王祖麟 趙志成

摘 要 本文闡述了在機(jī)車上配置有效滅火裝置的必要性，設(shè)計(jì)了基于ARM的機(jī)車報(bào)警滅火監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)行進(jìn)中的列車實(shí)時(shí)進(jìn)行探測和監(jiān)控，使機(jī)車的安保系統(tǒng)更加完善，具有良好的實(shí)用性和擴(kuò)展性。

關(guān)鍵詞 機(jī)車 ARM 滅火監(jiān)控系統(tǒng) 七氟丙烷

中圖分類號(hào)：TP27文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Locomotive Alarm Outfire Monitoring System Based on ARM

WANG Zulin, ZHAO Zhicheng

(Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou, Jiangxi 341000)

Abstract This paper expounds the necessity of configurating effective fire extinguishing device on the locomotive, and designs a alarm outfire monitoring system based on ARM. This system is detecting and monitoring in real time for running train, it makes the locomotive security system more perfect. It has a good practicability and expansibility.

Key words locomotive; ARM; outfire monitoring system; HFC-227ea

0 引言

隨著我國鐵路事業(yè)的不斷發(fā)展，鐵路運(yùn)輸相繼實(shí)施了六次大規(guī)模提速，勢必對(duì)鐵路運(yùn)輸安全設(shè)施提出了更高的要求。為保證列車安全、準(zhǔn)確、穩(wěn)發(fā)的基本要求，其消防安全是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。作為鐵路運(yùn)輸主力機(jī)車的內(nèi)燃機(jī)車、電力機(jī)車，其內(nèi)部空間狹小、行車時(shí)溫度高、噪聲大，因此存在很嚴(yán)重的火災(zāi)隱患，而目前只配置手提式干粉滅火器等低效滅火方式，一旦發(fā)生火災(zāi)，低效的滅火方式很難對(duì)各類火勢進(jìn)行有效的控制。

針對(duì)機(jī)車內(nèi)部構(gòu)造的特點(diǎn)，幫助司機(jī)和地面管理部門實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)車內(nèi)運(yùn)行狀況已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。因此，非常有必要在鐵路機(jī)車車輛上配備科學(xué)、有效的自動(dòng)報(bào)警滅火監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)概述

機(jī)車火災(zāi)報(bào)警滅火監(jiān)控系統(tǒng)是針對(duì)機(jī)車車輛防火技術(shù)要求而設(shè)計(jì)的集火災(zāi)自動(dòng)探測報(bào)警與聯(lián)動(dòng)控制、氣體滅火、視頻圖像監(jiān)控等多功能于一體的智能化綜合系統(tǒng)。系統(tǒng)的主要功能：

（1）10路煙霧探測器對(duì)機(jī)車防護(hù)區(qū)巡回探測，CPU對(duì)各路探測的信號(hào)進(jìn)行判斷和處理，達(dá)到門閾值后，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

（2）時(shí)間顯示功能，內(nèi)置系統(tǒng)時(shí)鐘，用于報(bào)警、故障和操作信息的記錄，并可通過專用接口將主機(jī)內(nèi)的記錄轉(zhuǎn)存到計(jì)算機(jī)中，可詳細(xì)查看報(bào)警、故障和操作記錄。

（3）雙駕駛艙顯示及操作功能，通過視頻切換按鍵可以切換顯示各個(gè)通道的視頻信息，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)報(bào)警時(shí)顯示屏上自動(dòng)顯示對(duì)應(yīng)通道的視頻信息，可手動(dòng)急起、急停滅火控制系統(tǒng)。

（4）視頻圖像實(shí)時(shí)保存到SATA固態(tài)硬盤中備查，視頻錄滿后可自動(dòng)循環(huán)覆蓋，火災(zāi)報(bào)警時(shí)可通過GPRS無線通信模塊把圖像上傳到中心服務(wù)器，從而地面管理部門立刻可以得到可靠信息。

