黃展華，蔡偉明

（漳州職業(yè)技術學院 汽車工程系，福建 漳州 363000）

汽車電路系統(tǒng)故障、燃油系統(tǒng)故障、機械摩擦產(chǎn)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(nèi)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(xiàn)形式上主要有機械觸發(fā)式和電子觸發(fā)式等形式，其特點是根據(jù)著火點產(chǎn)生的高溫觸發(fā)相關的機械裝置或溫控開關，實現(xiàn)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(fā)一種具有較好經(jīng)濟性和實用性的智能化新型汽車電控自動滅火系統(tǒng)。

1 電控自動滅火系統(tǒng)原理及可行性分析

1.1 系統(tǒng)設計的總體思路

系統(tǒng)總體設計如圖1 所示。 系統(tǒng)采用煙霧和溫度傳感器對整車的狀態(tài)進行實時監(jiān)控，當系統(tǒng)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(fā)動機機艙火情10 s 后，自動啟動滅火裝置；當自動滅火系統(tǒng)失效時，駕駛員可以手動觸發(fā)滅火裝置；當駕駛員確定發(fā)動機艙無火情，而系統(tǒng)警告發(fā)動機艙失火時，駕駛員可以在10 s 內(nèi)按下“禁止啟動”按鈕以禁止滅火裝置的自動觸發(fā)。

圖1 系統(tǒng)總體設計

1.2 系統(tǒng)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(fā)動機艙內(nèi)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(shù)據(jù)。

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(nèi)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(huán)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(chǎn)生的巨大沖擊力作為啟動動力，經(jīng)過實際試驗證明其觸發(fā)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(tǒng)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(zhì)[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(shù)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?？諝獾? 倍以上。 MQ-2 傳感器內(nèi)部簡圖如圖2 所示。

圖2 煙霧傳感器內(nèi)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(lián)連接，當煙霧傳感器的電導率發(fā)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(diào)整電位器R1 手工設定煙霧異常指標，方便試驗調(diào)試。 發(fā)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(lián)連接，用于監(jiān)測煙溫度傳感器電阻的變化。 當溫度傳感器的電阻發(fā)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(fā)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(tài)。

圖6 滅火器控制電路

2.5 報警系統(tǒng)及信息顯示

報警系統(tǒng)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(zhuǎn)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(jù)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(tǒng)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(shù)據(jù)不再作為著火的判斷依據(jù)。

圖7 主程序流程圖

4 結語

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