THIẾT BỊ GHI DỮ LIỆU HÀNH TRÌNH VDR HEADWAY HMT-100A. NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN GHÉP NỐI VỚI CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI

MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN IMO International Marine Organization Tổ chức Hàng Hải Quốc Tế SOLAS International Convention for the Safety of Life and Sea Công ước quốc tế về an

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

VŨ MINH HIẾU

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT BỊ GHI DỮ LIỆU HÀNH TRÌNH VDR

HEADWAY HMT-100A NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN

GHÉP NỐI VỚI CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI

HẢI PHÒNG - 2016

`

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

VŨ MINH HIẾU

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT BỊ GHI DỮ LIỆU HÀNH TRÌNH VDR

HEADWAY HMT-100A NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN

GHÉP NỐI VỚI CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG; MÃ SỐ: D520207

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNGNgười hướng dẫn: Ths Nguyễn Ngọc Sơn

HẢI PHÒNG - 2016

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong bộ môn đã luôn dạy

dỗ, hướng dẫn tận tình cũng như định hướng cho chúng em trong suốt quá trình học tập đến nay

Và đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo - Ths.Nguyễn Ngọc Sơn, và

kỹ sư Nguyễn Văn Công tại công ty TNHH thương mại và dịch vụ kỹ thuật Hàng Hải MTS đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài này

Sinh viên

Vũ Minh Hiếu

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài này là do chính tôi thực hiện, dưới sự hướng dẫn của thầy giáo -Ths.Nguyễn Ngọc Sơn và kỹ sư Nguyễn Văn Công, không trùng với bất cứ đề tài nghiên cứu khoa học nào Những thông tin, số liệu thu thập phục vụ cho đề tài từ nhiều nguồn khác nhau và được ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo Tôi xin chịu mọi trách nhiệm về đề tài nghiên cứu của mình

Sinh viên

Vũ Minh Hiếu

MỤC LỤC

MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN i

DANH MỤC CÁC BẢNG ii

DANH MỤC CÁC HÌNH iii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GHI DỮ LIỆU HÀNH TRÌNH VDR TRÊN TÀU BIỂN 2

1.1.Giới thiệu về thiết bị ghi dữ liệu hành trình VDR 2

1.2.Các quy định liên quan đến việc trang bị S-VDR/VDR trên tàu 2

1.2.1.Theo SOLAS 74/88 sửa đổi, tại quy định 20/ chươngV: 2

1.2.2.Quy định A.816(20) của IMO về tiêu chuẩn lắp đặt hệ thống VDR 2

1.2.3.Quy định MSC.163(78) của IMO về tiêu chuẩn lắp đặt hệ thống S-VDR 3

1.2.4.Quy định MSC.333(90) của IMO về tiêu chuẩn lắp đặt hệ thống VDR 4

1.3.Cấu trúc hệ thống VDR 5

1.3.1.Cấu tạo thiết bị VDR 5

1.3.2.Các thông tin được lưu trữ 6

CHƯƠNG II HỆ THỐNG VDR HEADWAY HMT-100ACÁC CHUẨN GHÉP NỐI TÍN HIỆU 10

2.1.Giới thiệu về hãng Headway 10

2.2.Hệ thống ghi dữ liệu hành trình VDR Headway HMT-100A 10

2.3.Chi tiết các khối chính trong hệ thống VDR Headway HMT-100A và chức năng.12 2.3.1.Main Cabinet Unit (MCU) HMT-101A 12

2.3.2.Remote Alarm Panel (RAP) HMT-105 14

2.3.3.Remote Acquisition Unit (RAU) HMT-102 15

2.3.4 Bridge Microphone Unit (BMU) HMT-103 & Exterior Microphone Unit (EMU) HMT-104 16

2.3.5.Fixed-Protective Data Capsule (PDC) H100A-PDC 17

2.3.6.Fload-Protective Data Capsule (FPDC) H100-FPDC 18

2.4.Các chuẩn ghép nối tín hiệu dùng trong hệ thống VDR 19

2.4.1.NMEA 0183 19

2.4.2.IEC 61162 26

2.4.3.Mạng dữ liệu Ethernet LAN 27

2.4.4.Giao diện kết nối Video 30

2.4.5.Giao diện kết nối Audio 31

2.5.Cấu hình phần mềm hệ thống 32

CHƯƠNG III CƠ CHẾ GHI ĐỌC DỮ LIỆU 36

CẤU TRÚC DỮ LIỆU TRONG HỆ THỐNG VDR HEADWAY HMT-100A 36 3.1.Cơ cấu ghi đọc dữ liệu 36

