梁贊

（重慶旅游職業(yè)學(xué)院，重慶409000）

隨著我國汽車保有量的不斷增加，汽車自燃事件也屢見不鮮，通常情況下，汽車自燃事故發(fā)生前車輛無明顯征兆、無故障排除技術(shù)，但是車輛自燃過程迅速，車輛在短時(shí)間內(nèi)可能燃燒成灰，因此汽車自燃一旦發(fā)生，控制難度極大，易造成經(jīng)濟(jì)損失。為解決上述問題，避免車輛運(yùn)行過程中的潛在危險(xiǎn)，提出基于Arduino 和Labview 的汽車自燃監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法[1]。分析了引起汽車自燃的主要原因，常見原因包括汽車電器的短路著火和相關(guān)電器的內(nèi)部故障的線路火災(zāi)以及汽車供油系統(tǒng)的漏油和高溫引起的油路火災(zāi)。

1 汽車自燃監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 汽車自燃監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)硬件配置

基于Arduino 原理進(jìn)行系統(tǒng)硬件配置的優(yōu)化，Arduino 是一個(gè)非常方便和靈活的開放源碼電子原型平臺(tái)。利用I/O 接口進(jìn)行開放源代碼傳輸，系統(tǒng)硬件配置結(jié)構(gòu)主要利用Arduino 電路板進(jìn)行電路連接，同時(shí)利用Arduino IDE 進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算機(jī)程序的開發(fā)[2]。系統(tǒng)硬件配置芯片是STC89C51，并將數(shù)據(jù)直接下載到STC89C51 程序中，由單片機(jī)完成相應(yīng)功能，對STC89C51 程序進(jìn)行反復(fù)重寫保證系統(tǒng)運(yùn)行過程中不中斷電源。進(jìn)一步對系統(tǒng)的傳感器、信號處理、單片機(jī)控制、顯示、聲光報(bào)警等設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化。采用傳感器進(jìn)行特征信號的采集，并對系統(tǒng)單片機(jī)進(jìn)行分析判斷，通過LCD 進(jìn)行顯示[3]。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，若檢測出異常(即超出設(shè)定值)時(shí)，則應(yīng)使用聲光報(bào)警進(jìn)行預(yù)警，為保障預(yù)警效果，對汽車自燃監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)硬件配置進(jìn)行優(yōu)化，具體如圖1 所示。

圖1 汽車自燃監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)硬件配置

基于上述配置進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，利用溫度傳感器判斷發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)溫度是否過高，判斷汽車是否自燃。傳感器采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，其數(shù)據(jù)傳輸由單線數(shù)據(jù)線完成。并在系統(tǒng)中增加A/D 模塊，簡化硬件電路，降低成本。

每個(gè)傳感器都通過硬線管或LIN 總線與控制器通訊。當(dāng)溫度傳感器發(fā)現(xiàn)機(jī)器溫度與工作溫度不一致時(shí)，控制器會(huì)記錄異常的溫度碼，并將其值傳給車內(nèi)主機(jī)，建立溫度場，從而準(zhǔn)確確定火情。進(jìn)一步結(jié)合自組網(wǎng)主機(jī)和空調(diào)自控系統(tǒng)組成的空氣質(zhì)量監(jiān)測模塊。系統(tǒng)入口裝置PM2.5 傳感器，用來監(jiān)測空氣中的懸浮粒子[4]。采用激光散射法對微粒的粒徑和數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，檢測微粒濃度大于0.1μM。利用AQS 傳感器實(shí)現(xiàn)對汽車數(shù)值偏差的檢測。在數(shù)據(jù)偏斜的情況下，空調(diào)器控制器記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過CAN 總線向車載主機(jī)傳送，對汽車自然情況進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)控和預(yù)警。在傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生斷路、短路故障時(shí)，各系統(tǒng)均可能發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)控制器向車聯(lián)網(wǎng)主機(jī)發(fā)送故障碼記錄，在車聯(lián)網(wǎng)主機(jī)懷疑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，系統(tǒng)控制器CAN 節(jié)點(diǎn)丟失，記錄節(jié)點(diǎn)丟失，出現(xiàn)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)汽車自然判斷決策依據(jù)。

1.2 汽車自燃監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)軟件優(yōu)化

使用Labview 圖形編輯語言進(jìn)行系統(tǒng)程序的編寫。Labview編輯語言所生成的程序是平臺(tái)的核心，以框圖形式表示。更好的解決監(jiān)測預(yù)警問題。故障碼監(jiān)控車輛啟動(dòng)，系統(tǒng)啟動(dòng)，設(shè)置中斷，ADC，設(shè)置計(jì)時(shí)器，啟動(dòng)中斷，單片機(jī)進(jìn)入低能工作模式，定時(shí)器喚醒單片機(jī)退出低能工作模式。該系統(tǒng)對數(shù)字煙霧信號進(jìn)行判斷，如果超出預(yù)設(shè)閾值，返回到低功率階段[5]。超過此限時(shí)，判斷為有效信號，確認(rèn)信號重復(fù)判斷。最后由主機(jī)輸出聲光報(bào)警指令，通過喇叭、燈光反饋給乘客有效的報(bào)警信息。如果沒有火警，或者沒有處理失敗，手動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)。自燃會(huì)產(chǎn)生很多煙，煙感應(yīng)元件用于探測煙霧，當(dāng)濃度達(dá)到一定限度時(shí)，立即報(bào)警。

