一種基于AT89C51的車(chē)載火災(zāi)報(bào)警器設(shè)計(jì)

　　摘要：為了避免因機(jī)動(dòng)車(chē)自燃帶來(lái)的人身和財(cái)產(chǎn)損害，文章設(shè)計(jì)了車(chē)載火災(zāi)報(bào)警器，其用單片機(jī)做主控制芯片，采用K型熱電偶和MAX6675芯片對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)上的易燃點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)比較到易燃點(diǎn)溫度和基準(zhǔn)點(diǎn)溫度超過(guò)設(shè)定的允許溫差值時(shí)，發(fā)出報(bào)警。進(jìn)行了車(chē)載火災(zāi)報(bào)警器運(yùn)行和測(cè)試實(shí)驗(yàn)，獲得了預(yù)期的結(jié)果，檢測(cè)到了機(jī)動(dòng)車(chē)易燃點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的溫度差值，據(jù)此實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)自燃火災(zāi)的預(yù)報(bào)警。

　　0 引言

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年全國(guó)發(fā)生機(jī)動(dòng)車(chē)火災(zāi)12095起，造成死亡14人，受傷14人，直接財(cái)產(chǎn)損失21417.4萬(wàn)元。在導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車(chē)火災(zāi)的原因中，自燃排第二位，本文設(shè)計(jì)的車(chē)載火災(zāi)報(bào)警器主要是針對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)自燃現(xiàn)象，對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)易燃點(diǎn)進(jìn)行溫度監(jiān)控，接近自燃臨界點(diǎn)溫度時(shí)報(bào)警，避免機(jī)動(dòng)車(chē)自燃現(xiàn)象的發(fā)生。

　　1 方案設(shè)計(jì)

　　美國(guó)國(guó)家火災(zāi)調(diào)查協(xié)會(huì)(NAFI)火災(zāi)及爆炸鑒定調(diào)查中心(CFEI)專(zhuān)業(yè)工程師理Richard H.Schulze解讀汽車(chē)自燃的最大的原因是因?yàn)橛斜姸嘁兹家后w(助燃液)存在。在很多情況下，這些易燃液體都提前預(yù)熱，而且承受一定作用力，這些易燃液體包括(當(dāng)然或許還有其他)汽油、柴油燃料、自動(dòng)變速箱專(zhuān)用油、動(dòng)力轉(zhuǎn)向器油、發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油、傳動(dòng)裝置油、齒輪潤(rùn)滑油、(液壓器的)剎車(chē)油、防凍油、空調(diào)制冷用油(摻雜冷卻劑)等。所有這些易燃液體(助燃液)本身都有一個(gè)自燃溫度，一旦達(dá)到這一溫度就會(huì)點(diǎn)燃，無(wú)需任何火花或火焰去激發(fā)。所以，對(duì)相關(guān)自燃點(diǎn)的溫度進(jìn)行監(jiān)控，就可有效地防止汽車(chē)自燃。

　　現(xiàn)有的報(bào)警器主要是煙霧報(bào)警器，是通過(guò)監(jiān)測(cè)煙霧的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范;通常采用煙霧傳感器來(lái)探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)已發(fā)生的燃燒物產(chǎn)生的煙霧濃度，并把濃度大小反饋給控制器，經(jīng)控制器判斷后發(fā)出聲光報(bào)警，其最大的缺點(diǎn)是，現(xiàn)場(chǎng)己出現(xiàn)燃燒物，即火災(zāi)已發(fā)生。因此，為了克服這樣的缺點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)在機(jī)動(dòng)車(chē)還未發(fā)生燃燒時(shí)，即通過(guò)其溫度的變化提前報(bào)警，以避免汽車(chē)自燃。

　　溫度火災(zāi)報(bào)警器中有兩種溫度傳感方式，一種是溫升式溫度傳感方式，另一種是溫差溫度傳感方式。按UL標(biāo)準(zhǔn)(美國(guó)電器工會(huì)標(biāo)準(zhǔn))，其中，溫差式溫度火災(zāi)報(bào)警器指當(dāng)環(huán)境溫度在1min內(nèi)上升到比原來(lái)的環(huán)境溫度相差22℃時(shí)，也就是指當(dāng)出現(xiàn)警情時(shí)溫度突然上升應(yīng)及時(shí)報(bào)警。本文設(shè)計(jì)的車(chē)載火災(zāi)報(bào)警器屬于溫差式溫度火災(zāi)報(bào)警器。

