基于微控制器的客车火灾报警系统

李华洋

（南阳师范学院，河南 南阳 473061）

基于微控制器的客车火灾报警系统

李华洋

（南阳师范学院，河南 南阳 473061）

在此介绍一种以微控制器Spce061A为核心的公交车火灾报警系统。该系统采用灵敏度，高可靠性好的烃类气体浓度传感器来探测可燃气体。采用浓烟传感器和火焰传感器的组合来探测火灾信号。可燃气体浓度传感器的数据通过微控制器以无线传输的方式送到控制中心由驾驶员观察分析，可以排除其他原因引起的虚警。当烟雾和火焰传感器发现火灾信号以后迅速发出报警信号，同时启动破窗器打破车窗玻璃疏散乘客，启动灭火器扑灭火焰。该系统功能完善，反应速度快，可以快速识别汽油等可燃气体，迅速扑灭可燃油气体引发的火灾，漏警与误警率低。其硬件成本低，工作可靠性好，器件寿命长。系统维护维修方便，升级扩展简单。能够满足当前我国城市公交系统迫切的安全要求。

Spce061A；气体浓度传感器；浓烟传感器；火灾探测

0 引 言

近年来，我国多次发生城市公交客车上人为纵火或者乘客携带的违禁易燃品燃烧引发的重大人员伤亡事件。由于我国城市交通中公交客车担负着繁重的客运任务，人员十分拥挤，加上没有随车配置车内自动化运行的危险品探测报警与灭火系统，发生火灾时常常导致极其严重的人员伤亡。

基于车上空间与成本的原因，目前不可能在客车上安装通常安装在车站与机场的危险品检测设备，因此对于危险品难以提前检测和发现，导致不法分子纵火阴谋屡屡得逞。目前，我国公交车只配备了安全锤、手提式灭火器，部分车辆配备了视频监视器及保护发动机舱的超细干粉灭火装置，但这些安全措施并不能解决车辆车厢内发生爆燃时火势在短时间内迅速蔓延、乘客难以疏散难以逃生的问题。要从根本上解决这一问题，必须研发适用于公交车的、对人体无害的高效探测报警与灭火系统。

为了能够及时发现危险品，尽可能减小危害，需要在客车上面及时探测到犯罪分子携带的汽油等易燃品，并且在其刚刚打开容器时就能够探测到，或者刚刚点燃时能够及时扑灭。本文介绍了一种基于微控制器的客车防火报警系统，能够在汽油等易燃品开始挥发和刚刚点燃时就探测到，并且及时启动自动化的灭火系统将其扑灭，从而大大减少无辜人员的伤亡。

1 系统实现的功能

客车防火报警系统的要求是能够及时发现、快速识别易燃气体和火源同时避免漏警和误警，还要能够迅速疏散乘客和启动灭火器。为满足要求，本系统采用微控制器作为控制核心，多种新型高速高灵敏度传感器相互配合来探测可燃油气体，采用固定安装在车顶的多部新型灭火器扑灭火焰，同时还采用自动破窗器在紧急情况下疏散乘客。

本系统采用了凌阳微控制器SPCE061A作为控制中心，2M010汽油传感器，MQ⁃2型烟雾传感器，IR3S⁃A三频红外火焰探测器作为传感器，可以采用各种新型自动化车载灭火器。

微控制器运行期间，一旦发现有报警信号，马上以语音提醒客车驾驶员“车厢某部位发现汽油”、“某部位发生火灾”等突发情况，同时启动车顶的悬挂式灭火器朝着发现高浓度汽油或火焰的地方喷射灭火剂。这样可以避免灭火剂喷到没有汽油的地方引起混乱阻碍逃生。在喷射灭火剂的同时，为了尽快疏散车上乘客，本系统设计了自动打碎车窗玻璃的功能，在车窗玻璃的薄弱位置安装自动破窗器，如果火焰没有被及时扑灭，即可自动启动自动破窗器击破车窗玻璃，同时发出语音提示，告诉惊慌失措的乘客从此出口逃生。为了避免跳出窗户的乘客被后面的车辆误伤，系统会自动打开车辆的紧急灯提醒后面车辆避开。

