CN101464674A - 可编程电子雷管控制芯片及其控制流程 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可编程电子雷管控制芯片，包含整流电桥电路、发火控制电路、能量管理模块、通信接口电路、电源管理电路、非易失性存储器、时钟电路、和逻辑控制电路。其中，逻辑控制电路包含可编程延期模块、输入/输出接口、串行通信接口、预定标器、和中央处理器。本发明还提供该芯片的控制流程：初始化可编程延期模块，使发火控制电路处于禁止点火状态；中央处理器读取非易失性存储器中的电子雷管身份代码；初始化预定标器，即向预定标器中写入预设的分频值；中央处理器等待接收外部设备发出的指令，接收到写延期时间指令则执行写延期时间进程，接收到点火指令则执行点火进程。如此就提供了一种可对延期时间进行编程的电子雷管控制芯片。

Description

可编程电子雷管控制芯片及其控制流程

技术领域

本发明涉及火工品制造技术领域，尤其涉及对电子雷管控制芯片的电子延期实现方式的进一步改进。

背景技术

20世纪80年代，日本、澳大利亚、欧洲等发达国家开始研究电子雷管技术。随着电子技术、微电子技术、信息技术的飞速发展，电子雷管技术取得了极大的进步。20世纪90年代末，电子雷管开始被投入应用试验和市场推广。

作为电子雷管的核心部件，电子雷管控制芯片的性能直接影响着电子雷管的性能。专利ZL03156912.9、专利申请文件200820111269.7和200820111270.X中给出的电子雷管控制芯片，实现了电子雷管的双线无极性连接、电子雷管与起爆设备之间的双向通信、内置雷管身份代码、起爆过程可控、电子延期等基本功能，较传统雷管已有了质的飞跃。

专利ZL200420034635.5、ZL98210324.7和ZL200420034634.0中给出的电子雷管，采用在电子延时器内部设定延期时间值的方式替代了传统雷管的化学延期方式，也实现了电子延期功能。然而，上述延期时间值必须在电子延时器封装工序完成前写入其内部，且该延期时间值一旦写入即固定不可变，这就存在着如下缺陷：

1.在进行雷管生产时，必须将雷管的延期时间值和实现该延期时间的电子延时器一一对应，这就使得雷管产品的生产极为不便。

2.仍然保留了传统雷管“段”的概念，即每发雷管的延期时间为一固定值。由于段别的限制，这样的雷管，其段别数量难以满足大规模微差爆破工程的应用需求。

3.由于雷管存在段延期，因此，在布设爆破网路时必须使雷管和爆破孔一一对应，否则会导致爆破过程的失败。因此，这种延期时间为固定值的雷管产品也给爆破施工带来极大不便。

4.在网路化爆破中，需要使用多种延期时间不同的雷管。由于这种雷管的延期时间为固定值，因此在采购时需要根据爆破工程的具体要求选择多种不同延期时间的雷管。同时，为保证爆破过程的顺利完成，采购每种不同延期时间的雷管时还需要保持一定的裕度。这就导致了采购的复杂性和对产品的浪费。

发明内容

本发明的目的在于在现有技术的基础上，对电子雷管控制芯片内部电子延期的实现方式进一步改进，提供一种可在爆破现场对延期时间进行孔内设置的电子雷管控制芯片，旨在完全消除传统雷管“段”的概念，从而使得电子雷管产品的生产、流通和使用更为简单。

具体技术方案如下：

电子雷管控制芯片，包含整流电桥电路、发火控制电路、能量管理模块、通信接口电路、电源管理电路、非易失性存储器、时钟电路、和逻辑控制电路。其中，逻辑控制电路包含可编程延期模块、输入/输出接口、串行通信接口、预定标器、和中央处理器。具体连接关系描述如下：

中央处理器的一端连接电源管理电路的电源输出端，一端接地，一端与可编程延期模块、预定标器连接，并共同连接到时钟电路；中央处理器其余的一端通过内部总线连接到可编程延期模块、输入/输出接口、串行通信接口、和预定标器。可编程延期模块一端连接发火控制电路，一端连接电源管理电路的电源输出端，一端接地，一端连接内部总线，其余一端与中央处理器、预定标器连接，并共同连接到时钟电路。输入/输出接口一端连接能量管理模块，一端连接电源管理电路的电源输出端，一端接地，其余一端连接内部总线。串行通信接口一端连接通信接口电路，一端连接电源管理电路的电源输出端，一端接地，一端连接预定标器，其余一端连接内部总线。预定标器一端连接电源管理电路的电源输出端，一端接地，一端连接串行通信接口，一端连接内部总线，其余一端与中央处理器、可编程延期模块连接，并共同连接到时钟电路。