3.1.1.Cơ cấu ghi dữ liệu 36

3.1.2.Cơ cấu đọc dữ liệu 39

3.2.Cấu trúc dữ liệu trong hệ thống VDR Headway HMT-100A 43

KẾT LUẬN 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

IMO International Marine Organization

Tổ chức Hàng Hải Quốc Tế SOLAS International Convention for the Safety of Life and Sea

Công ước quốc tế về an toàn sinh mạng con người trên biển

Thiết bị ghi dữ liệu hành trình S-VDR Simplified Voyage Data Recorder

Thiết bị ghi dữ liệu hành trình giản thể NMEA National Marine Electronics Association

Tổ chức điện tử Hàng Hải quốc gia IEC International Electrotechnical Commission

Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế

Khối xử lý trung tâm

Khối nguồn cung cấp

Màn hình hiển thị trạng thái, báo động hệ thống

Khối thu thập và xử lý tín hiệu

Khối Microphone trong buồng lái EMU Exterior Microphone Unit

Khối Microphone ngoài mạn tàu PDC Protective Data Capsule

Thiết bị Capsule lưu trữ bảo vệ dữ liệu F-PDC Float- Protective Data Capsule

Thiết bị Capsule lưu trữ bảo vệ dữ liệu trôi nổi tự do

DANH MỤC CÁC BẢNG

2.3.7 Sơ đồ lắp đặt các MIC và hệ thống thiết bị VDR trên

tàu biển

17

2.4.14 Tín hiệu Audio 32

MỞ ĐẦU

Nước Việt Nam ta là một đất nước có đường bờ biển trải dài tới 3260km, vì vậy mà ngành hàng hải luôn được coi là một trong những ngành trọng yếu và ngày một được phát triển mạnh mẽ Tuy nhiên trong những năm gần đây, số lượng cũng như các mẫu mã tàu thuyền được gia tăng đáng kể, đi theo đó là vấn

đề về an toàn hàng hải trên biển Có rất nhiều những vụ tai nạn tàu thuyền xảy ra nhưng không xác định được nguyên nhân, gây thiện hại to lớn về người và của,

và vì vậy việc trang bị một hệ thống giám sát, lưu trữ dữ liệu về cuộc hành trình của một con tàu trên biển là vô cùng cần thiết Hệ thống ghi dữ liệu hành trình VDR (Voyage Data Recorder) là một hệ thống có thể đáp ứng nhu cầu đó Để trợ giúp cho công tác điều tra cũng như rút ra những bài học kinh nghiệm sau này, tổ chức hàng hải quốc tế IMO (International Marine Organization) đã đưa

ra những quy định về trang bị thiết bị ghi dữ liệu hành trình cho tàu biển- VDR (hay còn gọi là Hộp đen)

Với mong muốn nghiên cứu về thiết bị này, em đã đăng ký làm đồ án với

đề tài cụ thể: “Thiết bị ghi dữ liệu hành trình VDR Headway HMT-100A Nghiên cứu các chuẩn ghép nối với các thiết bị ngoại vi”

Nội dung đồ án chia làm 3 chương:

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GHI DỮ LIỆU HÀNH TRÌNH VDR TRÊN TÀU BIỂN

CHƯƠNG II: HỆ THỐNG VDR HEADWAY HMT-100A CÁC CHUẨN GHÉP NỐI TÍN HIỆU

CHƯƠNG III: CƠ CHẾ GHI ĐỌC DỮ LIỆU CẤU TRÚC DỮ LIỆU TRONG HỆ THỐNG VDR HEADWAY HMT-100A

Do kiến thức còn nhiều hạn chế nên đồ án này không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô

Sinh viên

Vũ Minh Hiếu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GHI DỮ LIỆU HÀNH

TRÌNH VDR TRÊN TÀU BIỂN 1.1 Giới thiệu về thiết bị ghi dữ liệu hành trình VDR

Thiết bị VDR (Viết tắt của VOYAGE DATA RECORDER) là hệ thống

tự động ghi dữ liệu hành trình, được yêu cầu trang bị cho các tàu chạy tuyến quốc tế thực hiện theo nghị quyết của IMO (International Marine Organization) Ngoài ra còn có thiết bị S-VDR (Viết tắt của SIMPLIFIED VOYAGE DATA RECORDER) là hệ thống giản thể của VDR

Hệ thống VDR có khả năng duy trì việc lưu trữ các thông tin hàng hải và lệnh điều động của con tàu, như vị trí, di chuyển, các trạng thái vật lý của tàu, các lệnh và điều khiển trên tàu, đặc biệt là những thông tin khi tàu gặp sự cố hay

va chạm, thông tin có thể phục hồi được, nhằm phục vụ cho công tác điều tra Ngoài ra, thông tin lưu trữ cũng có thể phục vụ cho công tác quản lý tàu

