一種公交車危險物品監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種公交車危險物品監(jiān)測系統(tǒng)，包括中央控制器、用于檢測車廂內(nèi)溫度及危險氣體濃度的溫度與濃度檢測模塊、以及用于對車廂進(jìn)行滅火的滅火物質(zhì)噴射模塊，所述溫度與濃度檢測模塊和滅火物質(zhì)噴射模塊均連接在中央控制器上，還包括用于對中央控制器和溫度與濃度檢測模塊供電的電源模塊。本發(fā)明針對公交車等人流密集的環(huán)境提出一種危險物品監(jiān)測系統(tǒng)，用以實時監(jiān)測環(huán)境溫度、濃度，當(dāng)超出系統(tǒng)閾值噴射滅火彈，從而提高車輛的安全性。
【專利說明】
一種公交車危險物品監(jiān)測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于車輛安全領(lǐng)域，具體涉及一種公交車危險物品監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)有許多人對其展開研究，市場上已經(jīng)有用單片機(jī)實現(xiàn)對密閉空 間如貨車車廂、庫房等環(huán)境的監(jiān)控;溫度、濃度傳感器的布局可以做到實時有效監(jiān)控;滅火 裝置的使用上多用于放置在辦公室、庫房等密閉空間內(nèi)，目前已有產(chǎn)品實現(xiàn)對汽車發(fā)動機(jī) 部位實現(xiàn)出現(xiàn)火源時噴射滅火彈。
[0003] 這些系統(tǒng)只考慮到單模塊的使用，沒有做到將單片機(jī)、溫濃度傳感器、干粉滅火彈 結(jié)合使用，構(gòu)成完整系統(tǒng)實現(xiàn)對公交車車廂等人流密集的狹窄空間環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測并對 危險情況進(jìn)行實時反饋的報警系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種公交車危險物品監(jiān)測系統(tǒng)，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在 的缺陷，本發(fā)明針對公交車等人流密集的環(huán)境提出一種危險物品監(jiān)測系統(tǒng)，用以實時監(jiān)測 環(huán)境溫度、濃度，當(dāng)超出系統(tǒng)閾值噴射滅火彈，從而提高車輛的安全性。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種公交車危險物品監(jiān)測系統(tǒng)，包括中央控制器、用于檢測車廂內(nèi)溫度及危險氣 體濃度的溫度與濃度檢測模塊、以及用于根據(jù)溫度與濃度檢測模塊的檢測數(shù)據(jù)對車廂進(jìn)行 滅火的滅火物質(zhì)噴射模塊，所述溫度與濃度檢測模塊和滅火物質(zhì)噴射模塊均連接在中央控 制器上，還包括用于對中央控制器和溫度與濃度檢測模塊供電的電源模塊。
[0007] 進(jìn)一步地，所述電源模塊包括用于為中央控制器供電的控制器電源以及用于為溫 度與濃度檢測模塊供電的傳感器電源。
[0008] 進(jìn)一步地，中央控制器上還連接有液晶顯示模塊、報警模塊以及用于手動開啟滅 火物質(zhì)噴射模塊的手動啟動模塊。
[0009] 進(jìn)一步地，報警模塊包括指示燈及蜂鳴器，手動啟動模塊包括手動釋放按鈕。
[0010] 進(jìn)一步地，系統(tǒng)預(yù)設(shè)有車廂內(nèi)溫度及危險氣體濃度的第一閾值、第二閾值及第三 閾值，且第一閾值 < 第二閾值 < 第三閾值，當(dāng)溫度與濃度檢測模塊檢測的車廂內(nèi)溫度或危 險氣體濃度大于等于第一閾值且小于第二閾值時，指示燈啟動；當(dāng)溫度與濃度檢測模塊檢 測的車廂內(nèi)溫度或危險氣體濃度大于等于第二閾值且小于第三閾值時，蜂鳴器啟動；當(dāng)溫 度與濃度檢測模塊檢測的車廂內(nèi)溫度或危險氣體濃度大于等于第三閾值時，滅火物質(zhì)噴射 豐吳塊啟動。
[0011] 進(jìn)一步地，所述溫度與濃度檢測模塊包括用于檢測車廂內(nèi)溫度的溫度采集模塊以 及用于檢測車廂內(nèi)危險氣體濃度的濃度采集模塊，所述溫度采集模塊包括布置在車廂內(nèi)部 的若干并聯(lián)設(shè)置的溫度傳感器，所述濃度采集模塊包括設(shè)置在車廂內(nèi)部的濃度傳感器。