该技术方案的好处在于：

1.可编程延期模块的引入，解决了现有雷管产品的固定延期问题，体现了电子雷管的可编程性能，这就实现了电子雷管控制芯片、以及电子雷管产品种类的单一性，从而简化了电子雷管生产、流通和使用中的过程控制问题，极大降低了雷管产品的管理难度。

2.通信接口电路与串行通信接口的引入，实现了电子雷管中央处理器与外部控制设备的交互，从而实现了电子雷管的现场可重复编程性能，即，可以在爆破孔内、利用外部起爆设备、根据工程的具体需要，现场设定每个孔内雷管的延期时间。这就大大简化了雷管使用过程中由雷管和孔的强制性对应关系所带来的施工复杂度，也提高了爆破网路设计的灵活性。

上述可编程延期模块优选为一可预置减计数器。中央处理器接收到写延期时间指令中的延期时间数据后，可通过内部总线把该延期时间数据直接写入到可预置计数器的内部，这就降低了对中央处理器中暂存数据的寄存器的数量要求。采用可预置减计数器，则当该减计数器的计数值减至零时，也就表示延期时间到达，因此向该计数器中写入的数据可直接采用写延期时间指令中发送来的延期时间数据而无需做任何变换。反之，若采用可预置加计数器，则需要依据写延期时间指令中发送来的延期时间数据，对写入加计数器中的数据进行计算：依据当计数器的计数值加至全1时，表示延期时间到达的原理，将计数值全1减去写延期时间指令中发送来的延期时间数据，得到写入加计数器的数据。综上所述，采用减计数器使得设计更为简单。

本发明还提供了上述电子雷管控制芯片的控制流程，包含以下步骤：

第一步，初始化可编程延期模块，即中央处理器向可编程延期模块发送控制信号，使可编程延期模块输出一个信号，使得发火控制电路断开，处于禁止点火状态。

第二步，中央处理器读取非易失性存储器中存储的电子雷管身份代码。

第三步，初始化预定标器，即中央处理器向预定标器中写入预设的所述时钟电路的时钟个数，以控制串行通信接口的通信波特率和采样相位。

第四步，中央处理器等待接收电子雷管外部的设备发出的指令：若接收到写延期时间指令，则继续进行第五步；若接收到点火指令，则继续进行第六步。

第五步，执行写延期时间进程。然后返回第四步。

第六步，执行点火进程。然后结束本控制流程。

其中，写延期时间进程按照以下步骤进行：

步骤一，中央处理器依据写延期时间指令中的雷管的身份代码，判断是否对本雷管设定延期时间：若对本雷管设定延期时间，则继续进行步骤二；若不对本雷管设定延期时间，则结束本写延期时间进程。

步骤二，中央处理器将写延期时间指令中的延期时间数据写入可编程延期模块。

步骤三，电子雷管向其外部的设备发送写延期时间完毕信号；然后结束本写延期时间进程。

其中，点火进程按照以下步骤进行：

步骤A，中央处理器向可编程延期模块发送控制信号，启动可编程延期模块。

步骤B，中央处理器等待到达延期时间：若到达延期时间，则继续进行步骤C；若未到达，则继续等待。

步骤C，可编程延期模块向发火控制电路输出信号，使得发火控制电路闭合，处于点火状态。结束本点火进程。

附图说明

图1为本发明电子雷管控制芯片的总体框图；

图2为本发明电子雷管控制芯片的控制流程图；

图3为本发明中写延期时间进程的流程图；

图4为本发明中点火进程的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细说明。

本发明的电子雷管控制芯片200，如图1，包含整流电桥电路201、发火控制电路202、能量管理模块203、通信接口电路204、电源管理电路207、非易失性存储器205、时钟电路206、和逻辑控制电路208。

本电子雷管控制芯片200在专利ZL03156912.9、与专利申请文件200820111270.X、200820111269.7、200810108689.4或200810108688.X的基础上进一步改进，提供更优的电子延期实现方式。

其中，能量管理模块203可由充电电路和安全放电电路构成，与专利申请文件200820111270.X中给出的电子雷管控制芯片技术方案相对应。能量管理模块203也可由充电电路、充电控制电路和安全放电电路构成，与专利申请文件200820111269.7中给出的电子雷管控制芯片技术方案相对应。更优选地，能量控制模块203还可由充电电路、安全放电电路和检测电路构成，与专利申请文件200810108689.4中给出的电子雷管控制芯片技术方案相对应。或者，能量管理模块203也可由充电电路、充电控制电路、安全放电电路和检测电路构成，与专利申请文件200810108688.X中给出的电子雷管控制芯片技术方案相对应。