1.2 Các quy định liên quan đến việc trang bị S-VDR/VDR trên tàu

1.2.1 Theo SOLAS 74/88 sửa đổi, tại quy định 20/ chươngV:

-Để hỗ trợ cho việc điều tra tai nạn tàu biển, các tàu phải trang bị Thiết bị ghi dữ liệu hành trình VDR khi tham gia hoạt động trên tuyến hải trình quốc tế gồm:

+Những tàu khách được hoàn thành trong hoặc sau 1/7/2002;

+ Những tàu khách ro-ro được hoàn thành trước 1/7/2002, không muộn hơn ngày đăng kiểm đầu tiên trong hoặc sau 1/7/2002;

+Những tàu khách, khác với tàu khách ro-ro, được hoàn thành trước 1/7/2002, không muộn hơn 1/1/2004; và

+ Những loại tàu khác với tàu khách, có tổng trọng tải 3000 trở lên, được hoàn thành trong hoặc trước 1/7/2002

1.2.2 Quy định A.816(20) của IMO về tiêu chuẩn lắp đặt hệ thống VDR

Được thông qua vào 27/11/1997, quy định A.816(20) được IMO đưa ra bao gồm những tiêu chuẩn cho hệ thống VDR lắp đặt trên tàu biển, áp dụng với hệ thống VDR được lắp đặt trên tàu trước ngày 1 tháng 7 năm 2014:

-Hệ thống VDR cần duy trì liên tục việc lưu dữ liệu của các nguồn dữ liệu được chọn trước đó liên quan đến trạng thái và đầu ra của các thiết bị trên tàu,

và các lệnh, các tín hiệu điều khiển tàu

-Phương tiện lưu trữ dữ liệu cần được cài đặt trong khối Capsule bảo vệ dữ liệu, nơi mà có thể đáp ứng được các yêu cầu:

+Có khả năng truy cập dữ liệu sau một vụ tai nạn, nhưng phải đảm bảo độ bảo mật

+Tối đa hóa khả năng sống sót và phục hồi dữ liệu sau bất kỳ sự cố nào +Có màu sắc dễ nhận thấy, được đánh dấu bằng vật liệu retro phản xạ +Được trang bị một thiết bị phù hợp để xác định địa điểm

-Đảm bảo rằng VDR tiếp tục ghi dữ liệu thậm chí khi xảy ra sự cố, có khả năng

sử dụng nguồn sự cố từ hệ thống nguồn nuôi

-Nếu mất nguồn sự cố, VDR phải tiếp tục ghi dữ liệu Microphone buồng lái bằng nguồn dự phòng acquy ít nhất trong 2h Sau 2h việc ghi dữ liệu có thể tự động dừng lại

-Thời gian lưu trữ dữ liệu ít nhất là 12h, sau đó dữ liệu cũ sẽ bị ghi đè bằng

buồng lái, cánh gà), âm thanh liên lạc (thu/phát bằng VHF/DSC), RADAR, hệ thống nhận dạng tự động AIS

1.2.4 Quy định MSC.333(90) của IMO về tiêu chuẩn lắp đặt hệ thống VDR

Vào 22/5/2012, quyết định MSC.333(90) được MSC (Ủy ban an toàn hàng hải) của IMO (Tổ chức hàng hải quốc tế) đưa ra bao gồm những tiêu chuẩn cập nhật cho hệ thống VDR lắp đặt trên tàu biển, từ việc áp dụng những công nghệ

kỹ thuật mới, và những bài học nhận từ những sự cố hàng hải trong quá khứ

Những cập nhật so với phiên bản trước:

+ Hệ thống phải bao gồm thiết bị thử chức năng

+ Thiết bị ghi dữ liệu hệ thống được bổ sung thêm thiết bị ghi dữ liệu trôi

nổi tự do và thiết bị ghi dữ liệu dài hạn

+ Thời gian lưu trữ dữ liệu được tăng lên 30 ngày đối với thiết bi ghi dữ liệu dài hạn, 48 giờ đối với thiết bị ghi dữ liệu cố định và trôi nổi tự do

-Nếu thiết bị VDR được lắp đặt trên tàu vào hoặc sau ngày 1 tháng 7 năm

2014, thì phải thực hiện theo các tiêu chuẩn không thấp hơn tiêu chuẩn nằm trong Nghị quyết MSC.333(90)

-Nếu thiết bị VDR được lắp đặt trên tàu trước ngày 1 tháng 7 năm 2014, thì phải thực hiện theo các tiêu chuẩn không thấp hơn tiêu chuẩn nằm trong Nghị quyết A.861(20), được sửa đổi bởi nghị quyết MSC.214(81)

