Một số giải pháp nâng cao độ tin cậy điều khiển nổ vô tuyến

hống thông tin chỉ huy, điều hành; hệ thống camera theo dõi và lưu trữ hình ảnh,... mang tính hiện đại cho phép thực hiện nhiệm vụ phá hủy bom, mìn, vật nổ an toàn, tin cậy; hỗ trợ công tác chỉ huy, điều hành, giám sát và huấn luyện trong điều kiện thực tế nước ta hiện nay. Các giải pháp ứng dụng công nghệ điện tử, xác định các giải pháp kỹ thuật thích hợp để thiết kế, chế tạo hệ thống phá hủy bom, mìn, vật nổ phục vụ việc phá hủy bom, mìn, vật nổ đảm bảo độ tin cậy và an toàn tuyệt đối khi sử dụng. Từ khóa: Điều khiển nổ vô tuyến; Truyền dữ liệu vô tuyến. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Truyền và xử lý tín hiệu vô tuyến (T-XLTHVT) đã và đang được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu nhằm áp dụng cho nhiều lĩnh vực thuộc kinh tế quốc dân và quốc phòng, an ninh. Tuy nhiên, tùy vào lĩnh vực áp dụng mà độ tin cậy và tính thời gian thực của việc T-XLTHVT được đặt ra ở các cấp độ khác nhau. Trong đó, bài toán truyền và xử lý tin tức áp dụng cho vũ khí, trang bị quân sự được đặt ra với nhiều tham số phức tạp về nhiễu, tính thời gian thực và đặc biệt là yêu cầu rất cao về “xác suất truyền và xử lý tin” đúng và giảm tối thiểu xác suất “truyền và xử lý tin” sai. Như vậy, để hệ thống có độ tin cậy cao chúng ta cần phải “trả giá” chi phí. Với bất cứ hệ thống ĐKN từ xa bằng vô tuyến hay hữu tuyến nào, ngoài việc đảm bảo cho việc truyền (từ trung tâm) và nhận lệnh (tại điểm thu) được thông suốt (tức là độ tin cậy đường truyền) còn phải bảo đảm việc thu đúng, giải mã đúng và thực hiện lệnh điều khiển một cách chính xác tuyệt đối tránh gây nổ nhầm, nổ sai ý định hoặc cướp nổ. Ở đây, chính là đảm bảo loại bỏ mọi yếu tố mất an toàn trong quá trình thực hiện nhiệm vụ. Khâu trung gian cần chú trọng nhất chính là Kíp nổ, là cơ cấu chấp hành cuối cùng nhận dòng điện kích nổ từ máy thu và kích nổ khối thuốc nổ. Việc nghiên cứu chế tạo cơ cấu an toàn, cơ cấu đốt kíp phải được tiến hành đồng bộ cả thiết bị phát, thu và mạch đốt kíp; phải kết hợp cả cơ khí và điện tử tạo thành một cơ cấu an toàn nhiều lớp, nhiều giải pháp an toàn nâng cao độ tin cậy. Thiết bị điều khiển nổ từ xa bằng vô tuyến là một cấu hình thiết bị mang tính đặc thù phù hợp với mục đích phá hủy bom đạn vật nổ trong điều kiện khắc nghiệt, đảm bảo độ tin cậy và an toàn tuyệt đối khi sử dụng. Trên cơ sở kế thừa kết quả nghiên cứu của các đề tài, nhiệm vụ liên quan đến thiết bị điều khiển nổ từ xa bằng vô tuyến để thiết kế một cấu hình thiết bị mang tính đặc thù phù hợp với mục đích phá hủy bom đạn vật nổ trong điều kiện khắc nghiệt. Cấu hình hệ thống được thiết kế theo cấu hình bộ binh mang vác tiện cơ động, triển khai, thu hồi. Một máy phát ở trung tâm chỉ huy phát lệnh gây nổ cho các máy thu đồng thời hoặc riêng biệt. Kỹ thuật điện tử L. T. Hải, T. N. Lâm, “Một số giải pháp nâng cao độ tin cậy điều khiển nổ vô tuyến.” 268 Hình 1. Mô hình hệ thống. Người đặt lệnh để phát tín hiệu vô tuyến đến các máy thu điều khiển nổ. 2. MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY TRUYỀN DỮ LIỆU ĐIỀU KHIỂN NỔ VÔ TUYẾN 2.1. Giải pháp truyền tin theo format gói tin RS-232 Hình 2. Hệ thống truyền số liệu bản tin UART -RS232. Chuẩn giao tiếp RS232 là một trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi hiện nay để nối ghép các thiết bị ngoại vi với máy tính. Nó là một chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều nhất là hai thiết bị, chiều dài kết nối lớn nhất cho phép để đảm bảo dữ liệu là 