上述电子雷管控制芯片200中，逻辑控制电路208包含可编程延期模块281、输入/输出接口282、串行通信接口283、预定标器284、和中央处理器285。可编程延期模块281优选取为一可预置减计数器。具体连接关系描述如下：

1.中央处理器285的一端连接电源管理电路207的电源输出端270，由电源管理电路207提供工作所需电源；一端接地；一端与可编程延期模块281、预定标器284连接，并共同连接到时钟电路206，由时钟电路206提供工作所需时钟；中央处理器285其余的一端通过内部总线286连接到可编程延期模块281、输入/输出接口282、串行通信接口283、和预定标器284，中央处理器285即通过该端设定该四个模块的参数或状态，并控制其工作过程。

2.可编程延期模块281一端连接发火控制电路202，一端连接电源管理电路207的电源输出端270，一端接地，一端连接内部总线286，其余一端与中央处理器285、预定标器284连接，并共同连接到时钟电路206。可编程延期模块281用于实现电子雷管的延期时间可编程性能，解决雷管产品的单一性问题。可编程延期模块281的工作电源由电源管理电路207提供，工作时钟(即延期时钟)由时钟电路206提供，延期时间数据由中央处理器285通过内部总线286中的数据总线写入。中央处理器285还通过内部总线286中的控制总线对可编程延期模块281进行控制，包括对其初始状态、启动、停止等的控制。当可编程延期模块281到达计数时间后，即向发火控制电路202输出信号，使发火控制电路202处于点火状态，从而实现雷管的点火。

3.输入/输出接口282一端连接能量管理模块203，一端连接电源管理电路207的电源输出端270，一端接地，其余一端连接内部总线286。输入/输出接口282的工作电源由电源管理电路207提供，其输出给能量管理模块203的状态信号由中央处理器285通过内部总线286中的控制总线写入，其由能量管理模块203输入的状态信号由中央处理器285通过内部总线286中的控制总线读取。

4.串行通信接口283一端连接通信接口电路204，一端连接电源管理电路207的电源输出端270，一端接地，一端连接预定标器284，其余一端连接内部总线286。串行通信接口283用于接收由电子雷管外部的设备发送来的数据信息，其工作电源由电源管理电路207提供。串行通信接口283通过通信接口电路204与电子雷管外部的设备进行数据交互，并通过内部总线286同中央处理器285进行数据交换。

5.预定标器284一端连接电源管理电路207的电源输出端270，一端接地，一端连接串行通信接口283，一端连接内部总线286，其余一端与中央处理器285、可编程延期模块281连接，并共同连接到时钟电路206。预定标器284向串行通信接口283提供接收/发送数据的工作时钟和相位，控制串行通信接口283的通信波特率和采样相位。预定标器284的工作电源由电源管理电路207提供，工作时钟由时钟电路206提供，通信波特率设定数据由中央处理器285通过内部总线286中的数据总线写入，采样相位由中央处理器285通过内部总线286中的控制总线控制。

在本发明电子雷管控制芯片中，可编程延期模块281优选取为一可预置减计数器。

本发明还提供了上述电子雷管控制芯片200的控制流程，如图2，包含以下步骤：

第一步，初始化可编程延期模块281，即中央处理器285通过内部总线286向可编程延期模块281发送控制信号，使可编程延期模块281输出一个信号，使得发火控制电路202断开，处于禁止点火状态。第二步，中央处理器285读取非易失性存储器205中存储的电子雷管身份代码。

第三步，初始化预定标器284，即中央处理器285向预定标器284中写入预设的时钟电路206的时钟个数，以控制串行通信接口283的通信波特率和采样相位。

第四步，中央处理器285等待接收电子雷管外部的设备发出的指令：若接收到写延期时间指令，则继续进行第五步；若接收到点火指令，则继续进行第六步。

第五步，执行写延期时间进程。然后返回第四步。

第六步，执行点火进程。然后结束本控制流程。

其中，写延期时间进程按照以下步骤进行，如图3：

步骤一，中央处理器285依据写延期时间指令中的雷管的身份代码，判断是否对本雷管设定延期时间：若对本雷管设定延期时间，则继续进行步骤二；若不对本雷管设定延期时间，则结束本写延期时间进程。

