一種汽車智能自動滅火器的設(shè)計

張昱哲

摘要：為了減少汽車自燃的發(fā)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(nèi)，當汽車出現(xiàn)自燃時能夠自動處理火災(zāi)信息，自動報警，及時自動進行滅火的智能自動滅火器，實現(xiàn)滅火的方法。通過分析，本設(shè)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(guān)鍵詞：汽車自燃；汽車引擎機蓋；智能控制系統(tǒng)；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(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(fā)現(xiàn)火情時，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)造成嚴重事故。

據(jù)統(tǒng)計資料表明，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，能夠自動探測電氣和高溫引的自燃，處理火災(zāi)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(shè)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(nèi)，當汽車出現(xiàn)自燃時能夠自動處理火災(zāi)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(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(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，該煙霧劑以制劑時迅速而高效的放熱燃燒為動力，在釋放噴出時產(chǎn)生吸熱率為每秒400度的強烈吸熱分解反應(yīng)，產(chǎn)生大量的煙霧。同時，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(qū)時會進行強烈的分解吸熱反應(yīng)，使著火區(qū)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(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等活性游離基團優(yōu)先進行瞬間鏈式反應(yīng)，從而消耗活性基團，抑制住活性基團之間的放熱反應(yīng)，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(zhì)燃燒中產(chǎn)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(chǎn)生化學反應(yīng)，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(fā)生劑啟動器

氣溶膠發(fā)生劑啟動器的作用就是點燃氣溶膠發(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(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，分布在汽車引擎機蓋內(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、運行速度快、資源豐富、開發(fā)方便等優(yōu)點，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）、定時器Time_A、Time_B和Basic_Time能更好地為系統(tǒng)的設(shè)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(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體技術(shù)，相繼開發(fā)了半導體熱電偶傳感器、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，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(fā)展迅速。

本設(shè)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(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)物理學中的塞貝克效應(yīng)，即在兩種金屬的導線構(gòu)成的回路中，若其接點保持不同的溫度，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、測量準確、復現(xiàn)性好、使用細偶絲還可測微區(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攝氏度進行連續(xù)測量。

3.氣體傳感器

檢測汽車引擎機蓋內(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，從而可以進行檢測、監(jiān)控、分析、報警。

本設(shè)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(yīng)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(yīng)時間快、經(jīng)濟可靠等優(yōu)點而得到迅猛發(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，能實現(xiàn)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(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于軍事、宇航、通信、檢測與工業(yè)自動化控制等多種領(lǐng)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(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(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(zhuǎn)換成電信號，送到智能控制系統(tǒng)，激活氣溶膠發(fā)生劑啟動器，進行滅火。

三、工作原理及性能分析

本滅火器設(shè)置的智控系統(tǒng)時時檢測汽車引擎機蓋內(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。

當汽車引擎機蓋內(nèi)的溫度和氣體參數(shù)達到設(shè)定的閾值時，會發(fā)出報警的提示音；溫度和氣體參數(shù)持續(xù)升高到汽車自燃臨界點時，提示駕駛員手動控制啟動器啟動氣溶膠滅火器，實現(xiàn)滅火；當溫度和氣體參數(shù)持續(xù)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(tǒng)自動控制啟動器啟動氣溶膠滅火器，實現(xiàn)滅火。

四、結(jié)語

本設(shè)計的汽車智能自動滅火器實現(xiàn)了一汽車引擎機蓋內(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)實際情況手動控制啟動器啟動氣溶膠滅火器，實現(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)測汽車引擎機蓋內(nèi)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(nèi)，時時監(jiān)測汽車引擎機蓋內(nèi)的溫度情況，一旦汽車引擎機蓋內(nèi)由電氣或是由機械摩擦產(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(chǎn)安全。