系統(tǒng)采用C 語言編程進(jìn)行軟件運(yùn)行流程的優(yōu)化。當(dāng)溫度傳感器、煙感傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鳈z測到駕駛室內(nèi)的任何溫度、煙霧或火焰都超過了規(guī)定的范圍時(shí)，會(huì)發(fā)出警報(bào)，并啟動(dòng)蜂鳴器，實(shí)現(xiàn)對車輛溫度變化及煙霧排放情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行報(bào)價(jià)預(yù)測，保證系統(tǒng)運(yùn)行安全。

1.3 汽車自然檢測預(yù)警的實(shí)現(xiàn)

進(jìn)一步在汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)主機(jī)上發(fā)出上汽車機(jī)控異常情況的監(jiān)測預(yù)警制命令，通過BCM 進(jìn)行自動(dòng)解鎖中控處理，在檢測簇車輛高溫危險(xiǎn)時(shí)及時(shí)發(fā)送報(bào)警指示，根據(jù)當(dāng)前車輛運(yùn)行情況進(jìn)行有效控制。

在車輛行駛過程中，控制器和傳感器執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)策略設(shè)置不同參數(shù)，當(dāng)故障碼沒有著火時(shí)，輸入各控制器的寄存器，在組合儀表上顯示維修提示，并在下一次進(jìn)入維修站維修時(shí)進(jìn)行檢測和處理。進(jìn)一步利用LM317 控制端變阻器調(diào)節(jié)輸出電壓至3.0V，當(dāng)電壓變化至5V 時(shí)，可連接系統(tǒng)的最大輸出電壓。在系統(tǒng)中，由于存在誤判的可能，為了控制整個(gè)系統(tǒng)的切換，避免預(yù)警誤差。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以重啟系統(tǒng)并關(guān)閉錯(cuò)誤警告功能。在進(jìn)行自然監(jiān)測預(yù)警的過程中，系統(tǒng)板載網(wǎng)絡(luò)主機(jī)通過BCM 發(fā)送車輛控制指令來控制周圍的光線，并將其預(yù)警數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成顏色代碼#FF0000，從而保證在出現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行誤差的過程中發(fā)出不同顏色的LED 燈光預(yù)警信號，同時(shí)進(jìn)行預(yù)警提示音的設(shè)置，利用組合式驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)預(yù)警警報(bào)，在系統(tǒng)的中央控制面板和集成儀表中對汽車自燃信息進(jìn)行顯示。并將汽車自燃報(bào)警信息被推送到后臺(tái)服務(wù)器，由后臺(tái)服務(wù)器向移動(dòng)端發(fā)送，基于上述方法進(jìn)行火情預(yù)警模塊功能的優(yōu)化，具體如圖2 所示。

圖2 火情預(yù)警模塊功能優(yōu)化

在確認(rèn)故障碼與火災(zāi)事故相關(guān)后，控制器通過CAN 總線將故障碼信息發(fā)送到車載主機(jī)。車載網(wǎng)絡(luò)主機(jī)在收到預(yù)警碼后，比較各個(gè)溫度傳感器所建立的溫度場矩陣，蓄電池傳感器記錄的電壓、電流，空氣質(zhì)量傳感器數(shù)據(jù)流和油液監(jiān)測數(shù)據(jù)，確定故障反饋點(diǎn)是否有溫度異常，是否有電壓、電流的異常突變，是否有空氣中的異常溫度，是否有懸浮粒子的異常高值。當(dāng)確定有汽車自燃現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，通過火災(zāi)信息記錄模塊記錄火情信息，并上傳到后臺(tái)服務(wù)器，車輛聯(lián)網(wǎng)主機(jī)運(yùn)行火災(zāi)預(yù)警模塊，通過相關(guān)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送火情信息，控制器根據(jù)實(shí)際火災(zāi)情況，發(fā)出聲光報(bào)警，并進(jìn)行控制處理。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為驗(yàn)證基于Arduino 和Labview 的汽車自燃監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)行的正確性和有效性，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)檢測，為保障實(shí)驗(yàn)研究效果，對汽車等結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行可燃性測試，在高溫環(huán)境下對比汽車自燃不同等級下的檢測預(yù)警效果并進(jìn)行記錄，分別記錄在相同環(huán)境下的系統(tǒng)運(yùn)行靈敏性和監(jiān)測預(yù)警準(zhǔn)確性，具體檢測結(jié)果如圖3 所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果

基于上圖檢測結(jié)果可知，相對于傳統(tǒng)方法而言，提出的基于Arduino 和Labview 的汽車自燃監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中具有較高的監(jiān)測預(yù)警靈敏性和檢測準(zhǔn)確性，可以更加快速準(zhǔn)確的對車輛行駛過程中的異常情況進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測，保證車輛運(yùn)行安全。

3 結(jié)論

近年來汽車火災(zāi)的頻繁發(fā)生，使得汽車火災(zāi)預(yù)警問題日益受到重視。當(dāng)前國內(nèi)外對智能火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的研究還處于起步階段，針對汽車火災(zāi)的特點(diǎn)，對提出的基于Arduino 和Labview的汽車自燃監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對實(shí)現(xiàn)綜合性、低功耗的智能車輛預(yù)警系統(tǒng)具有重要參考意義。