CN101586931A - 可校准电子雷管控制芯片及其控制流程 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可校准电子雷管控制芯片，其时钟电路为RC振荡器；其逻辑控制电路除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、和中央处理器外，还包含计数器。计数器一端连接电源管理电路的电源输出端，一端接地，一端通过内部总线连接到中央处理器，其余一端与中央处理器、可编程延期模块和预定标器连接，并共同连接到RC振荡器。本发明还提供了该芯片的控制流程，包括同步学习进程、时钟校准进程、状态回读进程、写延期时间进程、点火进程等子流程的诸实施方案。如此技术方案，就实现了一种既具有较好的抗冲击性能、可集成性、又具有足够的延期时间精度的电子雷管控制芯片，从而实现了高延期时间精度的电子雷管。

Description

可校准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，尤其涉及一种同时具备抗冲击性、可集成性和高延期精度的可校准电子雷管控制芯片及其控制流程。

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。专利申请文件200820111269.7或200820111270.X、以及专利ZL03156912.9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、ZL200420034635.5和ZL200620094002.2中给出的电子雷管实施方式，均采用置于电子延期模块外部的晶体振荡器作为参考时钟。这样的技术方案存在以下缺陷：

1.由于在电子雷管实际爆破应用中，每发雷管的延期时间不尽相同，因此，先爆雷管对未爆雷管会产生爆炸冲击。而由于晶体依靠其机械谐振输出稳定的频率进而产生时钟，因此当将参考时钟电路取为晶体振荡器时，爆破冲击波会对晶体的谐振频率产生影响，从而影响电子雷管的延期精度。严重时，晶体甚至可能被爆炸冲击波损坏，从而使时钟电路停止工作，导致雷管拒爆。

2.晶体振荡器使用的晶体无法集成到电子雷管控制芯片内部，这就增大了电子雷管的体积和成本。

由于晶体振荡器的以上特性，在有冲击波存在的应用场合，必须使用具备抗冲击性能的时钟电路。除此之外，为使电子雷管的体积尽可能小，还需要采用具备可集成性的时钟电路。

发明内容

本发明的目的在于基于上述考虑，对电子雷管控制芯片做进一步设计，以完善其技术方案，旨在实现一种同时具备抗冲击性、可集成性和高延期精度的电子雷管控制芯片，从而提高电子雷管的环境适应性。

本发明在专利申请文件200810211374.2的基础上进一步改进，具体技术方案如下：

一种可校准电子雷管控制芯片，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。时钟电路一端接地，一端连接电源管理电路的电源输出端，其余一端同时连接到中央处理器、可编程延期模块、和预定标器。

尤其是，上述时钟电路取为RC振荡器。并且，上述逻辑控制电路还包含一个计数器。该计数器一端连接电源管理电路的电源输出端，一端接地，一端通过内部总线连接到中央处理器，其余一端与中央处理器、可编程延期模块和预定标器连接，并共同连接到RC振荡器。

该技术方案的好处在于：一方面，利用RC振荡器提高电子雷管控制部件的可集成性；另一方面，利用RC振荡器的抗冲击性能，提高电子雷管整体对冲击环境的适应性。

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：

步骤A1，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。

步骤A2，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。

步骤A3，中央处理器等待接收电子雷管外部的设备发送来的同步学习头：若接收到，则继续进行步骤A4；若未接收到，则继续等待。

步骤A4，中央处理器执行同步学习进程。即，中央处理器依据接收到的同步学习头，调整需写入预定标器的、与预设通信波特率和预设采样相位对应的、RC振荡器的时钟个数。

步骤A5，中央处理器接收电子雷管外部的设备发出的命令字：若接收到时钟校准命令字，则进入时钟校准状态，继续进行步骤A6；若接收到状态回读命令字，则进入状态回读状态，继续进行步骤A7；若接收到写延期时间命令字，则进入写延期时间状态，继续进行步骤A8；若接收到点火命令字，则进入点火状态，继续进行步骤A9。

