摘 要 本文阐述了在机车上配置有效灭火装置的必要性，设计了基于ARM的机车报警灭火监控系统。该系统对行进中的列车实时进行探测和监控，使机车的安保系统更加完善，具有良好的实用性和扩展性。
关键词 机车 ARM 灭火监控系统 七氟丙烷
中图分类号：TP27 文献标识码：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
随着我国铁路事业的不断发展，铁路运输相继实施了六次大规模提速，势必对铁路运输安全设施提出了更高的要求。为保证列车安全、准确、稳发的基本要求，其消防安全是很重要的一个环节。作为铁路运输主力机车的内燃机车、电力机车，其内部空间狭小、行车时温度高、噪声大，因此存在很严重的火灾隐患，而目前只配置手提式干粉灭火器等低效灭火方式，一旦发生火灾，低效的灭火方式很难对各类火势进行有效的控制。
针对机车内部构造的特点，帮助司机和地面管理部门实时监控机车内运行状况已经成为当务之急。因此，非常有必要在铁路机车车辆上配备科学、有效的自动报警灭火监控系统。
1 系统概述
机车火灾报警灭火监控系统是针对机车车辆防火技术要求而设计的集火灾自动探测报警与联动控制、气体灭火、视频图像监控等多功能于一体的智能化综合系统。系统的主要功能：
（1）10路烟雾探测器对机车防护区巡回探测，CPU对各路探测的信号进行判断和处理，达到门阈值后，发出声光报警信号。
（2）时间显示功能，内置系统时钟，用于报警、故障和操作信息的记录，并可通过专用接口将主机内的记录转存到计算机中，可详细查看报警、故障和操作记录。
（3）双驾驶舱显示及操作功能，通过视频切换按键可以切换显示各个通道的视频信息，当发生火灾报警时显示屏上自动显示对应通道的视频信息，可手动急起、急停灭火控制系统。
（4）视频图像实时保存到SATA固态硬盘中备查，视频录满后可自动循环覆盖，火灾报警时可通过GPRS无线通信模块把图像上传到中心服务器，从而地面管理部门立刻可以得到可靠信息。
（5）系统具有开机自检功能，自动检测连接各路探测器和主机内的SATA固态硬盘。
（6）当发生火灾声光报警时，系统延迟30秒后自动启动七氟丙烷灭火装置对防护区进行灭火，也可手动取消报警。
2 系统硬件设计
该系统主要由灭火控制系统、视频监视系统、①气体灭火装置等三部分组成。灭火控制系统和视频监视系统主要由点型烟雾探测器、红外摄像机、ARM控制器、键盘显示屏等组成。系统结构框图如图1所示：
图1 系统结构框图
ARM②控制器通过RS485总线与10路烟雾探测器通信，并通过10个指示灯指示对应探测器的工作状态；6路红外摄像机通过模拟视频六选一模块与ARM控制器相连，可以用按键手动切换六个视频画面；通过继电器控制的24V电源与气体灭火装置电磁阀控制线相连；通过视频显示接口与两个司机室的显示屏相连。当ARM控制器接收到某路烟雾探测器发出的火灾探测信号时，显示屏自动把显示内容切换到对应红外摄像机的视频画面，并进行录像、存储报警信息和发出声光报警信号，司机确认火警信息后，若无任何操作该系统将在30秒后打开气体灭火装置的电磁阀进行自动灭火。同时通过GPRS无线通信③模块向中心服务程序发送报警信号和图像信息，使地面管理部门能实时监控机车内的运行情况。如果司机确认后，火警为误报，就可以通过键盘显示屏上的复位按钮，取消报警。
ARM处理器采用飞思卡尔半导体公司的I.MX53芯片，I.MX53 以Cortex-A8为核心构架；主频可以扩展到 1GHZ ~ 1.2GHZ，拥有32K的指令缓存和数据缓存以及 256K的二级缓存，并且集成了多媒体硬件加速单元。i.MX53A可广泛应用于高清监控、汽车多媒体及工业计算机、轮船监控及油田等领域。是便携式网络通讯终端、MID、家庭信息网关、V2IP、汽车计算机系统、工业智能仪表及激光器系统、HMI等产品的上上之选。