-Một số yêu cầu được đưa ra trong nghị quyết MSC.333(90):

+Trong hệ thống VDR, những Phương tiện lưu trữ dữ liệu (Final recording medium) bao gồm: Phương tiện lưu trữ dữ liệu cố định (Fixed recording medium), Phương tiện lưu trữ dữ liệu nổi tự do (Float-free recording medium), Phương tiện lưu trữ dữ liệu dài hạn (Long term recording medium)

+Thời gian cho mỗi hoạt động lưu trữ dữ liệu được duy trì ít nhất 30 ngày/720 giờ đối với phương tiện ghi dữ liệu dài hạn, ít nhất 48 giờ đối với phương tiện ghi dữ liệu cố định và ghi dữ liệu nổi tự do

+Dữ liệu được ghi: gồm có Thời gian thực, vị trí tàu (GPS), tốc độ hành trình của tàu, hướng chuyển động theo hướng bắc thật, âm thanh từ micro (trong

buồng lái, cánh gà), âm thanh liên lạc (thu/phát bằng VHF/DSC), RADAR/AIS, ECDIS, thông tin về độ sâu, tình trạng các báo động chính, lệnh bánh lái và hồi đáp, lệnh máy và hồi đáp, trạng thái cửa vỏ/cửa kín nước/cửa chống cháy, tốc độ

và hướng gió, vận động lắc của tàu, nhật ký điện tử trên tàu

1.3 Cấu trúc một hệ thống VDR

Hình 1.3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống VDR

1.3.1 Cấu tạo thiết bị VDR

*Các khối chính trong hệ thống VDR bao gồm:

- Main Cabinet-MCU: Khối xử lý trung tâm Sử dụng để tập hợp dữ liệu từ

thiết bị thông tin và dẫn đường hàng hải

MCU Tín hiệu:

-Lệnh điều động -Thông tin liên lạc (VHF)

-Tín hiệu hình ảnh:

Radar/AIS, ECDIS

Bộ bảo vệ dữ liệu (PDC, FPDC)

PC (download

dữ liệu, service)

Nguồn cung cấp: Nguồn chính, nguồn

sự cố, ắc quy

dự phòng

Khối Microphone

- Power Supply Unit-PSU (Main and Supplimentary Power Supply): Khối

nguồn cung cấp Bao gồm nguồn cung cấp chính cho thiết bị và nguồn sự cố bổ sung khi nguồn chính không hoạt động

- Remote Alarm Panel-RAP: Màn hình hiển thị trạng thái, báo động hệ thống

Có thể báo động qua âm thanh và đèn led

- Microphone Unit-MIC: Khối Micro dùng để thu lệnh Vị trí lắp đặt: Trung

tâm điều khiển, buồng lái, radar chính…

- Protective Data Capsule-PDC: Khối Capsule lưu trữ bảo vệ dữ liệu Bao gồm

Fixed PDC-Capsule cố định, và Float PDC-Capsule trôi nổi tự do

-PC: Máy tính có cài đặt phần mềm quản lý hệ thống, playback dữ liệu

1.3.2 Các thông tin được lưu trữ

1.3.2.1 Date/Time, Ship’s Position: Tín hiệu thời gian thực và tín hiệu vị trí

tàu, cập nhật từ GPS

-Date and time: Tín hiệu thời gian thực

Thời gian thực là ngày và giờ được tham chiếu theo hệ UTC, được cập nhật

từ nguồn bên ngoài tàu như dữ liệu từ thiết bị GPS hay tín hiệu thời gian radio, hay từ đồng hồ trên tàu Dữ liệu thời gian sẽ được lưu vào hệ thống VDR

-Ship’s Position: Tín hiệu về vị trí tàu

Vị trí tàu được xác định qua kinh độ và vĩ độ tàu, nguồn lấy từ thiết bị GPS Dữ liệu vị trí tàu phải liên tục được cập nhật

1.3.2.2 Ship’s Speed: Tín hiệu về tốc độ hành trình tàu, cập nhật từ thiết bị đo

tốc độ tàu Speed Log

Tín hiệu đo được là tốc độ so với mặt nước và tốc độ so với mặt đất chiếu theo kinh tuyến và vĩ tuyến của tàu, được lấy từ máy tốc kế và thiết bị đo khoảng cách lộ trình trang bị trên tàu

1.3.2.3 Ship’s Heading: Tín hiệu về hướng chuyển động tàu (theo hướng bắc

thật), cập nhật từ thiết bị la bàn điện Gyro

La bàn là một trong những thiết bị quan trọng trên những con tàu hành trình trên biển Tín hiệu từ la bàn giúp xác định hướng chuyển động của tàu so

với hướng bắc Trái đất Trên tàu thường được trang bị một la bàn điện, một la bàn từ và hai la bàn phản ảnh ở hai phía mạn tàu