步骤A6，中央处理器执行时钟校准进程，然后返回步骤A5。

步骤A7，中央处理器执行状态回读进程，然后返回步骤A5。

步骤A8，中央处理器执行写延期时间进程，然后返回步骤A5。

步骤A9，中央处理器执行点火进程。即，首先，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。然后，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；若未到达，则继续等待。最后，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。

步骤A10，结束本控制流程。

该控制流程实现了对电子雷管的时钟校准进程、状态回读进程、写延期时间进程和点火进程的外部在线可控性。具体如下：

其一，电子雷管外部控制设备得以利用自身的精确时钟，采用在线指令进行时钟校准的方式，保障电子雷管的延期精确性。对电子雷管控制芯片进行时钟校准，避免了因RC振荡器的温漂、时漂、参数变化等因素引起的延期精确性问题。

其二，上述外部控制设备利用状态回读进程，实现对电子雷管的时钟校准状态、写延期时间状态等其他状态信息的回读，从而更可靠地控制雷管的工作。

其三，上述外部控制设备利用写延期时间进程，实现对电子雷管的延期时间的在线设定。更进一步地，可根据时钟校准进程执行的结果，即得到的电子雷管的准确时钟信息，在调整延期时间数据后将该数据写入电子雷管。这就提高了电子雷管的使用灵活性。

其四，上述外部控制设备利用点火进程，实现了对电子雷管点火过程的控制，使得点火更加可靠。

在上述控制流程中，其中步骤A4的同步学习进程是按照以下步骤进行的：

步骤B1，中央处理器监测是否接收到电子雷管外部的设备发送来的边沿信号：若接收到，则进行步骤B2；若未接收到，则继续监测。

步骤B2，中央处理器向计数器发送控制信号，启动该计数器。

步骤B3，中央处理器监测是否接收到电子雷管外部的设备发送来的边沿信号：若接收到，则进行步骤B4；若未接收到，则继续监测；

步骤B4，中央处理器读取计数器在此时刻的计数值，并将该计数值保存至中央处理器内部的缓存中。

步骤B5，中央处理器判断接收到的边沿信号的个数是否达到同步学习头的预设个数m的两倍，即判断是否接收到2m个边沿信号：若接收到2m个边沿信号，则进行步骤B6；若未接收到，则返回步骤B3。

步骤B6，中央处理器向计数器发送控制信号，停止该计数器。

步骤B7，中央处理器依据存储在其内部缓存中的诸个计数值，计算串行通信接口应采用的、分别与预设通信波特率和预设采样相位对应的、RC振荡器的时钟个数。

步骤B8，中央处理器将上述时钟个数的值写入预定标器中。

步骤B9，结束本同步学习进程。

该同步学习进程消除了集成的RC振荡器的频率离散性对于电子雷管数据接收可靠性的影响。外部控制设备在向芯片发送指令时，在发送指令命令字前先发送预设个数m个同步学习头。在芯片内部，当接收到同步学习头的边沿信号时，即启动芯片内部的计数器对同步学习头的个数进行计数。然后，由中央处理器计算串行通信接口应采用的、分别与预设通信波特率和预设采样相位对应的、RC振荡器的时钟个数，从而调整电子雷管的数据接收时机和计数间隔。这就能保证引入了RC振荡器的电子雷管控制芯片，即使RC振荡器存在温漂、时漂、参数变化等问题，仍然能够可靠接收电子雷管外部发送来的控制指令。

