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        一種車載煙霧報警系統(tǒng)的設(shè)計

        2020-03-02 02:24:25李珉澄李泓
        電子產(chǎn)品世界 2020年1期

        李珉澄 李泓

        摘要:介紹了一種車載煙霧報警系統(tǒng)的設(shè)計方案,包含一個帶觸摸屏液晶的主機和多個分布式安裝的探測器,通過RS485總線連接。方案采用半導(dǎo)體氣體傳感器實現(xiàn),靈敏度高、成本低、壽命長,通過基準(zhǔn)電壓自動標(biāo)定、自動校正和測量值溫度補償,解決了半導(dǎo)體氣體傳感器漂移和受溫度影響大的問題,實現(xiàn)了煙霧的可靠檢測,為汽車火災(zāi)早期預(yù)警提供了可靠保障,具有較強的實用性。

        關(guān)鍵詞:半導(dǎo)體氣體傳感器;RS485;自動校正;自動標(biāo)定;溫度補償

        近年來,汽車火災(zāi)事故時有發(fā)生,給國家和人民的生命財產(chǎn)造成了巨大的損失,教訓(xùn)是深刻的,目前汽車火災(zāi)事故已經(jīng)成為媒體輿論的焦點,社會各界對此廣泛關(guān)注。特別是城市公交車和長途大巴車由于采用空調(diào)系統(tǒng)使得人們處于一個相對封閉的環(huán)境,給火災(zāi)處理和人員逃離都帶來了很多的不便,控制火災(zāi)的發(fā)生和先期的預(yù)警就顯得尤為重要。因此,抓好火災(zāi)預(yù)防必須借助于高科技防火災(zāi)產(chǎn)品在其汽車領(lǐng)域上的運用,將其災(zāi)情早期發(fā)現(xiàn)并控制消滅在隱患萌芽中。

        1煙霧檢測原理

        對于火災(zāi)煙霧方面的監(jiān)測,通常主要采用煙霧傳感器與溫度傳感器,其中煙霧傳感器主要有離子式、光電式和氣敏式等幾類。它們的工作原理就決定了其監(jiān)測方式只有在火災(zāi)達到一定程度后才能進行報警工作,而且存在對部分特殊火焰的燃燒無法識別的現(xiàn)象,這種監(jiān)測的方式是無法對于早期發(fā)生的火災(zāi)進行報警的,其監(jiān)測也是不全面的,如果待火災(zāi)達到一定程度報警,勢必?zé)o形中給財產(chǎn)與生命安全造成更大損失。

        近年來,隨著氣體傳感技術(shù)的發(fā)展,氣體傳感器和傳統(tǒng)火災(zāi)探測器相結(jié)合的探測技術(shù),已廣泛應(yīng)用于汽車火災(zāi)煙霧探測領(lǐng)域。在火災(zāi)過程中,幾乎每種物質(zhì)均要產(chǎn)生不充分燃燒的CO和煙霧,特別是陰燃階段的火災(zāi)更是如此,由火災(zāi)孕育到劇烈燃燒CO和煙霧經(jīng)歷由無到有,由小到大,然后逐漸減小的規(guī)律性變化過程,而且CO和煙霧比空氣密度小,更容易更早漂浮實現(xiàn)早期預(yù)警。因此檢測CO和煙霧適合于火災(zāi)早期探測,這對于較早的時間捕捉到火災(zāi)發(fā)生信息非常重要。

        半導(dǎo)體氣體傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件組織發(fā)生變化而制成的,它的優(yōu)點是成本低廉、制作簡單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長、對濕度敏感度低:它的缺點是對氣體選擇性差、輸出非線性、穩(wěn)定性不理想,適用于單點或少量檢測點報警,不適合于定量檢測使用。對于汽車使用環(huán)境來說,是比較合適的一種氣體傳感器,但是在使用中要解決穩(wěn)定性不夠的問題。

        2車載煙霧報警器系統(tǒng)設(shè)計

        整個車載煙霧報警系統(tǒng)分為兩個部分:安裝于駕駛員側(cè)的主機和分布安裝在車廂各處的探測器,主機和探測器通過RS485總線連接在一起。其安裝分布如圖1所示。

