基于单片机的公交车燃爆应急处理系统设计

李景帅，宋铸鹏，高伟江，李俊纬，于洪沣

基于单片机的公交车燃爆应急处理系统设计

李景帅，宋铸鹏，高伟江，李俊纬，于洪沣

（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001）

文章以51单片机为控制核心，以可燃气体传感器，火焰传感器，烟雾传感器，以及温度传感器等作为测量器件，单片机接受并处理由各类传感器所采集的数据，并在显示屏上显示。当可燃性气体泄露，发生火灾时，蜂鸣器报警，并通过GPS/GPRS模块自动定位，将位置信息和日期时间信息发给两个手机，一个是司机，防止司机不在车上，公交车被引燃；一个是公司手机，公司了解到信息后马上开始处理。同时启动自动破窗装置，打开窗户，帮助乘客逃生。同时防止破窗装置出现故障，破窗装置有一个开关，可以手动启动，让乘客尽快逃生。

51单片机；燃爆；GPS/GPRS；行车安全

引言

截止到2019年，我国汽电车已达69.33万辆。较2018年增长2.96%。我国城市公共交通客运量为1 279.17亿人，较2018年有所回升。2019年城市客运装备拥有量整体继续增长，其中公共汽车中空调车占比超过50%。“互联网+”应用不断加强，手机APP、电子站牌等稳步推进。各地还创新推出了定制公交、商务快巴、社区巴士等特色服务，较好地满足人民群众出行需求。2019年年末公共汽电车运营线路总长度133.6万公里，运营线路65 730条，拥有公交专用车道14 951.7 km。

公交车在增加的同时，关于公交车的燃爆事件也时有发生，虽然每一辆公交车都配有安全锤，灭火器等安全措施[1]，公交车的燃烧爆炸事件也很少发生，但是燃烧爆炸的事件一旦发生，因其事故燃烧速度快、极易产生轰燃、人员疏散困难、扑救难度大，会造成严重的人员伤亡、财产损失和不良的社会影响[2]。为了防止公交车燃烧爆炸事件的发生以及事件发生后能够快速处理，减少损失，避免伤亡，文章设计出本装置。

1 公交车燃爆原因分析

1.1 电气设备、电线的短路

随着各种新型的电气设备在公交车上的广泛安装使用，使得公交车的电子与电气设备的系统越来越庞大，整车电线布置复杂，电气节点繁多，电器元件及其线路发生短路的机会越来越高。此外，布线不规范、乱拉乱搭、线路不加防护套、不避开热源（如发动机排气系统附近）、各种线束固定不规范、特别是保险装置的不规范等，都容易形成电气系统短路的隐患，以至造成火险。

1.2 油管路渗漏

油管路渗漏是引发公交车自燃的另一重要原因。公交车上的油管路系统较多，这些管路的布放经常要经过一些热源的地方，管路如发生渗漏，油料一遇火花便会燃烧形成火险。

1.3 机件过度干摩擦

机件的过度干摩擦容易产生大量的热量造成高温，一遇可燃物（如油污）就会燃烧产生火险。

1.4 日常保养不到位

公交车日常技术安全检查、保养不到位，对电气系统的故障没有及时排除，也是公交车自燃事故的重要原因之一。

1.5 其他原因

对于采用燃气发动机的公交车来说，由于其结构的特殊性，如发动机防回火装置失效会造成进气系统的回火燃烧；或因蒸发器的严重堵塞造成燃气严重不完全燃烧引发排气系统的“二次燃烧”等，也是公交车自燃的原因之一。

2 装置总体设计

本项目设计思路：本项目以51单片机为控制核心，使用STC89C52芯片来实现总体控制功能。控制空气质量检测模块，火焰传感器，烟雾传感器，以及温湿度传感器等测量器件，单片机接受并处理由各类传感器所采集的数据，并在显示屏上显示。因为显示的内容相对较多，所以使用了两块LCD1602液晶显示器，并分别用两个单片机控制。两个单片机之间进行数据通信，实现整体功能。一个单片机控制模块采集环境参数。另一个单片机实现定位和信息发送功能。

当可燃性气体泄露，烟雾浓度超标或者有火焰产生，发生火灾时系统自动发出警报（蜂鸣器响），同时自动破窗装置启动，打开车窗，并在破窗之后自动停止，便于乘客逃生。并通过GPS模块自动定位，将位置信息以及时间信息通过GSM模块发送到两个手机上。一个手机是司机的，防止司机不在车上，公交车自燃或者被引燃。另一个是公司手机，公司了解到情况后马上通知相关人员进行处理。将事故发生率以及事故发生所带来的人员及财产损失降到最低。有效保障人员以及财产安全。另外，破窗装置还有一个手动开关，防止装置出现故障。不能及时破窗。乘客可以手动启动装置，尽快逃生。

图1 系统框架

3 系统物理硬件

控制芯片，选择STC89C52单片机作为控制芯片。与传统的51单片机相比，具有低功耗，运行速度快的特点。

空气质量检测模块采用MQ135传感器，MQ135对氨气、硫化物、苯系蒸汽的灵敏度高，对烟雾和其他有害气体的监测也很理想。不仅可以检测多种有害气体，而且成本相对较低。