Hướng của tàu dựa trên la bàn sẽ được ghi vào hệ thống VDR

1.3.2.4 Bridge Audio: Tín hiệu âm thanh trong buồng lái và 2 mạn tàu, cập

nhật từ các Microphone

Các Microphone trang bị trên tàu thường được đặt ở các vị trí như: trung tâm điều khiển, buồng lái, radar chính, hệ thống liên lạc (khu vực VTĐ) sẽ được kết nối với hệ thống VDR lưu trữ về lệnh điều động trên tàu, thông báo, đàm thoại một cách đầy đủ, liên tục

1.3.2.5 Communications Audio: Các tín hiệu âm thanh liên lạc (thu/phát)

bằng thiết bị VHF/DSC

VHF là thiết bị vô tuyến được sử dụng liên lạc giữa các đài với nhau, có thể

là giữa tàu-bờ, tàu-tàu Thông tin liên lạc sử dụng thoại, một số thiết bị có tích hợp thêm thiết bị gọi chọn số DSC

Thông tin thoại VHF liên quan đến hoạt động của tàu được ghi trên một kênh riêng, độc lập so với Bridge audio Lưu trữ cả những tín hiệu audio phát đi

và thu về, được cài đặt kết nối trực tiếp với bộ liên lạc VHF

1.3.2.6 Tín hiệu hình ảnh từ màn hình RADAR chính, hoặc từ màn hình thiết

bị AIS

Hệ thống VDR sẽ ghi lại những hình ảnh được hiển thị trên màn hình RADAR trang bị trên tàu, có thể bao gồm các vòng cự ly, các mốc đánh dấu, bản đồ radar, biểu đồ điện tử, kế hoạch, dữ liệu hải trình, các báo động hàng hải

và những dữ liệu về trạng thái RADAR được hiển thị trên màn hình RADAR Phương pháp ghi này giúp lưu được một bản sao thực tế đầy đủ về dữ liệu trên màn hình RADAR vào thời điểm ghi

Khi RADAR được trang bị không có kết nối với VDR, thì tín hiệu từ thiết

bị tự động nhận dạng AIS (Automatic Identification System) sẽ được ghi lại, thay thế cho tín hiệu RADAR

1.3.2.7 Tín hiệu hình ảnh từ màn hình hải đồ điện tử ECDIS

Với tàu được cài đặt hệ thống hải đồ điện tử ECDIS, hệ thống VDR sẽ ghi lại hình ảnh từ màn hình hiển thị ECDIS sử dụng trong chuyến hải trình

1.3.2.8 Tín hiệu về độ sâu vùng biển tại nơi tàu hành trình, cập nhật từ thiết

bị Echo Sounder:

Trong hệ thống VDR, một thiết bị đo sâu sẽ được kết nối với mục đích đo

độ sâu mực nước biển Đây cũng là một trong những thiết bị quan trọng được trang bị trên tàu biển, đặc biệt trong những trường hợp tàu di chuyển tới những nơi có mực nước thấp, hay có bãi đá ngầm…

Thông tin về độ sâu bao gồm vị trí hiện tại của tàu, độ sâu từ ky tàu tới đáy biển, tỷ lệ độ sâu hiện tại được yêu cầu hiển thị và những thông tin trạng thái khác

1.3.2.9 Main Alarm: Các tín hiệu báo động chính

Tín hiệu báo động buồng lái bao gồm trạng thái của tất cả các báo động bắt buộc có trên buồng lái tàu hoặc là được nhận từ hệ thống quản lý báo động trên buồng lái, bao gồm cả báo động bằng ánh sáng và âm thanh

1.3.2.10 Rudder Order/Response: Các tín hiệu phát lệnh lái và phản hồi đáp

ứng lệnh lái từ máy lái tự động Autopilot

Từ hệ thống máy lái tự động, tín hiệu nhận các trạng thái lệnh và phản hồi đáp ứng bánh lái được lưu lại trong hệ thống VDR Cả lệnh và phản hồi từ việc

bẻ góc lái, trạng thái và cài đặt việc điều khiển hành trình tàu cũng được ghi lại

1.3.2.11 Engine Order/Response: Các tín hiệu yêu cầu máy và phản hồi đáp

ứng máy

Tín hiệu bao gồm các vị trí của bất kì điện báo động cơ hoặc các lệnh máy trực tiếp, phản hồi từ buồng lái, các lệnh tiến/lùi, chân vịt