2 硬件设计

本系统包括总控制台和3～4个工作单元，每个单元包括1个凌阳微控制器，2～3个配备吸气风扇的汽油传感器，4个火焰探测器，2个烟雾传感器与2个灭火器，电动破窗器及语音报警喇叭等 ，作为核心的微控制器电路板安装在公交车顶部，硬件设计功能模块如图1所示。

图1 硬件设计功能模块图

配备的多个传感器与灭火器均匀安装在车厢顶部的合适部位，与微控制器电路通过信号线连接，为了能够尽可能提前发现汽油泄漏，每个工作单元可以在靠过道的座椅上另外布置1个汽油传感器，力求能够实现完全覆盖整个车厢。从而提高了探测的反应速度，大大减少了探测盲区，为及时发现危险火源和灭火争取了宝贵时间。不同种类的传感器组合使用可以减少漏报和误报情况。

系统有一个安装在驾驶员仪表板上的总控制台。每个单元的微控制器通过NRF905无线收发模块与总控制台进行信号联系。

当某个工作单元传感器发现异常情况时，报告总控制台，驾驶员可以立即判断情况，开启车辆紧急双闪灯，并且迅速把车辆减速停靠到安全地带。

采用凌阳SPCE061A微控制器的优点是中断功能强大，对传感器信号的反应速度快，语音处理能力比较好，数据处理能力比较强，容易与车载通信系统连接，也容易同时接收多种类型传感器的信号，能够同时控制各种灭火设备与破窗逃生设备，也有利于在将来对系统进行传感器改进与功能扩展[1]。2M010型汽油气体传感器体积小，价格比较低廉，对油气气体有极高的灵敏度，同时具有良好的重复性和长期的稳定性，能够满足大规模安装与长期使用的要求[2]。

MQ⁃2型传感器对汽油等可燃气体燃烧产生的烟雾有很高的灵敏度，尤其对烷类烟雾更为敏感[3]。A710/IR3三频红外火焰探测器体积小，价格低，工作稳定，探测角度范围广，探测灵敏度高，信号输出方便[3]。

2M010汽油传感器的长期稳定性曲线如图2所示，2M010型汽油传感器特性曲线如图3所示。

图2 2M010汽油传感器的长期稳定性曲线

3 电路的连接与工作过程

系统将各个传感器连接于微控制器的I/O口,其中，汽油传感器连接在A0口，把测得的汽油浓度数值转换为数字值以后送给CPU,火焰探测器接于B2口，作为微控制器的外部中断源1，烟雾传感器连接于B3口作为微控制器的外部中断源2，系统利用中断方式发出警报，大大提高了对火情的反应速度[4]。

图3 2M010型汽油传感器特性曲线

考虑到有些情况下可能发生虚警，例如车上有人抽烟用打火机点烟，或者路过加油站附近等区域，空气中汽油浓度比较高。因此系统需要根据不同的汽油浓度进入不同的报警级别，采取不同的报警措施，避免错误触发灭火器。系统启动以后，通过汽油传感器，随时报告汽油浓度数值并且显示在主控台的显示器上面，当汽油浓度超出100 ppm（电压值约1.5 V）时，立即发出语音报警信号，锁定汽油浓度超标的区域。驾驶员通过车载广播提醒乘客，询问是大家否发现有人携带和释放易燃液体，提醒乘客准备停车疏散。浓度超出500 ppm（电压值约2.5 V）时，立即停车并且指挥乘客下车疏散。如果汽油浓度迅速增加，特别是烟雾传感器与火焰探测器已经发现烟雾与火焰，则系统立即锁定发生火焰烟雾的区域启动灭火器扑灭火焰，并且迅速疏散乘客，如果此时火焰太大，灭火器无法迅速扑灭，人员已经无法从车门逃生，则可以由驾驶员手动或者由工作单元的微控制器自动发出指令启动自动破窗器，打碎车窗，通过语音提示，引导乘客从车窗逃生[5]。