　　車(chē)載火災(zāi)報(bào)警器由測(cè)試車(chē)輛指定部位的溫度傳感器A、B和作為基準(zhǔn)點(diǎn)的溫度傳感器C組成。當(dāng)A點(diǎn)與C點(diǎn)或B點(diǎn)與C點(diǎn)的溫差在5s內(nèi)大于設(shè)定值時(shí)，即由設(shè)置于駕駛室內(nèi)的警報(bào)器對(duì)駕乘人員發(fā)出聲光警報(bào)，提示駕駛員立即停車(chē)檢查，避免人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失;

　　硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，選用溫度傳感器并行監(jiān)測(cè)A、B、C三點(diǎn)的溫度值，采用單片機(jī)作為主控制器，控制溫度值采樣和比較，如果在一定時(shí)間內(nèi)A與C或B與C的溫差超限，則輸出報(bào)警信號(hào)，啟動(dòng)報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路，蜂鳴器鳴叫，發(fā)光二極管閃爍報(bào)警，直到手動(dòng)復(fù)位。電源電路將車(chē)載24V直流電轉(zhuǎn)換成5V直流供報(bào)警器使用。

　　2 電路設(shè)計(jì)

　　本報(bào)警器的控制器選用常用單片機(jī)芯片AT89C51。

　　2.1 電源電路

　　本文采用LM2576-5芯片為核心元器件構(gòu)成報(bào)警器的電源電路，把車(chē)載電瓶的12V或24V直流電轉(zhuǎn)換成電壓為5V，最大電流為3A的直流穩(wěn)壓電源供使用。LM2576-5芯片是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的降壓開(kāi)關(guān)型集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)含固定頻率振蕩器(52kHz)和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器(1.23V)，并具有完善的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等，利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。

　　LM2756-5芯片的各引腳功能如下：

　　1腳：Vi，7～40V電源輸入。

　　2腳：OUTPUT，輸出端。

　　3腳：GND(PWRGND)，電源地。

　　4腳：FB，電壓反饋輸入。

　　5腳：

　　，TTL電乎低功耗/正常兩種模式控制。

　　車(chē)載電源轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。

　　輸出電壓U0經(jīng)過(guò)LM2756～5的電壓反饋輸入端送入與基準(zhǔn)電壓比較，脈沖控制電路根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生可控的脈沖信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管VT的導(dǎo)通與截止，通過(guò)電感L的儲(chǔ)能，經(jīng)電容C濾波后得到穩(wěn)定的輸出電壓U0，二極管VD在開(kāi)關(guān)管VT截止時(shí)為電感L提供了續(xù)流通路。

　　2.2 溫度采集電路

　　考慮到機(jī)動(dòng)車(chē)所處的可能的環(huán)境溫度和需要檢測(cè)的燃燒臨界點(diǎn)溫度值，采用K型熱電偶和MAX6675芯片進(jìn)行溫度采集，熱電偶屬于自發(fā)電型傳感器，測(cè)量溫度時(shí)不需要外加電源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，其電極不受大小和形狀的限制。MAX6675是一種帶有線(xiàn)性校正、熱電偶斷線(xiàn)檢測(cè)、冷端補(bǔ)償?shù)拇蠯型熱電偶模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。溫度采集電路如圖3所示。

　　3個(gè)K型熱電偶分別安裝在測(cè)溫點(diǎn)A、B、C，采集到的熱電勢(shì)經(jīng)MAX6675溫度補(bǔ)償后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送給單片機(jī)，形成了3個(gè)數(shù)據(jù)采集通道。

　　MAX6675的輸入端T+、T-和K型熱電偶連接，3個(gè)通道的溫度數(shù)據(jù)通過(guò)串行輸出端SO分別接單片機(jī)的P1.0、P1.5、P1.6，片選端

　　分別由單片機(jī)的P1.2、P1.3、P1.4，時(shí)鐘端SCK由單片機(jī)的P1.1控制。

　　2.4 人機(jī)接口電路

　　本報(bào)警器的人機(jī)接口電路見(jiàn)圖4所示，用數(shù)碼管顯示A、B、C三點(diǎn)的溫度值和溫差設(shè)定值，數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示的控制方式，單片機(jī)的P0口經(jīng)過(guò)74LS245芯片接到數(shù)碼管的段選線(xiàn)，P2.0～P2.3口接位選線(xiàn)：74LS245S是8路同相三態(tài)雙向總線(xiàn)收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)，用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。從單片機(jī)的P3口接了3個(gè)獨(dú)立式按鍵作為溫差設(shè)定輸入設(shè)備，從P2.7接了三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，從P2.7接了發(fā)光二極管，作為溫差異常時(shí)的聲光報(bào)警。