1.3.2.12 Hull Door: Tín hiệu về trạng thái các cửa trên tàu, vỏ tàu

Tín hiệu báo về trạng thái các cửa trên tàu, vỏ tàu phải được hiển thị trên buồng lái, và được lưu vào trong dữ liệu của VDR

1.3.2.13 Acceleration And Hull Stresses: Tín hiệu trạng thái vỏ tàu, hầm

1.3.2.15 Wind Speed And Direction: Tín hiệu tốc độ và hướng gió hiện thời,

cập nhật từ thiết bị đo gió

Với những tàu được trang bị cảm biến này, thì hướng và tốc độ gió sẽ được ghi lại, bao gồm các trạng thái thực và trạng thái liên quan

* Các tín hiệu yêu cầu trên là nằm trong một hệ thống VDR hoàn thiện

Tuy nhiên để chúng có thể kết nối, lưu trữ được vào VDR, các tín hiệu phải được chuẩn hóa, mã hóa theo IEC quy định Trong một hệ thống VDR thực tế gồm có các tín hiệu:

+Audio: tín hiệu Micro, VHF

+Video: hình ảnh RADIO, ECDIS

+NMEA: tín hiệu GPS, Gyro…

+LAN: truyền thông giữa các modul, thiết bị có cổng kết nối (Radar, AIS,

PC, PDC)

+Một số tín hiệu khác không theo chuẩn được gom vào bộ tổng hợp dữ liệu RAU (Remote Acquisition Unit)

CHƯƠNG II HỆ THỐNG VDR HEADWAY HMT-100A

CÁC CHUẨN GHÉP NỐI TÍN HIỆU

2.1 Giới thiệu về hãng Headway

Công ty TNHH công nghệ Headway có trụ sở chính tại Thanh Đảo, Trung Quốc, là một doanh nghiệp chuyên nghiên cứu và phát triển, sản xuất và kinh doanh các thiết bị hàng hải công nghệ cao, cung cấp các dịch vụ hỗ trợ toàn cầu Sản phẩm của công ty bao gồm các thiết bị như VDR (hay còn được gọi là hộp đen), ECDIS (Electronic chart display and information system-Hải đồ điện tử), BNWAS (A Bridge Navigational Watch Alarm System -Hệ thống báo động trực ca hàng hải buồng lái), một loạt các thiết bị bao gồm radar, GPS, la bàn điện…

2.2 Hệ thống ghi dữ liệu hành trình VDR Headway HMT-100A

Hệ thống VDR HMT-100A được thiết kế dựa trên IEC61996-1 ed.2 (Quy định được đưa ra bởi Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế), thỏa mãn quy định mới MSC.333(90) và các yêu cầu kết nối hiện hành

-Cấu trúc hệ thống VDR HMT-100A:

Hình 2.2.1 Cấu trúc các khối chính trong VDR HMT-100A

Hình 2.2.2 Sơ đồ hệ thống VDR Headway

Trong đó:

- Main Cabinet Unit: Khối xử lý trung tâm (1 khối)

- Remote Alarm Panel: Khối báo động, hiển thị trạng thái của hệ thống (1 khối)

- Remote Acquision Unit: Khối tập hợp, xử lý tín hiệu (1 khối)

- Bridge Microphone Unit: Các Micro buồng lái (5 Micro)

- Exterior Microphone Unit: Các Micro bên ngoài (2 Micro)

- Fixed-Protected Data Capsule (APDC): Thiết bị lưu trữ bảo vệ dữ liệu cố định (1 Capsule)

- Float-Protected Data Capsule (FPDC): Thiết bị lưu trữ bảo vệ dữ liệu trôi nổi tự do (1 Capsule)

2.3 Chi tiết các khối chính trong hệ thống VDR Headway HMT-100A và chức năng

2.3.1 Main Cabinet Unit (MCU) HMT-101A

Khối MCU của hệ thống VDR Headway gồm 2 phần: Bo mạch chủ (Main Board) và khối nguồn tích hợp bên trong (Power Supply Unit-PSU)

Khối nguồn cung cấp PSU cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống VDR Có

03 chế độ nguồn, theo các cấp ưu tiên: Chế độ nguồn chính sử dụng nguồn AC110/220V, chế độ nguồn sự cố khi mất nguồn AC sử dụng nguồn DC24V, chế độ dự phòng sử dụng acquy dự phòng (ở chế độ AC & DC acquy dự phòng

sẽ được tự động nạp) Khi mất cả nguồn AC và DC, hệ thống sẽ hoạt động tiếp tục ít nhất trong 02h tiếp theo bằng nguồn dự phòng acquy Hệ thống chỉ khởi động được ở chế độ AC hoặc DC, không khởi động được từ acquy

