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2 0 1 1 年1 2 月远程多路遥控起爆器的设计孙琮琮等 2 9 远程多路遥控起爆器的设计‘ 孙琮琮余学军 总装工程兵驻沈阳地区军事代表室 辽宁沈阳，1 1 0 0 0 4 【摘要] 为适应军事技术向信息化、智能化方向发展的趋势，研究设计了一种多路遥控起爆器。论述了系统设 计的总体方案，遥控发射单元、无线接收起爆单元的设计及滚动编解码技术的原理。该系统体积小、质量轻、可靠 性高、有效控制距离范围广、抗干扰能力强。 [ 关键词] 遥控起爆器发射单元接收单元 K e e l o q 滚动编解码 [ 分类号] T P 3 6 8 ．1 T D 2 3 5 ．2 2 引言 遥控起爆器是一种远距离实施爆破作业的点火 器材。随着科学技术的进步，信息技术、电子技术的 迅速发展，为适应军事技术向信息化、智能化发展的 趋势，本文研究设计了一种基于滚动编解码的远程 多路遥控起爆器。主要用于远距离操控地雷场、地 雷群，在破坏道路、隘口、桥梁等重要军事目标、快速 构筑防坦克壕作业中远距离起爆预设装药，是工程 兵、侦察兵以及特种部队随行爆破作业的重要装备， 在部队训练及大型演习中也可以发挥重要的作 用㈨。 1 遥控起爆器系统总体设计方案 该系统主要由遥控发射单元和无线接收起爆单 元组成，遥控发射单元和无线接收起爆单元的无线 遥控距离不小于5 k m ，工作频率在3 5 0 3 7 0 M H z 之 间，分成9 9 个信道，采用频移键控调制方式。每台 发射机可以分别控制1 2 台接收机，接收机可以单点 起爆、共同起爆或通过预先设定按照一定时序组合 起爆。 系统整体结构框图如图l 所示。 图1 系统结构框图 在系统设计中，系统电路一改以往同类产品分 立元器件数量多、可调点多、电路前后级互相关联不 易调整、受温度变业影响大等问题，采用模块化设 计，集成度高，生产难度低，一致性好。 以往同类产品的工作频率比较单一，对在此频 率附近的电波干扰束手无策，遇到干扰就无法正常 使用。本系统采用了锁相环频率合成器作为本机振 荡器，只需要一种频率的固定晶体即可在一定的频 率范围内随意设定工作信道，遇到干扰就可以改变 信道，从而避开干扰。发射和接收均采用了高速微 处理器作为控制核心，时问精度高，误差小，工作可 靠㈣。 2 遥控发射单元的设计与实现 遥控发射单元采用O L E D 点阵显示屏和矩阵橡 胶键盘作为人机交互界面，O L E D 点阵显示屏显示 内容丰富，功耗低，工作温度范围宽，在各种光线条 件下均能清晰分辨显示内容。 矩阵橡胶键盘有夜视背光，使用方便。 发射机单元可以设定工作信道、选择发射功率、 控制接收机单元起爆方式。发射单元电池采用了大 容量高放电率的可充电7 ．2 V 锂电池组，体积小、质 量轻。 发射单元电路原理框图如图2 所示。 缓冲放大吲功率拊动吲功率放大模块矧低通滤波 肚拧振荡器胁爿调制器降刊K e e l o q 编码器 埘I 环顿；簪台成嚣b e 4 微处理器I 。P C 9 3 5 堕型哩型 图2 遥控发射单元原理框图 发射机上电以后，微处理器L P C 9 3 5 通过I C 总 收稿日期2 0 1 1 - 0 7 - 0 5 。 作者简介孙琮琮 1 9 8 1 一 ，男．硕士，工程师，主要从事爆破器材产品的质屋监督和检验工作。E m a i l a e e l 9 8 1 1 1 0 3 y a h o o ．e o m ．c n 万方数据 3 0 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 0 卷第6 期 线将频率参数送人由U M A l 0 1 4 构成的锁相环频率 合成器，控制M A X 2 6 2 0 压控振荡器产生所需振荡信 号。 微处理器L P C 9 3 5 根据键盘输入的指令，经 K e e l o q 滚动码编码器H C S 3 0 1 编码，编码之后的脉 冲信号调制压控振荡器的变容二极管，产生出频偏 4 k H z 的调频信号，经两级2 S C 3 3 5 6 三极管缓冲放 大，送入2 S C 3 3 5 7 三极管组成的功率推动级将振荡 信号放大到5 0 r o W 左右，推动末级功率放大模块 R A 0 7 M 3 3 4 0 M 将调频信号放大到7 w 以上，然后通 过低通滤波网络滤掉高次谐波，经由天线将调制频 率发射出去。 