黄展华，蔡伟明

（漳州职业技术学院 汽车工程系，福建 漳州 363000）

汽车电路系统故障、燃油系统故障、机械摩擦产生的高温以及夏季的高温等问题使得汽车存在自燃的风险。 国内外很多专家学者都对汽车着火后可采取的有效灭火方法作了大量研究。 目前，汽车自动灭火主要是靠灭火器灭火，在具体的实现形式上主要有机械触发式和电子触发式等形式，其特点是根据着火点产生的高温触发相关的机械装置或温控开关，实现灭火器的自动控制，这些形式的灭火器的智能化程度都比较低。 本文旨在开发一种具有较好经济性和实用性的智能化新型汽车电控自动灭火系统。

1 电控自动灭火系统原理及可行性分析

1.1 系统设计的总体思路

系统总体设计如图1 所示。 系统采用烟雾和温度传感器对整车的状态进行实时监控，当系统检测出火情后，要能及时地向驾乘人员报警提示；当检测出发动机机舱火情10 s 后，自动启动灭火装置；当自动灭火系统失效时，驾驶员可以手动触发灭火装置；当驾驶员确定发动机舱无火情，而系统警告发动机舱失火时，驾驶员可以在10 s 内按下“禁止启动”按钮以禁止灭火装置的自动触发。

图1 系统总体设计

1.2 系统总布置

因为机舱空间狭小，大容量灭火器难以布置，故在机舱上布置了4 个小容量灭火器。 将灭火器的喷射点安装在发动机舱内的四个角落，而不安装在油管或排气管附近。 这是因为机舱的装置及线路复杂，起火点难以预测，让灭火器的喷洒覆盖尽量大的范围，可以使得灭火行为的起始点更早，及时扑灭小火，才不会形成大火而难以控制。

在机舱安装4 组烟雾和温度传感器是为了能准确地采集到机舱的烟雾和温度信息。 机舱的传感器主要安装在防火墙附近，这是因为在汽车行驶过程中，防火墙处于机舱的下风口位置，有利于收集异常数据。

1.3 灭火器选择

首先，灭火剂材料选用超细干粉灭火剂。 汽车火灾主要涉及A、B、C、E 类火灾，目前国内市场上可用于扑灭这4 类火灾的灭火剂主要有二氧化碳灭火剂、卤代烷灭火剂、七氟丙烷灭火剂、IG541 灭火剂以及干粉灭火剂[1]。 在这几种灭火剂中，超细干粉灭火剂对环境无特殊要求，对大气臭氧层没有破坏作用，性价比高，并且具有较高的灭火效率。试验表明，超细干粉灭火速率是卤代烷的2.5 倍，是二氧化碳的4 倍，是泡沫的20 倍，是水的40 倍。超细干粉灭火剂在150 g/m3的用量下，可以有效扑灭A、B、C 火灾[2]。

其次，选用贮压式的超细干粉灭火器。 车用超细干粉灭火器有2 种，分别是：贮压式和脉冲式。 脉冲式超细干粉灭火器是利用火药瞬间爆炸产生的巨大冲击力作为启动动力，经过实际试验证明其触发时的爆炸声太大，冲击波可能会危及车辆维修人员安全。

综上所述，选用4 个2 kg 车用电启动贮压式超细干粉灭火器作为本自动灭火系统的灭火装置。

2 电路设计

2.1 烟雾信息采集电路设计

烟雾传感器使用MQ-2 气体传感器。MQ-2 气体传感器使用二氧化锡材料作为可燃气体的检测媒质[3]。 该材料的电导率随着可燃气体浓度的增大而增大。 从MQ-2 的说明书上可获知该传感器可检测可燃气体的体积分数范围为200～10 000 ppm。 在1 000 ppm 的可燃气体浓度下，其电导率是正常空气的5 倍以上。 MQ-2 传感器内部简图如图2 所示。

图2 烟雾传感器内部原理

设计的烟雾信息采集电路如图3 所示。 将R3 与烟雾传感器串联连接，当烟雾传感器的电导率发生变化时，R3 的分压也随之变化。 利用电压比较器LM393 将R3 的电压与电位器R1 的信号作比较，再将比较的结果送给主控制器。 这样设计的好处是：可以通过调整电位器R1 手工设定烟雾异常指标，方便试验调试。 发光二极管LED1 在烟雾浓度值超标时点亮。

图3 烟雾信息采集电路

2.2 温度信息采集电路设计

设计的温度信息采集电路如图4 所示。 温度传感器选用PT100 热电阻。 该热电阻可测试的温度范围为-100～750 ℃，精度为±2.5 ℃，满足使用要求。 从PT100 的使用手册上可获知其在不同温度下的电阻值。R7 与温度传感器串联连接，用于监测烟温度传感器电阻的变化。 当温度传感器的电阻发生变化时，R7 的分压随之变化，由此可计算出该传感器所处的温度值。

2.3 自动灭火功能禁止按键电路

自动灭火功能禁止按键电路如图5 所示。 发光二级管在按键开关按下后点亮，用于指示自动灭火功能被禁止。

图4 温度信息采集电路

图5 按键电路

2.4 灭火器控制电路设计

设计的灭火器控制电路如图6 所示。 从灭火器的使用手册上查得：灭火器上点火装置的电阻值为2～3 Ω，工作电压为12 V，工作电流约为5 A。使用SLA-12VDC-SL-A 继电器对点火装置进行控制。该继电器在12 V 电源电压下，工作端的额定电流约为10 A，控制端电流约为80 mA，满足使用要求。 光耦TLP521 起隔离保护作用。 R8 和R9 使三级管8050 的工作处于饱和状态。

图6 灭火器控制电路

2.5 报警系统及信息显示

报警系统主要控制报警喇叭工作，工作电路与灭火器的控制电路类似。 使用TFT 型液晶屏作为警报显示器。

2.6 单片机选择

温度信息的读取需要使用A/D 转换器，为了简化电路设计，选用Microchip 公司的PIC18F4520 单片机作

3 程序设计

根据设定的功能设计主程序流程如图7 所示。 在程序设计的过程中，考虑了系统自检功能。 当温度传感器的信号电压大于4.5 V 或小于0.1 V 时，说明温度传感器的电路存在故障，该温度传感器将被停用，其数据不再作为着火的判断依据。

图7 主程序流程图

4 结语

经过实际调试和试验验证，本次设计的新型汽车电控自动灭火系统运行情况良好，可以较好地实现预定的各项功能。 该系统相对于市场上其他的汽车电控灭火系统，不仅操作方便，而且经济性较好，具有一定的应用前景。