持不同的溫度，則在回路中產(chǎn)生與此溫差相對應(yīng)的電動(dòng)勢.熱電偶的結(jié)構(gòu)簡單、使用溫度范圍廣、響應(yīng)快、測量準(zhǔn)確、復(fù)現(xiàn)性好、使用細(xì)偶絲還可測微區(qū)溫度，并且無需電源。它與被測對象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響，具有較高的精確度；測量范圍廣，可從-50～1600攝氏度進(jìn)行連續(xù)測量。

3.氣體傳感器

檢測汽車引擎機(jī)蓋內(nèi)是否有高溫引起的氣體的關(guān)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(huán)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(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號，傳給控制器，從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控、分析、報(bào)警。

本設(shè)計(jì)中所采用的氣體傳感器為半導(dǎo)體式氣體傳感器。半導(dǎo)體式氣體傳感器利用半導(dǎo)體材料表面吸附、脫附氣體分子會引起半導(dǎo)體電導(dǎo)率的變化來檢測氣體。在所有可燃?xì)怏w傳感器中，應(yīng)用最廣的是電學(xué)類氣體傳感器。其中的半導(dǎo)體氣敏元件自以其靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間快、經(jīng)濟(jì)可靠等優(yōu)點(diǎn)而得到迅猛發(fā)展，目前已成為世界上產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的傳感器之一。

4.光電傳感器

光電傳感器由于反應(yīng)速度快，能實(shí)現(xiàn)非接觸測量，而且精度高、分辨力高、可靠性好，加之半導(dǎo)體光敏器件具有體積小、重量輕、功耗低、便于集成等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于軍事、宇航、通信、檢測與工業(yè)自動(dòng)化控制等多種領(lǐng)域中。

光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件3部分組成。其基本原理是以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)，把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電效應(yīng)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(gè)物體上，此時(shí)光子能量就傳遞給電子，并且是一個(gè)光子的全部能量一次性地被一個(gè)電子所吸收，電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會發(fā)生變化，從而使受光照射的物體產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)。

本設(shè)計(jì)中所采用的光電傳感器主要用來檢測燃燒時(shí)的火焰，當(dāng)檢測到火焰后，光檢測器把火焰信號轉(zhuǎn)換成電信號，送到智能控制系統(tǒng)，激活氣溶膠發(fā)生劑啟動(dòng)器，進(jìn)行滅火。

三、工作原理及性能分析

本滅火器設(shè)置的智控系統(tǒng)時(shí)時(shí)檢測汽車引擎機(jī)蓋內(nèi)的溫度和氣體參數(shù)，把結(jié)果通過放置在汽車駕駛室內(nèi)的溫度氣體顯示器顯示出來。

當(dāng)汽車引擎機(jī)蓋內(nèi)的溫度和氣體參數(shù)達(dá)到設(shè)定的閾值時(shí)，會發(fā)出報(bào)警的提示音；溫度和氣體參數(shù)持續(xù)升高到汽車自燃臨界點(diǎn)時(shí)，提示駕駛員手動(dòng)控制啟動(dòng)器啟動(dòng)氣溶膠滅火器，實(shí)現(xiàn)滅火；當(dāng)溫度和氣體參數(shù)持續(xù)達(dá)到汽車自燃臨界點(diǎn)時(shí)，或光感傳感器檢測到明火時(shí)，智控系統(tǒng)自動(dòng)控制啟動(dòng)器啟動(dòng)氣溶膠滅火器，實(shí)現(xiàn)滅火。

四、結(jié)語

本設(shè)計(jì)的汽車智能自動(dòng)滅火器實(shí)現(xiàn)了一汽車引擎機(jī)蓋內(nèi)的溫度和氣體參數(shù)在駕駛室內(nèi)直觀顯示；二駕駛員可以根據(jù)實(shí)際情況手動(dòng)控制啟動(dòng)器啟動(dòng)氣溶膠滅火器，實(shí)現(xiàn)滅火；三智能控制系統(tǒng)與氣溶膠滅火器巧妙的結(jié)合了起來，監(jiān)測汽車引擎機(jī)蓋內(nèi)的溫度情況，實(shí)施自判斷滅火。

此汽車智能自動(dòng)滅火器可以安裝汽車引擎機(jī)蓋內(nèi)，時(shí)時(shí)監(jiān)測汽車引擎機(jī)蓋內(nèi)的溫度情況，一旦汽車引擎機(jī)蓋內(nèi)由電氣或是由機(jī)械摩擦產(chǎn)生的高溫和高溫部件引起的自燃，能夠處理火災(zāi)信息，及時(shí)自動(dòng)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(cái)產(chǎn)安全。