3 无线接收起爆单元的设计与实现 接收单元采用了3 位L E D 数码管显示器，显示 接收机的工作信道、接收机机号、负载的通断情况、 电池剩余电量等信息，此外还可以在实际的遥控距 离上查看环境噪声大小和发射机信号的强度，以判 断接收和发射场地是否符合要求。 接收机上设有2 个按键，通过按键设定确定接 收机的工作信道 必须与所属发射机处在同一信道 上 、接收机机号、时序组合参数、解脱保险时间等 信息。 接收天线采用1 0 c m 橡胶螺旋天线，具备良好 的隐蔽伪装特性。接收单元的供电采用2 节 E R l 4 2 5 0 锂离子电池，待机时间长。 接收单元电路原理框图如图3 所示。 丫甲 呼匦殛圈卤J I l l 匝醉匝蛩爿匦霉弘匦圈锄 l U 微处理器P 。魂堡堡笪型 ] L P C 9 3 5b 盯丽日而蜀 西酉一一一 图3 无线接收起爆单元原理框图 射频信号由天线输入，经过匹配选频滤波电路 送入低噪声高频放大器，高频放大器采用双栅场效 应管3 S K 2 5 5 ，3 S K 2 5 5 噪声系数小 典型1 ．8 d B 、功 率增益大 典型1 8 d B ，非常适合U H F 频段低噪声 小信号放大应用，放大后的射频信号经选频滤波网 络送入混频电路 S A 6 0 1 。 同时，由U M A l 0 1 4 构成锁相环频率合成器，控 制M A X 2 6 2 0 压控振荡器产生所需的本地振荡信号， 经由S A 6 0 1 与输入的射频信号下变频至4 5 M H z 的 第一中频信号，通过窄带4 5 M 双节晶体滤波器滤 波，选出有用信号。 再经过三极管2 5 C 2 0 5 9 缓冲放大，通过阻抗匹 配网络送入调频中频电路 S A 6 0 5 ，S A 6 0 5 完成由 一中放到鉴频输出的全部功能，S A 6 0 5 内部的振荡 器配合外部4 4 ．5 4 5 M H z 晶体产生第二本地振荡信 号，与第一中频信号混频产生4 5 5 k H z 第二中频信 号，经由外部的4 5 5 K 陶瓷滤波器滤波后送入S A 6 0 5 内部的第二中频放大电路，信号放大后再经一只陶 瓷滤波器送人限幅放大器，以获得更大的动态范围。 设计中鉴频没有选用中周式电感线圈，而采用 了体积小巧并且不需要调整的4 5 5 K 陶瓷鉴频器， 限幅器的输出经陶瓷鉴频器和内部的积分检波器解 调出原始调制信号，由S A 6 0 5 第9 脚输出，送入由 M C P 6 0 2 组成的低通滤波和整形电路。 M C P 6 0 2 是低电压轨到轨输入输出双运算放大 器，其中的一只组成巴特沃兹二阶低通滤波器，另一 只作为比较器，将信号整形至脉冲方波，然后送入 K e e l o q 滚动码解码器H C S 5 1 2 ，经解码器输出正确的 指令信号送人L P C 9 3 5 微处理器。 L P C 9 3 5 根据指令产生P W M 脉宽调制信号，控 制外部中功率三极管2 S C 3 0 7 5 和电感组成的升压 电路给钽电解电容充电，由单片机的A ／D 转换获得 电压数据，当电压升到3 5 V 时停止升压，这时再由 单片机控制可控硅导通，接通外部电雷管，完成一次 点火。 4 滚动编解码技术的应用 编解码器是遥控起爆器的心脏，在电子侦察中 编解码技术是决定器材技术性能的关键所在。本设 计中采用了基于K e e l o q 算法的H C S 系列滚动编码 芯片H C S 3 0 1 和解码芯片H C S 5 1 2 。 基于K e e l o q 算法的智能化电脑芯片滚动编解 码技术是目前世界上最先进的智能化电脑芯片滚动 编解码技术，地址码位数可达几十位，编码容量可达 几万亿种，这种编解码技术的特点是用电脑芯片进 行处理，采用随机码与密钥算法自动生成、实时变 化、永不重复的滚动密码，密码可达几万亿种。密码 使用一次即作废，以后永不再用，因而理论上无法破 解，目前世界上尚无破解的办法。 