一種森林滅火彈檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

彭雙平，湯 露

（宜昌測試技術(shù)研究所 湖北 宜昌 443003）

中國船舶重工集團(tuán)公司第七一〇研究所自主研制的遠(yuǎn)距智能森林滅火系統(tǒng)，采用火箭彈發(fā)射技術(shù)，將裝載滅火劑的滅火彈遠(yuǎn)程運(yùn)載至火場上空一定高度布灑，完成滅火作業(yè)，該系統(tǒng)填補(bǔ)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(fā)展方向。系統(tǒng)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(tǒng)，BMH-1型、BMH-2型便攜式滅火分系統(tǒng)，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(fā)的水膠及干粉滅火劑，其滅火機(jī)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(tǒng)及Qt圖形界面開發(fā)工具而設(shè)計(jì)出的嵌入式森林滅火彈檢測系統(tǒng)，本系統(tǒng)作為滅火裝備的輔助設(shè)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(nèi)阻檢測，并對檢測值進(jìn)行判斷和記錄，同時(shí)具有查詢滅火彈歷史檢測信息的功能，系統(tǒng)開發(fā)成本低，工作性能穩(wěn)定可靠，人機(jī)界面友善，具有較強(qiáng)的通用性和實(shí)用性，同時(shí)也填補(bǔ)了國內(nèi)森林滅火彈檢測設(shè)備的空白。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

1.1 系統(tǒng)概述

該檢測系統(tǒng)是一種基于ARM9處理器，Linux操作系統(tǒng)及Qt嵌入式界面應(yīng)用程序開發(fā)包的便攜式、嵌入式森林滅火彈檢測設(shè)備。ARM9處理器運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)，以Qt為界面開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)界面應(yīng)用軟件的編制[1-2]。系統(tǒng)采用RS485總線進(jìn)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(guān)，系統(tǒng)即向滅火彈引信供電，與引信進(jìn)行通訊，完成引信的裝定時(shí)間、安全狀態(tài)、通訊狀態(tài)的檢測，同時(shí)通過向引信設(shè)定定時(shí)時(shí)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(tǒng)設(shè)計(jì)

1.2.1 系統(tǒng)組成及工作原理

檢測系統(tǒng)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(shè)備通過7芯插座與滅火彈連接，進(jìn)行通訊檢測，獲取彈種，引信定時(shí)時(shí)間，通過設(shè)置引信定時(shí)時(shí)間及回采來判定引信是否正常，通過外部充電器對檢測設(shè)備進(jìn)行充電。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖Fig.1 System block diagram

本系統(tǒng)采用SAMSUNG公司生產(chǎn)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(shù)據(jù)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(zhuǎn)換為IIC信號與控制板進(jìn)行通訊，當(dāng)控制板接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理，執(zhí)行相應(yīng)指令[3]?？刂瓢遢敵龅拇谛盘柦?jīng)接口板轉(zhuǎn)換為RS485信號，與滅火彈進(jìn)行通訊，完成滅火彈的信息檢測、引信裝定及清引信定時(shí)等功能，把相應(yīng)執(zhí)行結(jié)果通過7寸LCD進(jìn)行顯示。

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

1.2.2 接口板設(shè)計(jì)

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(zhuǎn)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(zhuǎn)換，將鍵盤值轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)計(jì)

鍵盤采用廣州致遠(yuǎn)有限公司生產(chǎn)的鍵盤芯片ZLG7290進(jìn)行擴(kuò)展，該芯片通過IIC與ARM9微控制器進(jìn)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(dāng)有按鍵按下時(shí)，ZLG7290獲取鍵值，再轉(zhuǎn)換為IIC信號傳輸給微控制器S3C2440。根據(jù)檢測系統(tǒng)功能需求，需24個(gè)按鍵完成系統(tǒng)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(rèn)鍵，“時(shí)鐘設(shè)置”為設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間，“設(shè)時(shí)間”為設(shè)置引信定時(shí)時(shí)間，“清引信”為清引信定時(shí)時(shí)間，使引信恢復(fù)為安全狀態(tài)，“查詢”為查詢彈的歷史信息；“保存”為保存彈的當(dāng)前信息，其余為數(shù)字鍵、字母鍵和小數(shù)點(diǎn)鍵。

1.2.4 電源設(shè)計(jì)

電源的選擇主要根據(jù)顯示終端的功耗來進(jìn)行選擇，根據(jù)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(zhuǎn)換效率為75%，而選用電池電壓為DC24 V，按工作8小時(shí)計(jì)算，據(jù)此可計(jì)算出所需的電源容量為：

根據(jù)計(jì)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(chǎn)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(tǒng)電源要求。

1.2.5 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件是基于Linux操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序，采用嵌入式界面開發(fā)包Qt設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面，程序采用C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法，采用功能模塊化設(shè)計(jì)，模塊間相互獨(dú)立，方便調(diào)用和移植[4-5]。根據(jù)檢測系統(tǒng)的功能要求，系統(tǒng)軟件劃分成串口數(shù)據(jù)分析模塊、檢測數(shù)據(jù)顯示模塊、自檢模塊、清引信模塊、設(shè)時(shí)間模塊、數(shù)據(jù)存儲和查看模塊、系統(tǒng)時(shí)間設(shè)置模塊。串口數(shù)據(jù)分析模塊主要完成控制板與滅火彈通信數(shù)據(jù)的分析與處理。檢測數(shù)據(jù)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(jìn)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(shí)間，將其置為安全時(shí)間狀態(tài)。設(shè)時(shí)間模塊用于設(shè)定滅火彈的引信時(shí)間。數(shù)據(jù)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(tǒng)時(shí)間設(shè)置模塊用于設(shè)置調(diào)制系統(tǒng)的時(shí)鐘。系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示。

2 結(jié) 論

本系統(tǒng)使用主流的嵌入式微處理器ARM9，開源的嵌入式操作系統(tǒng)Linux及功能強(qiáng)大的界面開發(fā)工具Qt，開發(fā)成本低，人機(jī)界面友善，實(shí)踐證明系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，同時(shí)該系統(tǒng)也填補(bǔ)了國內(nèi)森林滅火彈檢測設(shè)備的空白。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖Fig.5 Flow diagram of system software

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