 Cấu hình hệ thống:

- Nguồn điện áp: AC110/220V (1 cổng), 50/60Hz và DC 24V (1cổng)

- Cổng theo chuẩn IEC61662-1: RS422 (tùy chọn 23 cổng)

- Đầu vào Audio: Microphone (7 cổng), VHF (2 cổng)

- Cổng VGA: RADAR/ECDIS (4 cổng)

- Cổng Ethernet: cổng dữ liệu cho PC (1 cổng), kết nối mạng RADAR/ECDIS (4 cổng)

Hình 2.3.1 Cấu tạo MCU

Hình 2.3.2 Cấu tạo Main Board

Bo mạch chủ của MCU có khả năng cấu hình, thu thập và xử lý tất cả dữ liệu từ các tín hiệu bên ngoài, và sau đó lưu dữ liệu vào trong thiết bị bảo vệ dữ liệu PDC Các kênh dữ liệu đầu vào được thiết kế trong bo mạch chủ bao gồm: +23 cổng theo chuẩn dữ liệu NMEA0183 (IEC61662-1), chuẩn vật lý RS422

+9 cổng theo chuẩn audio, gồm 7 cổng cho tín hiệu Microphone, 2 cổng VHF

+4 cổng VGA kết nối tín hiệu chuẩn Video

+5 cổng Ethernet gồm 1 cổng kết nối PC, 4 cổng cho kết nối Radar/AIS và ECDIS

+2 khe nhớ SD 2x128Gb là bộ nhớ lưu trữ dài hạn

2.3.2 Remote Alarm Panel (RAP) HMT-105

- Điện áp đầu vào: DC24V

- Hiển thị: màn hình LCD

-Tín hiệu kiểm tra và báo động được hiển thị thông qua đèn, nút, và âm thanh

Hình 2.3.3 Giao diện RAP

Thiết bị RAP bao gồm 3 phần: màn hình LCD, đèn LED và các phím chức năng

RAP được cài đặt bên trong buồng lái, có nhiệm vụ hiển thị trạng thái và báo động của VDR thông qua các nút và màn hình LCD, báo động được thể hiện bằng cả đèn và âm thanh

Màn hình LCD thể hiện 2 dòng trạng thái: dòng trên là trạng thái nguồn và

số lượng lỗi, dòng dưới là thông tin lỗi và trạng thái hệ thống

Hình 2.3.4 Màn hình LCD hiển thị

2.3.3 Remote Acquisition Unit (RAU) HMT-102

*Khối thu thập và xử lý tín hiệu RAU

-Điện áp đầu vào: DC24V

-RAU bao gồm: 64 kênh tín hiệu thụ động đầu vào (passive signals), trong

đó có 12 kênh tín hiệu chủ động (active signals) hay thụ động đầu vào, và 8 kênh tín hiệu tương tự đầu vào 4 kênh bao gồm nguồn và đầu ra dùng để kết nối tới MCU Có thể cài đặt theo loại tín hiệu đầu vào khi lắp đặt

Hình 2.3.5 Giao diện bên trong RAU RAU làm nhiệm vụ chuyển đổi các tín hiệu không theo chuẩn gồm tín hiệu analog (0~10V, 4~20mA), digital (on-off) thành dữ liệu theo chuẩn IEC6162-

1 Giao diện này được kết nối tới MCU

Có 64 kênh tín hiệu thụ động (Passive signal) và 12 kênh tín hiệu thụ động/chủ động đầu vào (passive/active signals) Tín hiệu chủ động không cần nguồn nuôi mà có điện áp sẵn, chip xử lý chỉ cần nhận dạng trạng thái “0” hay

“1” => mắc vào cổng thụ động Tín hiệu thụ động thì phải cấp áp cho nó, nghĩa

là đưa tín hiệu nguồn vào => mắc vào cổng chủ động

Có 8 kênh tín hiệu tương tự đầu vào Tín hiệu tương tự được chia thành tín hiệu điện áp -10~10V và tín hiệu dòng hiện hành 4~20mA Tín hiệu điện áp thể hiện sự thay đổi của tín hiệu cảm biến thông qua sự thay đổi điện áp, tín hiệu dòng hiện hành thể hiện dữ liệu thông qua sự thay đổi dòng hiện hành Các kênh

từ A tới D là kết hợp của các tín hiệu điện áp và hiện hành

2.3.4 Bridge Microphone Unit (BMU) HMT-103 & Exterior Microphone Unit (EMU) HMT-104

-Khối Microphone trong buồng lái -Bridge Microphone Unit (5 Micro)

- Khoảng cách an toàn với la bàn từ tính: 30cm

-Khối Microphone ngoài mạn tàu- Exterior Microphone Unit (2 Micro)