[0012] 進(jìn)一步地，所述中央控制器為ARM開發(fā)板。
[0013]進(jìn)一步地，滅火物質(zhì)噴射模塊包括布置在車廂內(nèi)部的若干并聯(lián)設(shè)置的滅火彈。
[0014]進(jìn)一步地，所述滅火彈共十個，車廂的兩側(cè)分別設(shè)置兩個，車廂的頂部設(shè)置兩個， 車廂的兩側(cè)與頂部連接線上分別設(shè)置兩個，且車廂的兩側(cè)與頂部連接線上的滅火彈均向下 傾斜45°設(shè)置。
[0015] 進(jìn)一步地，溫度傳感器為熱電偶微型溫度傳感器;濃度傳感器為紅外CH4氣體傳感 器;滅火彈為干粉滅火彈。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
[0017] 本發(fā)明針對現(xiàn)有車輛安全技術(shù)上沒有對公交車的完備的公交車環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)而 提出了一種監(jiān)控系統(tǒng)。通過在公交車輛車廂內(nèi)部空間布置用于檢測車廂內(nèi)溫度及危險氣體 濃度的溫度與濃度檢測模塊，實時監(jiān)控車廂內(nèi)安全環(huán)境、溫度環(huán)境。從而在出現(xiàn)危險物品濃 度過高、溫升過快等情況下為司機(jī)提供預(yù)警，并且提供自動化的滅火手段，從而為事件處 置，人員疏散爭取緩沖時間。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明滅火彈布局整體示意圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明滅火彈布局的正視圖；
[0021 ]圖4為本發(fā)明溫度傳感器的布局圖。
[0022]其中，1、滅火彈;2、油箱;3、發(fā)動機(jī)。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0024] 參見圖1至圖3,一種公交車危險物品監(jiān)測系統(tǒng)，包括中央控制器、用于檢測車廂內(nèi) 溫度及危險氣體濃度的溫度與濃度檢測模塊、以及用于對車廂進(jìn)行滅火的滅火物質(zhì)噴射模 塊，所述溫度與濃度檢測模塊和滅火物質(zhì)噴射模塊均連接在中央控制器上，中央控制器為 ARM開發(fā)板，溫度與濃度檢測模塊包括用于檢測車廂內(nèi)溫度的溫度采集模塊以及用于檢測 車廂內(nèi)危險氣體濃度的濃度采集模塊，所述溫度采集模塊包括布置在車廂內(nèi)部的若干并聯(lián) 設(shè)置的溫度傳感器，所述濃度采集模塊包括設(shè)置在車廂內(nèi)部的濃度傳感器，滅火物質(zhì)噴射 模塊包括布置在車廂內(nèi)部的若干并聯(lián)設(shè)置的滅火彈，電源引出十根線接到滅火彈上，每根 線之間設(shè)有開關(guān)，由中央控制器根據(jù)傳感器信息決定觸發(fā)哪個開關(guān)從而噴射滅火彈。滅火 彈共十個，車廂的兩側(cè)分別設(shè)置兩個，車廂的頂部設(shè)置兩個，車廂的兩側(cè)與頂部連接線上分 別設(shè)置兩個，且車廂的兩側(cè)與頂部連接線上的滅火彈均向下傾斜45°設(shè)置，溫度采集模塊的 收發(fā)端口與中央控制器的232串口的收發(fā)端口連接;濃度采集模塊的數(shù)據(jù)收發(fā)端口與中央 控制器的485串口的收發(fā)端口連接，溫度傳感器為智能巡回檢測報警儀，熱電偶微型溫度傳 感器接到巡檢儀上使用;濃度傳感器為紅外CH 4氣體傳感器;滅火彈為干粉滅火彈。
[0025] 還包括用于對中央控制器和溫度與濃度檢測模塊供電的電源模塊，電源模塊包括 用于為中央控制器供電的控制器電源以及用于為溫度與濃度檢測模塊供電的傳感器電源， 中央控制器上還連接有液晶顯示模塊、報警模塊以及手動啟動模塊，報警模塊包括指示燈 及蜂鳴器，手動啟動模塊包括手動釋放按鈕。
[0026] 下面對本發(fā)明的實施過程作進(jìn)一步詳細(xì)說明：
[0027] 本發(fā)明主要針對現(xiàn)有車輛安全技術(shù)上沒有對公交車的完備的公交車環(huán)境監(jiān)測系 統(tǒng)而提出了一種監(jiān)控系統(tǒng)。通過在公交車輛車廂內(nèi)部空間布置溫度傳感器、危險氣體濃度 傳感器等手段，實時監(jiān)控車廂內(nèi)安全環(huán)境、溫度環(huán)境。從而在出現(xiàn)危險物品濃度過高、溫升 過快等情況下為司機(jī)提供預(yù)警，并且提供自動化的滅火手段，從而為事件處置，人員疏散爭 取緩沖時間。