步骤二，中央处理器285将写延期时间指令中的延期时间数据写入可编程延期模块281。

步骤三，电子雷管向其外部的设备发送写延期时间完毕信号。然后结束本写延期时间进程。

其中，点火进程按照以下步骤进行，如图4：

步骤A，中央处理器285向可编程延期模块281发送控制信号，启动可编程延期模块281。

步骤B，中央处理器285等待到达延期时间：若到达延期时间，则继续进行步骤C；若未到达，则继续等待。

步骤C，可编程延期模块281向发火控制电路202输出信号，使得发火控制电路202闭合，处于点火状态。结束本点火进程。

电子雷管起爆系统采用通信指令的方式，实现对电子雷管工作状态的控制。电子雷管按照上述控制流程，在其外部的设备发送来的指令的控制下工作：电子雷管控制芯片内部的中央处理器经由通信接口电路202、串行通信接口283接收写延期时间指令，即实现了对雷管延期时间的现场可编程性能；接收点火指令，即实现了对可编程延期模块281的控制，从而实现对电子雷管点火过程的控制。

Claims (5)

1.一种可编程电子雷管控制芯片，包含整流电桥电路、发火控制电路、能量管理模块、通信接口电路、电源管理电路、非易失性存储器、时钟电路、和逻辑控制电路，其特征在于：

所述逻辑控制电路包含可编程延期模块、输入/输出接口、串行通信接口、预定标器、和中央处理器，

所述中央处理器的一端连接所述电源管理电路的电源输出端，一端接地，一端与所述可编程延期模块、所述预定标器连接，并共同连接到所述时钟电路；所述中央处理器其余的一端通过内部总线连接到所述可编程延期模块、所述输入/输出接口、所述串行通信接口、和所述预定标器；

所述可编程延期模块一端连接所述发火控制电路，一端连接所述电源管理电路的所述电源输出端，一端接地，一端连接所述内部总线，其余一端与所述中央处理器、所述预定标器连接，并共同连接到所述时钟电路；

所述输入/输出接口一端连接所述能量管理模块，一端连接所述电源管理电路的所述电源输出端，一端接地，其余一端连接所述内部总线；

所述串行通信接口一端连接所述通信接口电路，一端连接所述电源管理电路的所述电源输出端，一端接地，一端连接所述预定标器，其余一端连接所述内部总线；

所述预定标器一端连接所述电源管理电路的所述电源输出端，一端接地，一端连接所述串行通信接口，一端连接所述内部总线，其余一端与所述中央处理器、所述可编程延期模块连接，并共同连接到所述时钟电路。

2.按照权利要求1所述的可编程电子雷管控制芯片，其特征在于：

所述可编程延期模块为一可预置减计数器。

3.一种所述可编程电子雷管控制芯片的控制流程，其特征在于：

第一步，初始化所述可编程延期模块，即所述中央处理器向所述可编程延期模块发送控制信号，使所述可编程延期模块输出一个信号，使得所述发火控制电路断开，处于禁止点火状态；

第二步，所述中央处理器读取所述非易失性存储器中存储的电子雷管身份代码；

第三步，初始化所述预定标器，即所述中央处理器向所述预定标器中写入预设的所述时钟电路的时钟个数，以控制所述串行通信接口的通信波特率和采样相位；

第四步，所述中央处理器等待接收所述电子雷管外部的设备发出的指令：

若接收到写延期时间指令，则继续进行第五步；

若接收到点火指令，则继续进行第六步；

第五步，执行写延期时间进程；然后返回所述第四步；

第六步，执行点火进程；然后结束本控制流程。

4.按照权利要求3所述的控制流程，其特征在于：

所述写延期时间进程是按照以下步骤进行的，

步骤一，所述中央处理器依据所述写延期时间指令中的雷管的身份代码，判断是否对本雷管设定延期时间：若对本雷管设定延期时间，则继续进行步骤二；若不对本雷管设定延期时间，则结束本写延期时间进程；

步骤二，所述中央处理器将所述写延期时间指令中的延期时间数据写入所述可编程延期模块；

步骤三，所述电子雷管向其外部的设备发送写延期时间完毕信号；然后结束本写延期时间进程。

5.按照权利要求3所述的控制流程，其特征在于：

所述点火进程是按照以下步骤进行的，

步骤A，所述中央处理器向所述可编程延期模块发送控制信号，启动所述可编程延期模块；

步骤B，所述中央处理器等待到达延期时间，若到达延期时间，则继续进行步骤C；若未到达，则继续等待；

步骤C，所述可编程延期模块向所述发火控制电路输出信号，使得所述发火控制电路闭合，处于点火状态；结束本点火进程。

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