        3車載煙霧報警器主機設(shè)計

        車載報警器主機用于輪詢探測器狀態(tài)并根據(jù)讀取數(shù)據(jù)在液晶屏上顯示個探測器的狀態(tài),如果探測器未連接,相應(yīng)探測器狀態(tài)顯示灰色,如果狀態(tài)正常顯示綠色,如果超出報警值則根據(jù)超出程度顯示黃色或紅色。

        車載報警器主機系統(tǒng)組成如圖2所示。

        4車載報警器煙霧探測器設(shè)計

        車載報警器探測器用于檢測煙霧濃度,并根據(jù)煙霧濃度確定當(dāng)前是否存在火災(zāi)隱患,根據(jù)煙霧濃度把當(dāng)前狀態(tài)判斷為正常、輕度污染或者重度污染。其系統(tǒng)組成入圖3所示。

        圖中,電源電路采用開關(guān)降壓芯片XL2596把汽車電源12V或24V轉(zhuǎn)換成5V供探測器其他電路使用:風(fēng)扇為5V直流風(fēng)扇,用于構(gòu)成將車箱內(nèi)氣體吸入探測器內(nèi)部進行檢測,提供比自然擴散型結(jié)構(gòu)更快的檢測速度:半導(dǎo)體氣體傳感器經(jīng)過比較鄭州煒盛公司的MP503、MP801、MP901、日本費加羅公司的TGS2602、TGS2602在使用中的穩(wěn)定性、穩(wěn)定時間、信號靈敏度,最終選擇了MP801,可以在開機2min內(nèi)達到穩(wěn)定,且靈敏度較高、穩(wěn)定性不錯:溫度傳感器使用熱敏電阻檢測半導(dǎo)體氣體傳感器工作環(huán)境溫度,然后單片機通過算法進行溫度補償;LED只是電路采用紅綠雙色LED,可以實現(xiàn)綠色、橙色和紅色3種狀態(tài)的顯示:RS485轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)和主機的總線連接。

        5基準(zhǔn)電壓值自動標(biāo)定和自動校正

        車載煙霧探測器使用M P801半導(dǎo)體傳感器進行煙霧檢測。其基本電路如圖4所示。

        圖中,傳感器MP801的1腳和4腳之間為加熱體,額定工作電壓5V,用于保證2、3腳之間的檢測體的正常工作。剛上電時,檢測體的阻值很小,導(dǎo)致輸出電壓VR比較大,需要經(jīng)過一段時間的預(yù)熱以后,檢測體的阻值才會穩(wěn)定下來,此時VR輸出一個穩(wěn)定的值,這個值才可以作為基準(zhǔn)電壓來進行煙霧的判斷。

        在程序設(shè)計中,考慮到了上電預(yù)熱穩(wěn)定的過程,其自動標(biāo)定基準(zhǔn)電壓的流程如圖5所示。

        當(dāng)車廂內(nèi)有煙霧時,傳感器檢測體阻值下降,VR輸出電壓上升,通過比較測量到的VR電壓值和基準(zhǔn)電壓比較就可以判斷得到當(dāng)前車廂內(nèi)煙霧的狀態(tài)。但是,在實際使用中,半導(dǎo)體傳感器存在著漂移的現(xiàn)象。在沒有煙霧的狀態(tài)下,傳感器檢測體的阻值也會發(fā)生緩慢變化,如果時間足夠長,則這種漂移會足夠大,從而導(dǎo)致判斷的錯誤。所以在使用中必須對基準(zhǔn)電壓進行自動校正?;鶞?zhǔn)電壓自動校正算法如下:

        1)每10s計算VR輸出平均電壓,并和基準(zhǔn)電壓比較。如果差值小于限值,則進入步驟2;如果差值大于限值,則計時清零,返回步驟10

        2)和上一次測量平均值比較,如果差值小于限值,則進入步驟3;如果差值大于限值,則計時清零,返回步驟1。

        3)計時值加1,如果計時值達到設(shè)定值,則保存新的基準(zhǔn)電壓.并清零計時值,返回步驟1。

        6測量值溫度補償

        半導(dǎo)體氣體傳感器的性能受溫度的影響比較大.所以在使用時需要根據(jù)溫度對測量電壓值進行補償。傳感器輸出電壓溫度補償曲線如圖6所示。

        7結(jié)論

        實際制作的樣機,經(jīng)過使用檢驗,能夠滿足實際使用的需要,靈敏度較高,穩(wěn)定性滿足要求,能可靠地進行煙霧檢測,實現(xiàn)火災(zāi)的早期預(yù)警。

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