CRH3型動車組煙霧報警器的設計

江 麗，張娜娜

(湖南高速鐵路職業技術學院,湖南 衡陽 421002)

1 控制器硬件電路的設計

煙霧信號采集器主要是由煙霧傳感器感應煙霧濃度的元件，并將其收集的信號轉換為電信號。模數轉變電路會把收集的電信號轉換為一種可使單片機識別的信號。最后單片機 ATmega16對信號進行整合分析處理。單片機 ATmega16分析數據得出是否超過預設值，倘若超過預設值，則報警系統瞬間激活，如沒有超過則系統不會運作?？刂破鞯脑O計功能方框圖如圖1所示。

圖1 總體設計框圖

本設計所有功能實現的核心部分就是 ATmega16單片機,而ATmega16單片機是對本次設計中整體系統都有著檢測和控制作用。由最新微控制器構成的ATmega16單片機，其工作效率遠超其他產品。ATmega16單片機處理速度如此之快是因為 ATmega16單片機有強大的控制系統及單時鐘周期指令執行時間，有效的解決了功耗與速度間的矛盾。ATmega16的代碼效率如此之快是因為其 AVR有很完善的指令和多個寄存器，而 ALU繞開其他元件直接和這些寄存器連接，可將一個指令在同一時間里發送至多個寄存器，加速了其處理速度且相比于其他控制器速度遙遙領先。這種芯片用特殊的存儲器技術生產，芯片內部可通過ISP連接的方式和外部進行連接，其外部可通過編程器與其內部進行編程，甚至可以用該芯片內部的特定程序進行編程，若想把程序放進ApplicationFlashMemory中，可以用內部特定程序用接口的方式實現。RWW的成功操作是因為程序在升級flash時，flash保證程序還可以正常運行。

單片機ATmega16的p1.0腳實現了聲光報警的控制。若報警系統進行工作則說明可燃氣體濃度或者溫度超過了系統的設定值。二者任意一個超過設定值時，報警系統將自動進入工作。而報警系統的成功工作則需要將p1.0置于低電平，三極管導通運作，此時報警系統啟動，揚聲器發出報警聲，二極管紅燈閃爍來提醒我們注意?？刂破鞯挠布O計原理圖如圖2所示。

圖2 控制器硬件設計原理圖

1.1 單片機最小系統

晶振是對晶體振蕩器的另一個稱呼。晶振電路中將電容、電阻進行簡單的組合就可以形成一個二端網絡，此時二端網絡會有一個為諧振低的晶體串聯諧振、一個為諧振高的晶體并聯諧振。這兩個諧振頻率因為其自身特點和電感原因會導致其電感距離極為相近，而晶振因為其所在空間的原因變換一個極小的電感。之后在該電路上添加一個負反饋諧振電路就可能形成一個正弦波晶體振蕩器的線路。因為晶振相當于一個電感，所以在狹窄的空間內縱然其它并聯諧振元件電感頻率發生極大的變化，其自身也不會有很大的變化。在單片機上負載電容諧振頻率值就是晶振電路中的諧振頻率參數。

1.2 聲光報警模塊

單片機ATmega16的p1.0腳實現了聲光報警的控制。若報警系統進行工作則說明可燃氣體濃度或者溫度超過了系統的設定值。二者任意一個超過設定值時，報警系統將自動進入工作。而報警系統的成功工作則需要將p1.0置于低電平，如圖3所示，三極管導通運作，此時報警系統啟動，揚聲器發出報警聲，二極管紅燈閃爍來提醒我們注意。

圖3 聲光報警與AD采集模塊

控制器采用的數模轉換芯片為ADC0832(圖3為ADC0832引腳圖)；模數轉換芯片輸出的分辨高達256級,可很好地適應一般的數字模擬轉換傳感器的要求。模數轉換芯片ADC0832有雙線輸出功能可以有效的進行數據校對，降低輸出誤差，提高準確率，同時該芯片處理數據速度迅速且工作狀態穩定。具有單獨的模數轉換芯片的電路會簡化其他連接器和處理器的工作。

1.3 氣體傳感器與溫度傳感器

氣體檢測傳感器要求要有穩定的工作狀態而氣體檢測傳感器MQ-2符合這一標準，MQ-2傳感器有超高的靈敏度和優異的穩定性，可以準確地檢測出產生在空氣環境中的煙霧、液化氣體、甲烷、酒精等有害的氣體,可以直接運用該技術得到各種低成本的傳感器,可以廣泛用于識別和檢測發生火災的情況。MQ-2氣體傳感器模塊共有6個引腳(如圖4所示):引腳2接電源VCC,給傳感器提供了加熱電流；引腳4用于控制報警信號的輸出。MQ-2控制電路主要包含驅動控制電路,并且還引出了可直接用于溫度測量和控制并提供溫度報警的功能引腳。

圖4 氣體傳感器與溫度傳感器電路圖

溫度傳感器采用我們所熟悉的數字溫度傳感器DS18B20，能夠輸出的信號是溫度數據。在 -55℃～125℃的環境下該溫度傳感器依然可以穩定的工作，再加之其測量穩定、 工作狀態可靠、體積小，在使用中不需要任何其他元件進行輔助，因此用它可以組成一個獨立的測溫傳感器系統。

1.4 軟件設計流程

本次設計的程序流程圖如圖5所示，開始系統進入初始化，初始化完成之后，溫度傳感器將會進行自動檢測，收集檢測環境的溫度、煙霧等數據，接著這些數據會被轉換成可識別的電信號，用于系統判斷是否需要進行報警程序的啟動。如果溫度超過傳感器預設的報警溫度值時,系統就會立刻發出報警,并且顯示屏上也會自動顯示傳感器的溫度和氣體的濃度值。

圖5 軟件流程圖

2 總結

該設計采用模塊化設計，分別由以下模塊組成：列車煙霧警報信號的采集控制電路、A/D模數轉換控制電路、單片機控制電路、溫度警報控制電路、聲光報警控制電路。本次設計的主要元器件采用傳感器、信號轉換器以及主控制器單片機ATmega16，由溫度傳感器檢測各個車廂的溫度及煙霧并上傳至 ATmega16單片機進行處理，并把傳感器監測的結果進行數據采集和信息處理。實踐驗證此控制器穩定好、可靠性高。