- Khoảng cách an toàn với la bàn từ tính: 30cm

-EMU có khả năng kín nước tốt

Hình 2.3.6 Giao diện BMU & EMU

7 Microphone trong hệ thống VDR có nhiệm vụ cung cấp dữ liệu âm thanh, những đoạn hội thoại trong buồng lái và phía ngoài mạn tàu, kết nối tới MCU dưới dạng tín hiệu Audio

Hình 2.3.7 Sơ đồ lắp đặt các MIC và hệ thống thiết bị VDR trên tàu biển

2.3.5 Fixed-Protective Data Capsule (PDC) H100A-PDC

*Khối Capsule lưu trữ bảo vệ dữ liệu cố định:

-Thời gian lưu trữ: 48h

-Dung lượng lưu trữ: 32Gb

-Nguồn cung cấp: 5V-30VDC

-Công suất tiêu thụ: 1.2W

-Chuẩn: IEC61996-1: 2013, IEC60945:2002, MSC333.(90)

-Chịu độ sâu áp lực nước: 20h tại 60MPa (độ sâu 6000m) dưới mực nước biển, 30 ngày ngâm nước

-Khoảng cách an toàn với la bàn từ tính: 35cm

-Fixed-PDF nên được cài đặt trên đầu boong tàu, nơi có khả năng tồn tại cao hơn

Hình 2.3.8 Fixed-PDC Thiết bị có chế độ kích hoạt nhân công và tự động kích hoạt

PDC cùng với FPDC là phần quan trọng nhất trong toàn bộ hệ thống VDR,

có chức năng bảo vệ mọi dữ liệu đa dạng được thu thập từ MCU

2.3.6 Float-Protective Data Capsule (FPDC) H100-FPDC

*Thiết bị Capsule lưu trữ bảo vệ dữ liệu trôi nổi tự do

-Thời gian lưu trữ: 48h

-Dung lượng lưu trữ: 32GB

-Nguồn cung cấp: 5V-30VDC

-Công suất tiêu thụ: 1.2W

-Giao thức truyền thông: 100M Ethernet

-Chuẩn: IEC61996-1: 2013, IEC60945:2002, MSC333.(90)

-Tích hợp bộ định vị GPS, và 1 beacon phát tín hiệu cấp cứu tại tần số 121.5Mhz, 406Mhz Cơ chế giống như một EPIRB, FPDC sẽ phát đi các xung tại tần số cấp cứu để hệ thống tìm kiếm cứu nạn xác định được vị trí của nó -FPDC có khả năng kích hoạt nhân công hoặc kích hoạt tự động Thiết bị

có tích hợp 1 bộ nhả thủy tĩnh, khi thiết bị nằm dưới một mực nước xác định (khoảng 2-4m nước) thì công tắc thủy tĩnh sẽ tự động nhả, phao được phóng ra khỏi giá đỡ, nổi trên mặt nước và tự động phát đi tín hiệu báo động cứu nạn xác định vị trí

-Được phát triển lần đầu vào 3/1983, NMEA0183 đã qua nhiều phiên bản cập nhật và là một trong những chuẩn ghép nối thông dụng nhất được sử dụng trong hảng hải

-Chuẩn NMEA 0183 được thiết kế nhằm hỗ trợ việc truyền dữ liệu một chiều từ một thiết bị Talker tới một hoặc nhiều thiết bị Listener Dữ liệu truyền ở dạng mã ASCII, có thể bao gồm các thông tin như tốc độ, vị trí, độ sâu, phân bổ tần số… Độ dài bản tin thông thường từ 11 tới lớn nhất là 79 ký tự

Chuẩn NMEA0183 quy định về thiết bị Talker/Listener như sau:

+Talker: là thiết bị phát dữ liệu theo mã ASCII và được đóng gói, gửi đi,

tốc độ truyền được quy định và chuẩn hóa theo chuẩn NMEA0183

+Listener: là thiết bị có thể nhận dữ liệu từ một thiết bị khác theo chuẩn

NMEA0183

Nhiều Listener có thể kết nối tới 1 Talker thông qua việc sử dụng bộ lặp

Hình 2.4.1 1 Talker kết nối 2 Listener

2.4.1.1 Truyền dữ liệu:

Thông qua chuẩn NMEA0183, dữ liệu được truyền nối tiếp không đồng bộ:

- Tốc độ Baud 4800/9600/19200/38400 bps

- Bit dữ liệu 8bit (bit d7=0)

- Bit parity None

- Bit stop 1

Mọi dữ liệu truyền đều được thể hiện dưới dạng mã ASCII Và đặc biệt bit D7 luôn có giá trị là 0