[0028]本發(fā)明硬件采用的中央控制器是基于ARM的開發(fā)板，溫度傳感器采用智能巡回檢 測報警儀和熱電偶微型溫度傳感器，濃度傳感器采用紅外CH4氣體傳感器，可以測量CH4在 內(nèi)的多種碳?xì)淇扇細(xì)怏w。滅火彈選用干粉滅火彈。
[0029]本發(fā)明軟件主要包括以下部分：
[0030] 〈1>數(shù)據(jù)感知模塊
[0031] 通過實驗數(shù)據(jù)對公交車車廂內(nèi)的溫度傳感器、危險氣體濃度傳感器的布局進(jìn)行分 析、優(yōu)化，實現(xiàn)覆蓋面積的最大化，并能及時有效的采集數(shù)據(jù)信息并傳遞到中央控制器上。
[0032] 對溫度、濃度在車廂內(nèi)的分布采取多點分布以保證覆蓋車廂全部空間并能對潛在 的熱源點部位如發(fā)動機(jī)、油箱上部、座位下方等部位進(jìn)行重點監(jiān)控
[0033] 〈2>決策模塊
[0034] 當(dāng)溫度傳感器、危險氣體濃度傳感器采集的數(shù)據(jù)超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)的閾值時，報警模 塊將被觸發(fā)，布置在公交車內(nèi)部的滅火彈將會接受報警模塊發(fā)出的電壓信號，進(jìn)而自動釋 放，滅火彈的觸發(fā)是有條件的，不能一報警就觸發(fā)滅火彈。當(dāng)溫度、濃度信息超過系統(tǒng)閾值 時，這里分為三種情況：
[0035] (1)數(shù)據(jù)達(dá)到第一閾值，預(yù)警指示燈閃爍。
[0036] (2)數(shù)據(jù)達(dá)到第二閾值，開發(fā)板驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音，提醒駕駛員對車內(nèi)環(huán)境做出 判斷，若確實產(chǎn)生火源，則可通過手動釋放按鈕控制滅火彈的噴射。
[0037] (3)數(shù)據(jù)達(dá)到第三閾值，則證明溫度、濃度值已到達(dá)確定產(chǎn)生火源的情況，這時開 發(fā)板對相應(yīng)熱源點發(fā)出電信號，觸發(fā)相應(yīng)位置的滅火彈噴射滅火劑。
[0038] 〈3>響應(yīng)模塊
[0039] 響應(yīng)模塊主要由滅火彈、電源模塊、放大電路組成，當(dāng)數(shù)據(jù)超過閾值產(chǎn)生響應(yīng)后， 滅火彈能根據(jù)系統(tǒng)采集的溫度、濃度信息，經(jīng)過分析得出可能的熱源的位置，并能觸發(fā)相應(yīng) 位置的干粉滅火彈噴射，這里采用干粉滅火彈，考慮到其對人體，電器不會造成傷害，并對 滅火彈的布局、噴射角度進(jìn)行考慮，具體參照附圖2和圖3。
[0040] 具體為：
[0041] 1.對于數(shù)據(jù)感知模塊，溫度、濃度傳感器采用等距多點測量方式，以一般公交車車 廂空間12米為例，每隔1.5米在車廂底部兩側(cè)部位布置9個溫度傳感器;每隔1.5米在車廂底 部中央部位布置9個溫度傳感器；與其類似的另8個傳感器布置在與底部平面平行的向上 1.5米平面的中央，但其初始的第一個傳感器與底部傳感器在車身長度方向上相距1米，然 后依次等距每隔1.5米布置，如附圖4所示，每個圓圈代表單傳感器的有效覆蓋范圍，對于b 點所在區(qū)域是兩個傳感器之間的重合部位;對于a點所在區(qū)域為三個傳感器之間的重合部 位;對于c點所在區(qū)域為四個傳感器之間的重合部位。對相應(yīng)傳感器所傳遞的溫度值進(jìn)行分 析，估算熱源的位置。
[0042] 由于熱源點隨著距離的增大，其溫度場分布是變化的，這里根據(jù)格林函數(shù)得出三 維空間的非穩(wěn)態(tài)熱擴(kuò)散溫度場。格林函數(shù)反映的是系統(tǒng)自身的性態(tài)，即在某一位置某一時 刻有一單位擾量時全系統(tǒng)的狀態(tài)。根據(jù)格林函數(shù)，反向推理，即根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)推出熱源點 的大概位置。因為單熱源點溫度值隨著距離的增大而逐步降低，這里可以根據(jù)對同一熱源 點的多個傳感器數(shù)據(jù)采集，數(shù)值越大說明距離熱源點越近，這里我們假設(shè)取傳感器數(shù)據(jù)最 大的三個點為測量值，通過格林函數(shù)的反向推理再進(jìn)行位置上空間重合，得出最可能的熱 源點位置。
