一种森林灭火弹检测系统的设计

彭双平，汤 露

（宜昌测试技术研究所 湖北 宜昌 443003）

中国船舶重工集团公司第七一〇研究所自主研制的远距智能森林灭火系统，采用火箭弹发射技术，将装载灭火剂的灭火弹远程运载至火场上空一定高度布洒，完成灭火作业，该系统填补了我国地面智能灭火装备的空白，也是中国和世界森林灭火装备的发展方向。系统包括CMH-1型、CMH-2型、CMH-3型、CHM-4型车载式多管火箭弹灭火分系统，BMH-1型、BMH-2型便携式灭火分系统，分别配备172口径、112口径和60口径森林灭火弹。灭火弹采用自主研发的水胶及干粉灭火剂，其灭火机理为冷却作用、抑制作用和窒息作用，灭火剂利用效率高，灭火效果良好。针对上述不同口径的多种类型灭火弹在使用、长期库存以及出库过程中是否仍为正常弹，介绍了一种基于ARM9微处理器，采用开源Linux操作系统及Qt图形界面开发工具而设计出的嵌入式森林灭火弹检测系统，本系统作为灭火装备的辅助设备，用于检测灭火弹是否正常，它完成了灭火弹的通讯检测和内阻检测，并对检测值进行判断和记录，同时具有查询灭火弹历史检测信息的功能，系统开发成本低，工作性能稳定可靠，人机界面友善，具有较强的通用性和实用性，同时也填补了国内森林灭火弹检测设备的空白。

1 系统设计思想

1.1 系统概述

该检测系统是一种基于ARM9处理器，Linux操作系统及Qt嵌入式界面应用程序开发包的便携式、嵌入式森林灭火弹检测设备。ARM9处理器运行Linux操作系统，以Qt为界面开发环境，实现了系统界面应用软件的编制[1-2]。系统采用RS485总线进行通信，使用自制通信电缆与灭火弹连接，通过手动输入灭火弹的批次及编号，按下检测开关，系统即向灭火弹引信供电，与引信进行通讯，完成引信的装定时间、安全状态、通讯状态的检测，同时通过向引信设定定时时间，然后回采，来判定引信是否工作正常，继而判断灭火弹是否正常。

1.2 系统设计

1.2.1 系统组成及工作原理

检测系统主要由控制电路板、接口板、显示终端、键盘操作面板、可充式锂电池组成。检测设备通过7芯插座与灭火弹连接，进行通讯检测，获取弹种，引信定时时间，通过设置引信定时时间及回采来判定引信是否正常，通过外部充电器对检测设备进行充电。系统组成框图如图1所示。

图1 系统组成框图Fig.1 System block diagram

本系统采用SAMSUNG公司生产的ARM9芯片S3C2440做为主控制芯片，完成键盘输入、终端显示、与灭火弹通讯、数据的处理及保存等功能。通过键盘输入指令，接口板通过键盘芯片ZLG7290转换为IIC信号与控制板进行通讯，当控制板接收到数据后进行处理，执行相应指令[3]。控制板输出的串口信号经接口板转换为RS485信号，与灭火弹进行通讯，完成灭火弹的信息检测、引信装定及清引信定时等功能，把相应执行结果通过7寸LCD进行显示。

锂电池为可充式锂电池，向系统提供直流24 V工作电源，经接口板转换为DC5 V电源，向控制板及显示终端供电，转换为DC12 V电源，经ARM9控制后向灭火弹引信供电。

1.2.2 接口板设计

接口板主要由键盘电路和RS485通信电路组成，完成外围器件与控制板间的控制及通信信号转换。键盘电路主要由ZLG公司的键盘芯片ZLG7290完成矩阵键盘信号的转换，将键盘值转换为IIC信号输出到控制板。RS485通信电路主要由通信芯片MAX3483ESA组成，将控制板的UART信号转换为RS485信号，完成控制板与灭火弹间的相互通信。接口板工作原理框图如图2所示。

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

1.2.3 键盘设计

键盘采用广州致远有限公司生产的键盘芯片ZLG7290进行扩展，该芯片通过IIC与ARM9微控制器进行通讯使其获取键值。键盘原理框图如图3所示。

图3 键盘原理框图Fig.3 Working schematic diagram of keyboard

当有按键按下时，ZLG7290获取键值，再转换为IIC信号传输给微控制器S3C2440。根据检测系统功能需求，需24个按键完成系统功能，24键的布局如图4所示。

图4 键盘布局图Fig.4 Layout diagram of keyboard

ESC为取消键，TAB为移位键，DEL为删除键，ENT为确认键，“时钟设置”为设置系统时间，“设时间”为设置引信定时时间，“清引信”为清引信定时时间，使引信恢复为安全状态，“查询”为查询弹的历史信息；“保存”为保存弹的当前信息，其余为数字键、字母键和小数点键。

1.2.4 电源设计

电源的选择主要根据显示终端的功耗来进行选择，根据测算，显示终端的工作电流为500 mA，电压为DC5 V，板上其他元器件耗电为100 mA，电压为DC5 V，采用的电源芯片为LM2576-5.0，其转换效率为75%，而选用电池电压为DC24 V，按工作8小时计算，据此可计算出所需的电源容量为：

根据计算，选用DC24 V，容量大于1.34 AH的电源供电，查资料后电源选择成都建中锂电池有限公司生产的PLF466686型可充式锂电池。该电池容量为2 AH，最大放电电流小于2 AH，满足系统电源要求。

1.2.5 软件设计

系统软件是基于Linux操作系统的应用程序，采用嵌入式界面开发包Qt设计系统界面，程序采用C++面向对象程序设计方法，采用功能模块化设计，模块间相互独立，方便调用和移植[4-5]。根据检测系统的功能要求，系统软件划分成串口数据分析模块、检测数据显示模块、自检模块、清引信模块、设时间模块、数据存储和查看模块、系统时间设置模块。串口数据分析模块主要完成控制板与灭火弹通信数据的分析与处理。检测数据显示模块主要完成灭火弹检测信息的刷新显示。自检模块主要完成对灭火弹进行检测，获取灭火弹检测信息。清引信模块用于清除灭火弹的引信时间，将其置为安全时间状态。设时间模块用于设定灭火弹的引信时间。数据存储和查看模块用于存储灭火弹的检测信息及查看灭火弹的历史检测信息[6]。系统时间设置模块用于设置调制系统的时钟。系统软件流程图如图5所示。

2 结 论

本系统使用主流的嵌入式微处理器ARM9，开源的嵌入式操作系统Linux及功能强大的界面开发工具Qt，开发成本低，人机界面友善，实践证明系统性能稳定可靠，同时该系统也填补了国内森林灭火弹检测设备的空白。

图5 系统软件流程图Fig.5 Flow diagram of system software

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