在上述控制流程中，其中步骤A6中的时钟校准进程的实施方式一可按照以下步骤进行：

步骤C1，中央处理器监测是否接收到电子雷管外部的设备发送来的边沿信号：若接收到，则进行步骤C2；若未接收到，则继续监测。

步骤C2，中央处理器向计数器发送控制信号，启动该计数器。

步骤C3，中央处理器监测是否接收到电子雷管外部的设备发送来的边沿信号：若接收到，则进行步骤C4；若未接收到，则继续监测。

步骤C4，中央处理器读取计数器在此时刻的计数值，并将该计数值保存至中央处理器内部的缓存中。

步骤C5，中央处理器判断接收到的边沿信号的个数是否达到时钟校准指令一中校准脉冲的预设个数n的两倍，即判断是否接收到2n个边沿信号：若接收到2n个边沿信号，则进行步骤C6；若未接收到，则返回步骤C3。

步骤C6，中央处理器向计数器发送控制信号，停止该计数器。

步骤C7，中央处理器依据计数器中的诸个计数值、校准脉冲的预设个数n、以及校准脉冲的预设周期T，计算RC振荡器的时钟频率f。

步骤C8，中央处理器将其内部的时钟校准标志位置为已校准状态。

步骤C9，结束本时钟校准进程。

上述时钟校准进程中，外部控制设备向爆破网路中的所有电子雷管发送时钟校准指令一，该指令为一全局指令。该指令除依次包括前面所述的同步学习头和时钟校准命令字之外，紧跟其后的还有一段预设周期和个数的校准脉冲序列。外部控制设备利用其自身稳定精确的时钟源，发送该校准脉冲序列，供芯片内部的计数器对其进行分段计数。芯片内部的中央处理器依据计数值、校准脉冲的预设个数n、以及校准脉冲的预设周期T，计算芯片自身的RC振荡器的时钟频率f，并将结果存储在芯片内部。由于RC振荡器的温漂、时漂、参数变化等问题会导致爆破网路中各电子雷管控制芯片的时钟频率存在个体差异，因此，采用统一的、稳定精确的外部控制设备的时钟源对芯片的时钟进行校准，就能消除个体差异的存在对爆破网路延期精度的影响。

与以上时钟校准进程实施方式一相应地，在上述控制流程中，其中步骤A7中的状态回读进程按照以下步骤进行：

步骤E1，中央处理器依据状态回读指令中的雷管的身份代码，判断是否对本雷管进行状态回读：若状态回读指令中雷管的身份代码与步骤A2中读取出的身份代码相符，则进行步骤E2；若不相符，则进行步骤E3。

步骤E2，中央处理器向电子雷管外部的设备发送本雷管的状态信息。

步骤E3，结束本状态回读进程。

上述状态回读进程中，外部控制设备向爆破网路中的某一电子雷管发送状态回读指令，该指令为针对该电子雷管的单个指令。该指令除依次包括前面所述的同步学习头和状态回读命令字之外，紧跟其后的是对应的电子雷管的身份代码。该进程的设计实现了外部控制设备对电子雷管状态的获取，从而使得设备能更可靠地控制雷管的工作。

与以上时钟校准进程实施方式一相应地，在上述控制流程中，其中步骤A8中的写延期时间进程按照以下步骤进行：

步骤F1，中央处理器依据写延期时间指令中的雷管的身份代码，判断是否对本雷管写延期时间；若写延期时间指令中雷管的身份代码与步骤A2中读取出的身份代码相符，则继续进行步骤F2；若不相符，则结束本写延期时间进程。

步骤F2，执行延期时间数据调整进程，得到调整后的延期时间数据。

步骤F3，中央处理器将该延期时间数据写入到可编程延期模块。

步骤F4，中央处理器向电子雷管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。

上述写延期时间进程中，外部控制设备向爆破网路中的某一电子雷管发送写延期时间指令，该指令为针对该电子雷管的单个指令。该指令除依次包括前面所述的同步学习头和写延期时间命令字之外，紧跟其后的是对应的电子雷管的身份代码及其延期时间数据。中央处理器接收到外部控制设备发送来的延期时间数据后，首先依据时钟校准进程执行的结果，即计算出的本雷管的时钟频率f，执行延期时间数据调整进程，计算出新的延期时间数据；然后将这个调整后的延期时间数据写入到可编程延期模块中。这就实现了对电子雷管的延期时间的在线设定，从而提高了电子雷管的使用灵活性。并且，采用经时钟校准进程计算出的时钟频率f对外部控制设备发送来的延期时间数据进行调整后再写入可编程延期模块，也保证了电子雷管的延期精度。

