CRH3型动车组烟雾报警器的设计

江 丽，张娜娜

(湖南高速铁路职业技术学院,湖南 衡阳 421002)

1 控制器硬件电路的设计

烟雾信号采集器主要是由烟雾传感器感应烟雾浓度的元件，并将其收集的信号转换为电信号。模数转变电路会把收集的电信号转换为一种可使单片机识别的信号。最后单片机 ATmega16对信号进行整合分析处理。单片机 ATmega16分析数据得出是否超过预设值，倘若超过预设值，则报警系统瞬间激活，如没有超过则系统不会运作。控制器的设计功能方框图如图1所示。

图1 总体设计框图

本设计所有功能实现的核心部分就是 ATmega16单片机,而ATmega16单片机是对本次设计中整体系统都有着检测和控制作用。由最新微控制器构成的ATmega16单片机，其工作效率远超其他产品。ATmega16单片机处理速度如此之快是因为 ATmega16单片机有强大的控制系统及单时钟周期指令执行时间，有效的解决了功耗与速度间的矛盾。ATmega16的代码效率如此之快是因为其 AVR有很完善的指令和多个寄存器，而 ALU绕开其他元件直接和这些寄存器连接，可将一个指令在同一时间里发送至多个寄存器，加速了其处理速度且相比于其他控制器速度遥遥领先。这种芯片用特殊的存储器技术生产，芯片内部可通过ISP连接的方式和外部进行连接，其外部可通过编程器与其内部进行编程，甚至可以用该芯片内部的特定程序进行编程，若想把程序放进ApplicationFlashMemory中，可以用内部特定程序用接口的方式实现。RWW的成功操作是因为程序在升级flash时，flash保证程序还可以正常运行。

单片机ATmega16的p1.0脚实现了声光报警的控制。若报警系统进行工作则说明可燃气体浓度或者温度超过了系统的设定值。二者任意一个超过设定值时，报警系统将自动进入工作。而报警系统的成功工作则需要将p1.0置于低电平，三极管导通运作，此时报警系统启动，扬声器发出报警声，二极管红灯闪烁来提醒我们注意。控制器的硬件设计原理图如图2所示。

图2 控制器硬件设计原理图

1.1 单片机最小系统

晶振是对晶体振荡器的另一个称呼。晶振电路中将电容、电阻进行简单的组合就可以形成一个二端网络，此时二端网络会有一个为谐振低的晶体串联谐振、一个为谐振高的晶体并联谐振。这两个谐振频率因为其自身特点和电感原因会导致其电感距离极为相近，而晶振因为其所在空间的原因变换一个极小的电感。之后在该电路上添加一个负反馈谐振电路就可能形成一个正弦波晶体振荡器的线路。因为晶振相当于一个电感，所以在狭窄的空间内纵然其它并联谐振元件电感频率发生极大的变化，其自身也不会有很大的变化。在单片机上负载电容谐振频率值就是晶振电路中的谐振频率参数。

1.2 声光报警模块

单片机ATmega16的p1.0脚实现了声光报警的控制。若报警系统进行工作则说明可燃气体浓度或者温度超过了系统的设定值。二者任意一个超过设定值时，报警系统将自动进入工作。而报警系统的成功工作则需要将p1.0置于低电平，如图3所示，三极管导通运作，此时报警系统启动，扬声器发出报警声，二极管红灯闪烁来提醒我们注意。

图3 声光报警与AD采集模块

控制器采用的数模转换芯片为ADC0832(图3为ADC0832引脚图)；模数转换芯片输出的分辨高达256级,可很好地适应一般的数字模拟转换传感器的要求。模数转换芯片ADC0832有双线输出功能可以有效的进行数据校对，降低输出误差，提高准确率，同时该芯片处理数据速度迅速且工作状态稳定。具有单独的模数转换芯片的电路会简化其他连接器和处理器的工作。

1.3 气体传感器与温度传感器

气体检测传感器要求要有稳定的工作状态而气体检测传感器MQ-2符合这一标准，MQ-2传感器有超高的灵敏度和优异的稳定性，可以准确地检测出产生在空气环境中的烟雾、液化气体、甲烷、酒精等有害的气体,可以直接运用该技术得到各种低成本的传感器,可以广泛用于识别和检测发生火灾的情况。MQ-2气体传感器模块共有6个引脚(如图4所示):引脚2接电源VCC,给传感器提供了加热电流；引脚4用于控制报警信号的输出。MQ-2控制电路主要包含驱动控制电路,并且还引出了可直接用于温度测量和控制并提供温度报警的功能引脚。

图4 气体传感器与温度传感器电路图

温度传感器采用我们所熟悉的数字温度传感器DS18B20，能够输出的信号是温度数据。在 -55℃～125℃的环境下该温度传感器依然可以稳定的工作，再加之其测量稳定、 工作状态可靠、体积小，在使用中不需要任何其他元件进行辅助，因此用它可以组成一个独立的测温传感器系统。

1.4 软件设计流程

本次设计的程序流程图如图5所示，开始系统进入初始化，初始化完成之后，温度传感器将会进行自动检测，收集检测环境的温度、烟雾等数据，接着这些数据会被转换成可识别的电信号，用于系统判断是否需要进行报警程序的启动。如果温度超过传感器预设的报警温度值时,系统就会立刻发出报警,并且显示屏上也会自动显示传感器的温度和气体的浓度值。

图5 软件流程图

2 总结

该设计采用模块化设计，分别由以下模块组成：列车烟雾警报信号的采集控制电路、A/D模数转换控制电路、单片机控制电路、温度警报控制电路、声光报警控制电路。本次设计的主要元器件采用传感器、信号转换器以及主控制器单片机ATmega16，由温度传感器检测各个车厢的温度及烟雾并上传至 ATmega16单片机进行处理，并把传感器监测的结果进行数据采集和信息处理。实践验证此控制器稳定好、可靠性高。