12.5m đến 25.4m, tốc độ 20kbit/s đôi khi là tốc độ 115kbit/s với một số thiết bị đặc biệt. 2.2. Giải pháp Mã lặp lại và quy tắc lấy đa số Để tăng xác suất thu đúng một bản tin thì giải pháp truyền nhiều bản tin lặp là n bản tin ở bên phát và ở bên thu xác định thu đúng k bản tin thì xác nhận đã nhận bản tin đúng được phát đi. Việc mã hóa bằng các mã lặp lại có nhược điểm là độ dài từ mã sẽ rất lớn nếu k và n lớn và như vậy sẽ làm giảm tốc độ tuyền tin. Tuy nhiên, việc này lại làm tăng độ tin cậy, do các mã lặp lại có khả năng phát hiện lỗi và sửa lỗi rất tốt. Trong nhiều trường hợp sự tin cậy cần hơn tốc độ. Việc sử dụng các mã chống nhiễu (mã phát hiện lỗi và mã sửa lỗi) làm tăng khoảng cách Hamming cực tiểu của các mã, từ đó làm tăng khả năng phát hiện lỗi và sửa lỗi. 2.3. Giải pháp “Và” Kết hợp khâu giữ chậm và khắc phục quá trình quá độ của hệ thống. Với bất cứ hệ thống ĐKN từ xa bằng vô tuyến hay hữu tuyến nào, ngoài việc đảm bảo cho việc truyền (từ trung tâm) và nhận lệnh (tại điểm thu) được thông suốt (tức là độ tin cậy đường truyền) còn phải bảo đảm việc thu đúng, giải mã đúng và thực hiện Máy phát Đặt lệnh Đổi mã Máy thu 1 Máy thu 2 Máy thu 3 Máy thu n Chuyển đổi số liệu sang digital Chuyển đổi sang bản tin chuẩn Bản tin chuẩn UART -RS232 Các tín hiệu vào Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 9 - 2020 269 lệnh điều khiển một cách chính xác tuyệt đối tránh gây nổ nhầm, nổ sai ý định hoặc cướp nổ. Ở đây, chính là đảm bảo loại bỏ mọi yếu tố mất an toàn trong quá trình thực hiện nhiệm vụ. Khâu trung gian cần chú trọng nhất chính là Kíp nổ, là cơ cấu chấp hành cuối cùng nhận dòng điện kích nổ từ máy thu và kích nổ khối thuốc nổ. Việc nghiên cứu chế tạo cơ cấu an toàn, cơ cấu đốt kíp phải được tiến hành đồng bộ cả thiết bị phát, thu và mạch đốt kíp; phải kết hợp cả cơ khí và điện tử tạo thành một cơ cấu an toàn nhiều lớp. Để tăng độ an toàn của hệ thống, hệ thống điều khiển nổ từ xa để ra quyết định một lệnh cần kết hợp được các yếu tố an toàn sau: Hình 3. Sơ đồ kết hợp các yếu tố an toàn. - Yếu tố nhận lệnh đúng: đúng mã lệnh đã qui ước trước thì cơ cấu Relay nhận lệnh mới hoạt động; - Yếu tố lệnh cho phép của trung tâm điều khiển; - Yếu tố thời gian an toàn: đủ thời gian an toàn sau khi bật máy thu thì cơ cấu Relay an toan mới hoạt động. Lựa chọn sử dụng một Rơ le cơ khí định thời đóng nguồn cấp từ Ắc quy cho các khối chức năng khác, đây được coi là lớp an toàn đầu tiên; - Yếu tố công tắc khóa an toàn cơ khí: Sử dụng nối tiếp các phần tử relay đóng ngắt để trước khi đưa ra quyết định cấp nguồn đốt kíp phải tất cả các yếu tố an toàn. Liên quan đến khâu này là cách thức bố trí, sử dụng các công tắc, chuyển mạch để cấp nguồn cho từng khối chức năng làm việc theo nguyên tắc máy thu chỉ làm việc khi thao tác gắn kết đồ dùng gây nổ với thuốc nổ kết thúc, mọi người tham gia đã vào vị trí ẩn nấp hoặc ra khỏi khu vực (bán kính) nguy hiểm. 2.4. Giải pháp phản hồi hệ thống Có thể nói rằng, máy thu là phần quan trọng nhất liên quan đến nội dung an toàn và đốt kíp của một hệ thống điều khiển gây nổ từ xa. Ngoài các yêu cầu chung đối với hệ thống mà ở đây nằm ở khối thu và khối giải mã trong sơ đồ trên, cần tập trung nghiên cứu kỹ khối an toàn, khối đốt kíp và cơ cấu an toàn cơ khí. Khối an toàn của máy thu được thiết kế là các mạch điện tử: sau khi bật máy thu, trong thời gian an toàn (đặt từ Rơ le định thời) toàn bộ các mạch điện chức năng bị ngắt nguồn nuôi, đầu vào, ra của mạch đốt kíp được khoá xuống đất, hai cực kíp "thả treo". Sau đó, hệ thống vi xử lý MCU được cấp nguồn và bắt đầu chương trình làm việc, cấp các tín hiệu điều khiển ra các khối chức năng khác. Sơ đồ khối của máy thu được trình bày một cách cơ bản như hình dưới đây. Kỹ thuật điện tử L. T. Hải, T. N. Lâm, “Một số giải pháp nâng cao độ tin cậy điều khiển nổ vô tuyến.” 