烟雾探测器选用点式光电式探测器，内部构造采用光学迷宫方式，通讯接口标准为RS485总线通讯方式，外壳材质采用耐高温阻燃树脂，工作电压为直流12V。
图2 探测器数据接收工作线程流程图
气体灭火系统选用的是悬挂式七氟丙烷气体灭火装置。该装置有：电气手动控制、机械应急手动操作（当保护区发生火情，断电或控制器不能发出灭火指令时，可以手动启动）、温感易熔合金自动启动三种方式。使用范围更广，工作温度为-25℃~+75℃，适合各种严酷环境。七氟丙烷灭火气体无色、无味，能够用于扑救可燃液体和可熔化固体的火灾、可燃固体的表面火灾、电气火灾。是ISO/CD/14520《气体灭火系统――物理性能及系统设计》认可洁净气体灭火剂，对大气的臭氧层没有破坏作用。七氟丙烷在环保和使用环境上都比较适合，如灭火体积分数较小，使用量不大，占用空间小，而且系统压力不高，受温度影响小，基本适宜在机车上采用。针对机车上内部空间陕小，没有太多的位置安装灭火药剂贮瓶，温度较高并长期受到运行振动， 所以本装置采用悬挂式，大大节省了机车空间。
由于机车上存在大量大功率机电设备，属于大电流、高电压、强磁场的环境，所以设计中必须考虑抗干扰问题，主要涉及电源、通道、控制系统和PCB板等各个环节。其中系统电源取自机车上110 v辅助直流电，采用美国VICOR电源模块，DC-DC变换后得到稳定的12V和5V直流电源。
图,3 主控线程工作流程图
图4 无线数据收发线程流程图
3 系统软件设计
ARM灭火主机使用嵌入Linux④内核，该内核具有源代码开放、稳定性好、支持多任务等特点。灭火主机通过四个工作线程来实现本系统的功能：探测器数据接收工作线程、无线数据收发线程、主控线程、灭火控制线程。
探测器数据接收工作线程负责主机每隔5秒与所有的烟雾探测器通讯一次，获取数据，同时相应的LED灯闪烁一次。当发现烟雾浓度超过设定的阈值时，向其余三个线程发送报警信息，相应的LED灯一直点亮。工作流程图如图2所示：
主控线程平时负责接收按键输入，当输入自检按键时，进行系统自检，当输入视频按键或无输入时自动轮巡六个摄像头的视频画面。当有报警信号输入时,把屏幕的视频源自动切换到对应红外摄像头的视频画面，并启动录像，写入本地SATA固态硬盘；同时把压缩的视频信息传送给无线数据收发线程。工作流程图如图3所示：
图5 灭火控制线程工作流程图
无线数据收发线程主要负责和中心服务程序的数据交互工作，接收中心服务程序的命令，定时向中心服务程序发送探测器数据。当有报警时，向中心服务程序发送探测器数据和对应火灾图像信息。工作流程图如图4所示：
灭火控制线程是一个单独的工作线程，专门接收紧急灭火按键和紧急停止按键输入，控制灭火设备的启停工作。工作流程图如图5所示：
4 结论
本系统最大的特点是采用报警灭火功能和视频监控功能相结合的方式，设计上更加人性化，系统软件基于Linux平台，实施多任务，操作简便，工作稳定性高，可为我国铁路的安全生产提供可靠保证。
注释
① 宋志雄.机车司机行车安全监控系统应用研究[J].中国安全科学学报,2005.15(10):110-113.
② 沈传锋,张沛,黄洪全,陈敏.32位ARM嵌入式火灾报警控制的研究[J].消防技 术与产品信息,2007(1).
③ 郑长风,程光伟,郭军.一种基于红外探测无线报警监控系统[J].现代电子技术,2003(4).
④ 徐诚等.Linux环境C程序设计[Ｍ].北京:清华大学出版社,2010.