[0043] 對于傳熱問題的一維導(dǎo)熱微分方程，常見拋物線偏微分方程數(shù)學(xué)模型為：
[0045] 其中a為熱擴(kuò)散率，f (X)為初始溫度分布，X指空間位置。
[0046] 根據(jù)拋物線偏微分方程，得出一維無內(nèi)熱點的導(dǎo)熱問題的溫度分布解析解：
[0048]其中，τ為時間，ξ為脈沖點熱源作用的位置。
[0049]擴(kuò)展到三維空間的非穩(wěn)態(tài)熱擴(kuò)散溫度場，得出：
[0052] x，y，z分別代表空間在三維中的位置，ζ，η，ξ分別代表脈沖點熱源作用的位置。自 變量6(1，7,2，（，11，1，9)的第一部分"1，7,2，1："表示計算區(qū)域內(nèi)1：時刻(1，7,2)位置處，自變 量的第二部分"ζ，η，ξ，θ"表示脈沖點熱源作用的位置和時刻;總的物理含義是Θ時刻作用于 (ζ，η，ξ)處的脈沖點熱源對區(qū)域(x，y，z)處 τ時刻的影響，
[0053]令：
[0056] 6(1，7,2乂，11，1，9)表示在(（，11，〇處有強(qiáng)度為一個單位脈沖的點熱源在時刻0自 行釋放熱量后的過余溫度場分布。6(^ 7,2乂，11，|，0)就是傳熱分析理論中經(jīng)常使用的格林 函數(shù)。
[0057] 2.將數(shù)據(jù)與系統(tǒng)初設(shè)數(shù)據(jù)閾值進(jìn)行比較，最后設(shè)計預(yù)警模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋。當(dāng)溫 度、濃度信息超過系統(tǒng)閾值時，這里分為三種情況：
[0058] (1)數(shù)據(jù)達(dá)到第一閾值，預(yù)警指示燈閃爍。
[0059] (2)數(shù)據(jù)達(dá)到第二閾值，開發(fā)板驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音，提醒駕駛員對車內(nèi)環(huán)境做出 判斷，若確實產(chǎn)生火源，則可通過按鈕控制滅火彈的噴射。
[0060] (3)數(shù)據(jù)達(dá)到第三閾值，則證明溫度、濃度值已到達(dá)確定產(chǎn)生火源的情況，這時開 發(fā)板對相應(yīng)熱源點發(fā)出電信號，觸發(fā)相應(yīng)位置的滅火彈噴射滅火劑。
[0061] 3.通過溫度傳感器對溫度數(shù)據(jù)的采集，得出可能潛在熱源點主要固定在公交車發(fā) 動機(jī)和油箱位置的正上方，故在設(shè)計時在其相應(yīng)位置上方各放置兩個滅火彈，在汽車中間 部位為中心兩側(cè)1.75米處各放置一個滅火彈，整體在車廂內(nèi)成"W"型布局，可以最大程度上 覆蓋車廂的有效范圍，如附圖2所示。
[0062] 考慮到滅火彈的噴射方式，若采用從下往上式噴，由于人走動的隨意性，噴射面可 能會與人的正面產(chǎn)生重合，帶來不必要的麻煩。故在設(shè)計滅火彈噴射角度時選擇從上往下 噴射方式，在重力的作用下，能更快的噴射出滅火劑，且作用面與人的正面不會產(chǎn)生重合。 [0063] 4.溫度傳感器的收發(fā)端口與中央控制器的232串口的收發(fā)端口連接，傳感器的電 源正負(fù)極分別接在車載24V電源的正負(fù)極。濃度傳感器的數(shù)據(jù)收發(fā)端口與中央控制器的485 串口的收發(fā)端口連接，傳感器的電源正負(fù)極分別接在車載24V電源的正負(fù)極。傳給滅火彈的 電信號是經(jīng)由中央控制器的GPI0口發(fā)出的電信號，該電信號觸發(fā)車載電源的24V電信號，并 將24V電信號傳給滅火彈，滅火彈之間的布局采用并聯(lián)式。
【主權(quán)項】