滚动编解码技术的核心是跳码型编解码芯片， 本设计中应用了最新的“位跳码技术，内部自动产 生并可断电保存的安全代码，断电保存时间可达4 0 年，密码不重复组合高达2 6 4 种，编解码器之间独特 的同步跳码算法具有极高的防误码和容错特性，跳 码芯片的密码由“位加密滚动码、2 8 位系列码及 万方数据 2 0 1 1 年1 2 月 远程多路遥控起爆器的设计孙琮琮等 3 1 1 6 位同步码组成，可以组合多达7 ．3 8 1 0 憎组密 码，只有配对的解码器才能准确解出收到的密码，使 用不配对的编、解码器或重复发送解码器曾收到的 密码等均无效。 滚动编码技术的安全性和可靠性极高。采用滚 动编解码技术的遥控起爆器可以有效地防止敌方对 控制信号非法截获、扫描、破解和复制，从而具有极 高的安全性和可靠性。 5 结语 该型遥控起爆器充分优化了遥控发射单元和无 线接收起爆单元的软硬件设计，经测试，发射单元平 均无故障发射次数不小于1 0 0 0 次，接收机连续无故 障工作时问不小于5 0 0h ，且在雷电、工频、射频及同 频信号干扰下不误动，具有体积小、质量轻、可靠性 高、有效控制距离范围广、抗干扰能力强等特点，非 常适合部队作战和训练的使用，除此之外还可广泛 应用于各种无矿尘、无瓦斯矿山、修路等地方爆破工 程中。 参考文献 [ 1 ]段美霞，郭勇，鲁长江．远程多路遥控起爆器的设计与 实现[ J ] ．电子器件，2 0 0 5 ，2 8 2 3 8 7 - 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1 0 5 ． A p p l i c a t i o no fF i b e rO p t i c a lD e t o n a t i o nV e l o c i t yM e t e rI nt h eD e t o n a t i o n V e l o c i t yM e a s u r e m e n to fD e t o n a t i n gC o r d W A N GX i n g h e M e a s u r e m e n t C a l i b r a t i o nC e n t e r ．S h a n x iN o r t hJ i n d o n gC h e m i c a lC o ．，L t d ． S h a n x iY a n g q u a n ，0 4 5 0 0 0 [ A B S T R A C T ] T h i sa r t i c l ed e s c r i b e st h eb a s i cp r i n c i p l e so ff i b e ro p t i c a ld e t o n a t i o nv e l o c i t ym e t e r ．T h ed e t o n a t i o nv e l o c i - t y0 ft h ep l a s t i cd e t o n a t i n gc o r dW a sm e a s u r e db yb o t hf i b e ro p t i c a ld e t o n a t i o nv e l o c i t ym e t e ra n dt h eB S Z 一1d e t o n a t i o nV e - l o c i t ym e t e r 。a n dac o m p a r i s o nW a sm a d e ．T h ef i b e ro p t i c a ld e t o n a t i o nv e l o c i t ym e t e r8 c q I l i r e Sa l lt h ed a t ai n1 0t e s t s ，a n d t h ea v e r a g ev e l o c i t yi s7 0 6 0 ．1 6 m ／s ，w h i l eB S Z 一1d e t o n a t i o nv e l o c i t ym e t e ra c q u i r e sn od a t ai n3t e s t sa n dt h ea v e r a g er e - 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