一種森林滅火彈檢測系統的設計

彭雙平，湯 露

（宜昌測試技術研究所 湖北 宜昌 443003）

中國船舶重工集團公司第七一〇研究所自主研制的遠距智能森林滅火系統，采用火箭彈發射技術，將裝載滅火劑的滅火彈遠程運載至火場上空一定高度布灑，完成滅火作業，該系統填補了我國地面智能滅火裝備的空白，也是中國和世界森林滅火裝備的發展方向。系統包括CMH-1型、CMH-2型、CMH-3型、CHM-4型車載式多管火箭彈滅火分系統，BMH-1型、BMH-2型便攜式滅火分系統，分別配備172口徑、112口徑和60口徑森林滅火彈。滅火彈采用自主研發的水膠及干粉滅火劑，其滅火機理為冷卻作用、抑制作用和窒息作用，滅火劑利用效率高，滅火效果良好。針對上述不同口徑的多種類型滅火彈在使用、長期庫存以及出庫過程中是否仍為正常彈，介紹了一種基于ARM9微處理器，采用開源Linux操作系統及Qt圖形界面開發工具而設計出的嵌入式森林滅火彈檢測系統，本系統作為滅火裝備的輔助設備，用于檢測滅火彈是否正常，它完成了滅火彈的通訊檢測和內阻檢測，并對檢測值進行判斷和記錄，同時具有查詢滅火彈歷史檢測信息的功能，系統開發成本低，工作性能穩定可靠，人機界面友善，具有較強的通用性和實用性，同時也填補了國內森林滅火彈檢測設備的空白。

1 系統設計思想

1.1 系統概述

該檢測系統是一種基于ARM9處理器，Linux操作系統及Qt嵌入式界面應用程序開發包的便攜式、嵌入式森林滅火彈檢測設備。ARM9處理器運行Linux操作系統，以Qt為界面開發環境，實現了系統界面應用軟件的編制[1-2]。系統采用RS485總線進行通信，使用自制通信電纜與滅火彈連接，通過手動輸入滅火彈的批次及編號，按下檢測開關，系統即向滅火彈引信供電，與引信進行通訊，完成引信的裝定時間、安全狀態、通訊狀態的檢測，同時通過向引信設定定時時間，然后回采，來判定引信是否工作正常，繼而判斷滅火彈是否正常。

1.2 系統設計

1.2.1 系統組成及工作原理

檢測系統主要由控制電路板、接口板、顯示終端、鍵盤操作面板、可充式鋰電池組成。檢測設備通過7芯插座與滅火彈連接，進行通訊檢測，獲取彈種，引信定時時間，通過設置引信定時時間及回采來判定引信是否正常，通過外部充電器對檢測設備進行充電。系統組成框圖如圖1所示。

圖1 系統組成框圖Fig.1 System block diagram

本系統采用SAMSUNG公司生產的ARM9芯片S3C2440做為主控制芯片，完成鍵盤輸入、終端顯示、與滅火彈通訊、數據的處理及保存等功能。通過鍵盤輸入指令，接口板通過鍵盤芯片ZLG7290轉換為IIC信號與控制板進行通訊，當控制板接收到數據后進行處理，執行相應指令[3]。控制板輸出的串口信號經接口板轉換為RS485信號，與滅火彈進行通訊，完成滅火彈的信息檢測、引信裝定及清引信定時等功能，把相應執行結果通過7寸LCD進行顯示。

鋰電池為可充式鋰電池，向系統提供直流24 V工作電源，經接口板轉換為DC5 V電源，向控制板及顯示終端供電，轉換為DC12 V電源，經ARM9控制后向滅火彈引信供電。

1.2.2 接口板設計

接口板主要由鍵盤電路和RS485通信電路組成，完成外圍器件與控制板間的控制及通信信號轉換。鍵盤電路主要由ZLG公司的鍵盤芯片ZLG7290完成矩陣鍵盤信號的轉換，將鍵盤值轉換為IIC信號輸出到控制板。RS485通信電路主要由通信芯片MAX3483ESA組成，將控制板的UART信號轉換為RS485信號，完成控制板與滅火彈間的相互通信。接口板工作原理框圖如圖2所示。

圖2 接口板工作原理框圖Fig.2 Working schematic diagram of interface board

1.2.3 鍵盤設計

鍵盤采用廣州致遠有限公司生產的鍵盤芯片ZLG7290進行擴展，該芯片通過IIC與ARM9微控制器進行通訊使其獲取鍵值。鍵盤原理框圖如圖3所示。

圖3 鍵盤原理框圖Fig.3 Working schematic diagram of keyboard

當有按鍵按下時，ZLG7290獲取鍵值，再轉換為IIC信號傳輸給微控制器S3C2440。根據檢測系統功能需求，需24個按鍵完成系統功能，24鍵的布局如圖4所示。

圖4 鍵盤布局圖Fig.4 Layout diagram of keyboard

ESC為取消鍵，TAB為移位鍵，DEL為刪除鍵，ENT為確認鍵，“時鐘設置”為設置系統時間，“設時間”為設置引信定時時間，“清引信”為清引信定時時間，使引信恢復為安全狀態，“查詢”為查詢彈的歷史信息；“保存”為保存彈的當前信息，其余為數字鍵、字母鍵和小數點鍵。

1.2.4 電源設計

電源的選擇主要根據顯示終端的功耗來進行選擇，根據測算，顯示終端的工作電流為500 mA，電壓為DC5 V，板上其他元器件耗電為100 mA，電壓為DC5 V，采用的電源芯片為LM2576-5.0，其轉換效率為75%，而選用電池電壓為DC24 V，按工作8小時計算，據此可計算出所需的電源容量為：

根據計算，選用DC24 V，容量大于1.34 AH的電源供電，查資料后電源選擇成都建中鋰電池有限公司生產的PLF466686型可充式鋰電池。該電池容量為2 AH，最大放電電流小于2 AH，滿足系統電源要求。

1.2.5 軟件設計

系統軟件是基于Linux操作系統的應用程序，采用嵌入式界面開發包Qt設計系統界面，程序采用C++面向對象程序設計方法，采用功能模塊化設計，模塊間相互獨立，方便調用和移植[4-5]。根據檢測系統的功能要求，系統軟件劃分成串口數據分析模塊、檢測數據顯示模塊、自檢模塊、清引信模塊、設時間模塊、數據存儲和查看模塊、系統時間設置模塊。串口數據分析模塊主要完成控制板與滅火彈通信數據的分析與處理。檢測數據顯示模塊主要完成滅火彈檢測信息的刷新顯示。自檢模塊主要完成對滅火彈進行檢測，獲取滅火彈檢測信息。清引信模塊用于清除滅火彈的引信時間，將其置為安全時間狀態。設時間模塊用于設定滅火彈的引信時間。數據存儲和查看模塊用于存儲滅火彈的檢測信息及查看滅火彈的歷史檢測信息[6]。系統時間設置模塊用于設置調制系統的時鐘。系統軟件流程圖如圖5所示。

2 結 論

本系統使用主流的嵌入式微處理器ARM9，開源的嵌入式操作系統Linux及功能強大的界面開發工具Qt，開發成本低，人機界面友善，實踐證明系統性能穩定可靠，同時該系統也填補了國內森林滅火彈檢測設備的空白。

圖5 系統軟件流程圖Fig.5 Flow diagram of system software

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