1. 一種公交車危險物品監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括中央控制器、用于檢測車廂內(nèi)溫度 及危險氣體濃度的溫度與濃度檢測模塊、以及用于根據(jù)溫度與濃度檢測模塊的檢測數(shù)據(jù)對 車廂進(jìn)行滅火的滅火物質(zhì)噴射模塊，所述溫度與濃度檢測模塊和滅火物質(zhì)噴射模塊均連接 在中央控制器上，還包括用于對中央控制器和溫度與濃度檢測模塊供電的電源模塊。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種公交車危險物品監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述電源模塊包 括用于為中央控制器供電的控制器電源以及用于為溫度與濃度檢測模塊供電的傳感器電 源。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種公交車危險物品監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，中央控制器上還 連接有液晶顯示模塊、報警模塊以及用于手動開啟滅火物質(zhì)噴射模塊的手動啟動模塊。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種公交車危險物品監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，報警模塊包括指 示燈及蜂鳴器，手動啟動模塊包括手動釋放按鈕。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種公交車危險物品監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)預(yù)設(shè)有車廂 內(nèi)溫度及危險氣體濃度的第一閾值、第二閾值及第三閾值，且第一閾值 < 第二閾值 < 第三 閾值，當(dāng)溫度與濃度檢測模塊檢測的車廂內(nèi)溫度或危險氣體濃度大于等于第一閾值且小于 第二閾值時，指示燈啟動；當(dāng)溫度與濃度檢測模塊檢測的車廂內(nèi)溫度或危險氣體濃度大于 等于第二閾值且小于第三閾值時，蜂鳴器啟動；當(dāng)溫度與濃度檢測模塊檢測的車廂內(nèi)溫度 或危險氣體濃度大于等于第三閾值時，滅火物質(zhì)噴射模塊啟動。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種公交車危險物品監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度與濃度 檢測模塊包括用于檢測車廂內(nèi)溫度的溫度采集模塊以及用于檢測車廂內(nèi)危險氣體濃度的 濃度采集模塊，所述溫度采集模塊包括布置在車廂內(nèi)部的若干并聯(lián)設(shè)置的溫度傳感器，所 述濃度采集模塊包括設(shè)置在車廂內(nèi)部的濃度傳感器。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種公交車危險物品監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述中央控制器 為ARM開發(fā)板。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種公交車危險物品監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，滅火物質(zhì)噴射模 塊包括布置在車廂內(nèi)部的若干并聯(lián)設(shè)置的滅火彈。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種公交車危險物品監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述滅火彈共十 個，車廂的兩側(cè)分別設(shè)置兩個，車廂的頂部設(shè)置兩個，車廂的兩側(cè)與頂部連接線上分別設(shè)置 兩個，且車廂的兩側(cè)與頂部連接線上的滅火彈均向下傾斜45°設(shè)置。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種公交車危險物品監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，溫度傳感器為 熱電偶微型溫度傳感器;濃度傳感器為紅外CH 4氣體傳感器;滅火彈為干粉滅火彈。
【文檔編號】A62C37/40GK106017552SQ201610326547
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】高揚(yáng), 劉煜, 張冬忠, 吳學(xué)易
【申請人】長安大學(xué)