270 Hình 4. Sơ đồ khối máy thu an toàn. Cơ cấu kiểm soát phản hồi hệ thống: Hình 5. Sơ đồ hệ thống có phản hồi. Như đã trình bày ở trên, sử dụng các cảm biến dòng điện để nhận biết đã có dòng đốt kíp chạy qua hay chưa để phản hồi về trung tâm điều khiển. Các cảm biến dòng sử dụng là: ASC12-5ª; MAX 471. Nguyên lý có thể sử dụng hiệu ứng hall để nhận biết. Giải pháp đưa ra là đấu nối tiếp trực tiếp với kíp điện để xác định đã có dòng đốt kíp cấp ra hay chưa. Hình 6. Các sensor cảm biến dòng. Phản hồi cục bộ: Chip vi xử lý MCU ở máy thu điều khiển được cấp nguồn và bắt đầu chương trình làm việc, cấp các tín hiệu điều khiển ra cơ cấu chấp hành. Ngay sau khi ra lệnh để đốt kíp phần mềm kiểm soát sẽ thực hiện kiểm tra xem đã có dòng đốt kíp hay chưa. Nếu chưa có thể lưu lại để kiểm soát dòng điện đốt kíp them ở vòng kiểm soát sau đó. Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 9 - 2020 271 3. THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN HỦY NỔ TỪ XA Hình 7. Mặt máy điều khiển thu phát. Hình 8. Nguyên lý máy thu. Hình 9. Nguyên lý máy phát. Kỹ thuật điện tử L. T. Hải, T. N. Lâm, “Một số giải pháp nâng cao độ tin cậy điều khiển nổ vô tuyến.” 272 4. KẾT LUẬN Hệ thống phá hủy bom, mìn, vật nổ được điều khiển từ xa đa năng bằng các phương thức có dây hoặc vô tuyến với địa hình trên cạn, dưới nước, số lượng kíp được kích nổ đồng thời lớn. Hệ thống còn có khả năng điều khiển việc kích nổ đến từng kíp và kiểm soát từ xa việc kíp đó đã được đốt hay chưa (do đứt dây,...) bằng kỹ thuật giám sát dòng điện đi qua từng kíp khi có lệnh đốt kíp. Được tính toán thiết kế kết hợp cơ khí, điện tử đảm bảo nâng cao độ an toàn lên mức cao nhất, tránh nổ nhầm, cướp nổ trong mọi điều kiện. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. “Hướng dẫn sử dụng ống nổ điện số 8”, nhà máy Z121, 2008. [2]. “Thuyết minh kỹ thuật thiết bị điều khiển nổ từ xa”, Viện Điện tử, 2018. ABSTRACT SOME SOLUTIONS TO IMPROVE RELIABILITY OF RADIO EXPLOSION CONTROL In this paper, the results of the solutions to ensure the safety and reliability in the systems of the destruction of bombs, mines and explosive objects are presented. Solutions to apply modern electronic technology to manufacture a specialized bomb, mine and explosive destruction systems, including multi- function radio control system; information systems for command and administration; a system of surveillance cameras and image storage systems of modern nature, which enables the task of destroying bombs, mines and explosive objects safely and reliably; support the work of command, administration, supervision and training in real conditions in our country today. Solutions on the application of electronic technology, identification of appropriate technical solutions to design and manufacture bomb, mine and explosive destruction systems in service of the destruction of bombs, mines and explosive objects to ensure absolutely the reliability and safety. Keywords: Radio explosion control; Radio data transmission. Nhận bài ngày 18 tháng 4 năm 2020 Hoàn thiện ngày 21 tháng 8 năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 28 tháng 8 năm 2020 Địa chỉ: Viện Điện tử/Viện KH-CNQS; *Email: tranngoclam.vdt@gmail.com.