（5）系統(tǒng)具有開機(jī)自檢功能，自動(dòng)檢測連接各路探測器和主機(jī)內(nèi)的SATA固態(tài)硬盤。

（6）當(dāng)發(fā)生火災(zāi)聲光報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)延遲30秒后自動(dòng)啟動(dòng)七氟丙烷滅火裝置對(duì)防護(hù)區(qū)進(jìn)行滅火，也可手動(dòng)取消報(bào)警。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由滅火控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、①氣體滅火裝置等三部分組成。滅火控制系統(tǒng)和視頻監(jiān)視系統(tǒng)主要由點(diǎn)型煙霧探測器、紅外攝像機(jī)、ARM控制器、鍵盤顯示屏等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

ARM②控制器通過RS485總線與10路煙霧探測器通信，并通過10個(gè)指示燈指示對(duì)應(yīng)探測器的工作狀態(tài)；6路紅外攝像機(jī)通過模擬視頻六選一模塊與ARM控制器相連，可以用按鍵手動(dòng)切換六個(gè)視頻畫面；通過繼電器控制的24V電源與氣體滅火裝置電磁閥控制線相連；通過視頻顯示接口與兩個(gè)司機(jī)室的顯示屏相連。當(dāng)ARM控制器接收到某路煙霧探測器發(fā)出的火災(zāi)探測信號(hào)時(shí)，顯示屏自動(dòng)把顯示內(nèi)容切換到對(duì)應(yīng)紅外攝像機(jī)的視頻畫面，并進(jìn)行錄像、存儲(chǔ)報(bào)警信息和發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，司機(jī)確認(rèn)火警信息后，若無任何操作該系統(tǒng)將在30秒后打開氣體滅火裝置的電磁閥進(jìn)行自動(dòng)滅火。同時(shí)通過GPRS無線通信③模塊向中心服務(wù)程序發(fā)送報(bào)警信號(hào)和圖像信息，使地面管理部門能實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)車內(nèi)的運(yùn)行情況。如果司機(jī)確認(rèn)后，火警為誤報(bào)，就可以通過鍵盤顯示屏上的復(fù)位按鈕，取消報(bào)警。

ARM處理器采用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的I.MX53芯片，I.MX53 以Cortex-A8為核心構(gòu)架；主頻可以擴(kuò)展到 1GHZ ~ 1.2GHZ，擁有32K的指令緩存和數(shù)據(jù)緩存以及 256K的二級(jí)緩存，并且集成了多媒體硬件加速單元。i.MX53A可廣泛應(yīng)用于高清監(jiān)控、汽車多媒體及工業(yè)計(jì)算機(jī)、輪船監(jiān)控及油田等領(lǐng)域。是便攜式網(wǎng)絡(luò)通訊終端、MID、家庭信息網(wǎng)關(guān)、V2IP、汽車計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、工業(yè)智能儀表及激光器系統(tǒng)、HMI等產(chǎn)品的上上之選。

煙霧探測器選用點(diǎn)式光電式探測器，內(nèi)部構(gòu)造采用光學(xué)迷宮方式，通訊接口標(biāo)準(zhǔn)為RS485總線通訊方式，外殼材質(zhì)采用耐高溫阻燃樹脂，工作電壓為直流12V。

圖2 探測器數(shù)據(jù)接收工作線程流程圖

氣體滅火系統(tǒng)選用的是懸掛式七氟丙烷氣體滅火裝置。該裝置有：電氣手動(dòng)控制、機(jī)械應(yīng)急手動(dòng)操作（當(dāng)保護(hù)區(qū)發(fā)生火情，斷電或控制器不能發(fā)出滅火指令時(shí)，可以手動(dòng)啟動(dòng)）、溫感易熔合金自動(dòng)啟動(dòng)三種方式。使用范圍更廣，工作溫度為-25℃~+75℃，適合各種嚴(yán)酷環(huán)境。七氟丙烷滅火氣體無色、無味，能夠用于撲救可燃液體和可熔化固體的火災(zāi)、可燃固體的表面火災(zāi)、電氣火災(zāi)。是ISO/CD/14520《氣體滅火系統(tǒng)——物理性能及系統(tǒng)設(shè)計(jì)》認(rèn)可潔凈氣體滅火劑，對(duì)大氣的臭氧層沒有破壞作用。七氟丙烷在環(huán)保和使用環(huán)境上都比較適合，如滅火體積分?jǐn)?shù)較小，使用量不大，占用空間小，而且系統(tǒng)壓力不高，受溫度影響小，基本適宜在機(jī)車上采用。針對(duì)機(jī)車上內(nèi)部空間陜小，沒有太多的位置安裝滅火藥劑貯瓶，溫度較高并長期受到運(yùn)行振動(dòng)， 所以本裝置采用懸掛式，大大節(jié)省了機(jī)車空間。