4 工作单元的软件设计

本系统源程序分为主程序和外部中断服务程序。主程序执行系统初始化和汽油浓度检测与传输，以及浓度超标时的报警任务，当浓度超标时发出报警信号；两个外部中断服务程序方便执行发现烟雾与火焰时的快速报警任务。本方案所用的程序采用汇编语言与C语言混合编写，对于底层的驱动程序，采用汇编语言进行编程，对外给出C语言的调用接口；采用模块化程序设计的方法进行编程，有利于各个模块的升级、维护[6]。主程序与中断服务程序的流程图如图4、图5所示。

图4 主程序流程图

5 系统的定期维护检测

考虑到公交车的使用非常频繁，系统长期使用以后，可能有些传感器或者电路线路发生污损、氧化等故障，因此需要定期进行检测。检测的方法简单，定期在车厢的不同部位，特别是传感器下方附近释放少量汽油，观察工作单元是否能够及时检测到并且发出报警与灭火控制信号。

图5 中断服务程序流程图

6 测试结果

本系统在模拟公交车车厢内进行多次测试，打开吸气风扇以后，在不同部位泼洒汽油，系统能够在3 s之内准确地发现汽油并且1秒钟之内启动报警器，在发现浓烟或火焰2 s之内启动火源所在位置的灭火器，在5 s内扑灭火焰。当汽油浓度比较低的时候，系统只显示浓度数值提醒驾驶员去询问情况，不启动灭火器和破窗器。因此可以避免误报警的情况。

7 该系统具有以下特点

（1）根据公交车上乘客非常拥挤的实际情况，采用多种新型传感器一起工作，系统反应速度快，并且避免了漏警、误报和误喷灭火剂的情况；

（2）采用无线传输模块向主控台传输汽油浓度数据，驾驶员可以根据数据及时排查是否有人携带易燃品的情况，便于排除虚警和及时停车疏散乘客。

（3）汽油传感器与烟雾传感器配备有一个吸气风扇，风扇从车厢里抽取空气送给传感器，相比汽油等易燃气体通过自然对流的方式扩散到传感器的位置，主动吸气方式提高了对气体的反应速度。对于每一秒钟都意味着死亡或者逃生的灭火系统来说，这样的设计大大提高了发现火情的速度。

（4）系该统具有很大改进潜力，如果采用可以自动调整灭火器喷头对准火苗喷射的红外线控制装置，可以在更短时间内扑灭火焰。

[1]凌阳科技.凌阳16位微控制器开发实例[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[2]陈有卿，谢刚.新颖电子模块应用手册[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3]赵家贵，付小美.新编传感器电路设计手册[M].北京：中国计量出版社，2002.

[4]陈海宴，吕江涛，李瑞.凌阳16位微控制器经典实战[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[5]罗亚非.凌阳16位微控制器应用基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[6]李晓白.凌阳16位微控制器C语言程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

Bus⁃m ounted fire alarm system based on MCU

LI Hua⁃yang
（Nanyang Normal University，Nanyang 473061，China）

A bus⁃mounted fire alarm system taking MCU Spce061A as its core is introduced in this article.The hydrocar⁃bon gas concentration sensor with high sensitivity and high reliability is adopted in the system to detect combustible gas.The combination of smoke sensor and flame sensor is used to detect fire signal.The data from hydrocarbon gas concentration sensor is sent to the control center in wireless transmission mode through MCU for observation and analysis of driver，which can avoid the false alarm caused by other factors.The system give out the alarm signal when the fire signal is detected by smoke sensor and flame sensor.At the same time，the window broker is started to break the window glasses and guide the passengers to get away from the bus，and the fire extinguisher is started up.The system has perfect function and fast reaction speed，can recog⁃nize fuel gas and put out the fire caused by gas.It has low false alarm rate and missing alarm，low hardware cost，high working reliability and long lifetime.The system’s maintenance and repair is convenient，and its expansion and upgrade are simple.The design can meet the urgent safety requirements of urban public transport system.

Spce061A；gas concentration sensor；smoke sensor；fire detection

TN919⁃34；TP36

A

1004⁃373X（2015）06⁃0074⁃04

2014⁃07⁃26

李华洋（1975—），男，河南南阳人，讲师，硕士。研究方向为嵌入式应用。