红外火焰检测模块可以检测火焰或者波长在 760～1 100 nm范围内的光源，探测角度 60°左右，对火焰光谱特别灵敏，并且灵敏度可调，使用方便。

温度以及湿度检测模块采用DHT11温湿度检测模块，可以检测周围环境的湿度和温度。温度分辨率是1 ℃，精度是±2 ℃。温度检测范围是0～50 ℃；湿度分辨率1 %RH，精度是±5 %RH，检测范围是20～90 %RH。及时检测周围环境温湿度及其变化，具有可靠性和长期稳定性，并且成本低，响应快，抗干扰能力强。

使用的GPS模块拥有1～10 Hz可调节的定位更新速率，信号间隔的大大降低使得它可以应付更严苛的使用条件（例如：快速移动的车辆）。工作温度是−4 ℃～100 ℃。这个区间可以满足整个装置的使用温度范围。

GSM模块型号是SIM800C，可以低功耗实现信息的发送，性能稳定。

显示模块是两块LCD1602液晶显示器，功耗低，可以分开显示温湿度信息和定位时间信息，方便查看，可以让我们及时了解到信息以及变化。

破窗装置是用继电器控制电机，在用电机来驱动破窗装置。破窗装置在发生危险时自动启动，同时也有手动开关来控制，防止出现故障。

警报模块采用蜂鸣器，当出现危险信号时，蜂鸣器响，发出警报提醒乘客注意。

按键模块采用四个四角按键。其中两个按键分别执行两个单片机的复位操作。另一个是破窗装置的手动启动开关，第四个是手动发送位置信息以及时间信息，及时定位，提供信息，帮助相关人员尽快处理险情。

4 系统软件设计

基于单片机的公交车燃爆应急处理系统设计的系统初始化。当系统上电之后，首先要进行系统各个硬件模块的初始化操作，目的是将各个硬件模块和STC89C52微处理器带到一个合适的工作状态。在该模块中首先将系统配置时钟，使系统达到低功耗的效果；接下来延时初始化，使其产生的延时时间更精确；然后进行软件使用到的各个中断初始化；最后初始化软件使用到的外部设备。其软件流程图如图2所示。

图2 软件流程图

液晶显示模块，OLED即有机发光二极管，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由16×02 的点阵大小组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。OLED 同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异特性。在本设计中，上电之后，调用字符串显示当前温湿度信息以及经纬度信息和时间信息。

5 测试计划

本程序要求通过对STC89C52微处理器和各个硬件模块进行完整性测试、接口测试、集成测试、功能测试、模块驱动测试、性能评测和负载测试等方面的测试工作，直至系统达到可靠稳定的实现既定功能为止。

6 结论

本实用新型公交车燃爆,属于公交车自燃检测处理领域,其包括处理器模块和与处理器模块均连接的传感器模块、报警模块、自动破窗装置、GPS定位模块、GPRS模块、显示模块、指示灯组和电源模块、所述传感器模块包括均与处理器模块连接的空气质量检测模块、温湿度传感器和火焰传感器。本实用新型应急处理系统集温度，湿度和位置信息三个参数的数据于一体，并能够自动报警，启动自动破窗装置和发送求救信息至相关部门。从而解决了以往系统功能的单一性问题，高效地处理了公交车燃爆应急处理工作。

[1] 陶鑫钰,赵虹,范政,等.基于单片机的公交车燃爆应急处理系统设计[J].轻工科技,2019,35(06):83-85.

[2] 高月.公交车车厢内火灾烟气运动的数值模拟研究[D].淮南:安徽理工大学,2015.

Design of Bus Explosion Emergency Treatment System Based on Single Chip Microcomputer

LI Jingshuai, SONG Zhupeng, GAO Weijiang, LI Junwei, YU Hongfeng

（Liaoning University of Technology School of Automotive and Traffic Engineering, Liaoning Jinzhou 121001）

This paper takes 51 single chip microcomputer as the control core and combustible gas sensor, flame sensor, smoke sensor, and temperature sensor as the measurement device. The single chip microcomputer accepts and processes the data collected by various sensors and displays it on the display screen.When the combustible gas leak, when the fire, the buzzer alarm, and through the GPS/GPRS module automatic positioning, the location information and date and time information to the mobile phone (two mobile phones, one is the driver, to prevent the driver is not in the car, the bus was ignited;One is the company phone, which the company immediately starts processing when it learns the information.)At the same time, start the automatic window breaking device to open the window and help the passengers escape.At the same time, to prevent the failure of the broken window device, the broken window device has a switch, which can be manually started, so that passengers can escape as soon as possible.

51 MCU;Ignition and explosion;GPS/GPRS; Driving safety

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.021.031

U463.67

B

1671-7988(2021)21-120-03

U463.67 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2021)21-120-03

李景帅，男，本科，就读于辽宁工业大学汽车与交通工程学院。