由于機(jī)車上存在大量大功率機(jī)電設(shè)備，屬于大電流、高電壓、強(qiáng)磁場的環(huán)境，所以設(shè)計(jì)中必須考慮抗干擾問題，主要涉及電源、通道、控制系統(tǒng)和PCB板等各個(gè)環(huán)節(jié)。其中系統(tǒng)電源取自機(jī)車上110 v輔助直流電，采用美國VICOR電源模塊，DC-DC變換后得到穩(wěn)定的12V和5V直流電源。

圖,3 主控線程工作流程圖

圖4 無線數(shù)據(jù)收發(fā)線程流程圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

ARM滅火主機(jī)使用嵌入Linux④內(nèi)核，該內(nèi)核具有源代碼開放、穩(wěn)定性好、支持多任務(wù)等特點(diǎn)。滅火主機(jī)通過四個(gè)工作線程來實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的功能：探測器數(shù)據(jù)接收工作線程、無線數(shù)據(jù)收發(fā)線程、主控線程、滅火控制線程。

探測器數(shù)據(jù)接收工作線程負(fù)責(zé)主機(jī)每隔5秒與所有的煙霧探測器通訊一次，獲取數(shù)據(jù)，同時(shí)相應(yīng)的LED燈閃爍一次。當(dāng)發(fā)現(xiàn)煙霧濃度超過設(shè)定的閾值時(shí)，向其余三個(gè)線程發(fā)送報(bào)警信息，相應(yīng)的LED燈一直點(diǎn)亮。工作流程圖如圖2所示：

主控線程平時(shí)負(fù)責(zé)接收按鍵輸入，當(dāng)輸入自檢按鍵時(shí)，進(jìn)行系統(tǒng)自檢，當(dāng)輸入視頻按鍵或無輸入時(shí)自動(dòng)輪巡六個(gè)攝像頭的視頻畫面。當(dāng)有報(bào)警信號(hào)輸入時(shí),把屏幕的視頻源自動(dòng)切換到對(duì)應(yīng)紅外攝像頭的視頻畫面，并啟動(dòng)錄像，寫入本地SATA固態(tài)硬盤；同時(shí)把壓縮的視頻信息傳送給無線數(shù)據(jù)收發(fā)線程。工作流程圖如圖3所示：

圖5滅火控制線程工作流程圖

無線數(shù)據(jù)收發(fā)線程主要負(fù)責(zé)和中心服務(wù)程序的數(shù)據(jù)交互工作，接收中心服務(wù)程序的命令，定時(shí)向中心服務(wù)程序發(fā)送探測器數(shù)據(jù)。當(dāng)有報(bào)警時(shí)，向中心服務(wù)程序發(fā)送探測器數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)火災(zāi)圖像信息。工作流程圖如圖4所示：

滅火控制線程是一個(gè)單獨(dú)的工作線程，專門接收緊急滅火按鍵和緊急停止按鍵輸入，控制滅火設(shè)備的啟停工作。工作流程圖如圖5所示：

4 結(jié)論

本系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是采用報(bào)警滅火功能和視頻監(jiān)控功能相結(jié)合的方式，設(shè)計(jì)上更加人性化，系統(tǒng)軟件基于Linux平臺(tái)，實(shí)施多任務(wù)，操作簡便，工作穩(wěn)定性高，可為我國鐵路的安全生產(chǎn)提供可靠保證。

注釋

① 宋志雄.機(jī)車司機(jī)行車安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2005.15(10):110-113.

② 沈傳鋒,張沛,黃洪全,陳敏.32位ARM嵌入式火災(zāi)報(bào)警控制的研究[J].消防技 術(shù)與產(chǎn)品信息,2007(1).

③ 鄭長風(fēng),程光偉,郭軍.一種基于紅外探測無線報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2003(4).

④ 徐誠等.Linux環(huán)境C程序設(shè)計(jì)[Ｍ].北京:清華大學(xué)出版社,2010.