在上述控制流程中，其中步骤A6中的时钟校准进程的实施方式二还可按照以下步骤进行：

步骤D1，中央处理器依据时钟校准指令二中的雷管的身份代码，判断是否对本雷管进行时钟校准：若时钟校准指令二中雷管的身份代码与步骤A2中读取出的身份代码相符，则进行步骤D2；若不相符，则执行步骤D14。

步骤D2，中央处理器向计数器中写入校准脉冲高电平宽度的预设计数值u。

步骤D3，中央处理器通过串行通信接口向通信接口电路发送控制信号，使之在芯片外部的信号总线上消耗的电流增大。

步骤D4，中央处理器向计数器发送控制信号，启动计数器。

步骤D5，中央处理器监测是否到达预设计数值u：若到达，则进行步骤D6；若未到达，则继续监测等待到达。

步骤D6，中央处理器向计数器发送控制信号，停止计数器。

步骤D7，中央处理器向计数器中写入校准脉冲低电平宽度的预设计数值v。

步骤D8，中央处理器通过串行通信接口向通信接口电路发送控制信号，使之在芯片外部的信号总线上消耗的电流减小。

步骤D9，中央处理器向计数器发送控制信号，启动计数器。

步骤D10，中央处理器监测是否到达预设计数值v：若到达，则进行步骤D11；若未到达，则继续监测等待到达。

步骤D11，中央处理器向计数器发送控制信号，停止计数器。

步骤D12，将预设校准脉冲周期数S的值减1，作为新的S的值，即，S＝S-1。

步骤D13，判断S的值是否为0：若为0，则进行步骤D14；若不为0，则返回步骤D2。

步骤D14，结束本时钟校准进程。

上述时钟校准进程中，外部控制设备向爆破网路中的某一电子雷管发送时钟校准指令二，该指令为针对该电子雷管的单个指令。该指令除依次包括前面所述的同步学习头和时钟校准命令字之外，紧跟其后的是对应的电子雷管的身份代码。该雷管接收到时钟校准指令二后，便按照预设校准脉冲的高低电平宽度和预设校准脉冲周期数，向外部控制设备发送校准脉冲。外部控制设备接收到该校准脉冲后，即计算该雷管的时钟频率，并依据该时钟频率调整写入该雷管的延期时间数据。这就实现了对RC振荡器的在线校准。这种时钟校准进程的实施方式二与实施方式一相比，一方面，中央处理器不需要具备复杂的计算功能，从而简化了芯片的逻辑设计；另一方面，由于对延期时间的调整过程在外部控制设备中进行，因此，可根据爆破工程的实际应用需求灵活调整雷管的延期精度，这也提高了电子雷管在不同延期精度要求下的适应能力。

与以上时钟校准进程的实施方式二相应地，在上述控制流程中，其中步骤A8中的写延期时间进程按照以下步骤进行：

步骤G1，中央处理器依据写延期时间指令中的雷管的身份代码，判断是否对本雷管写延期时间；若写延期时间指令中雷管的身份代码与步骤A2中读取出的身份代码相符，则继续进行步骤G2；若不相符，则结束本写延期时间进程。

步骤G2，中央处理器将该延期时间数据写入到可编程延期模块。

步骤G3，中央处理器向电子雷管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。

与以上时钟校准进程的实施方式二相应地，由于对延期时间数据的调整过程在外部控制设备中进行，因此，对于芯片而言，只需直接将写延期时间指令中的延期时间数据写入可编程模块中即可。这样就无需在芯片的中央处理器中设计算术逻辑运算单元，大大简化了芯片的设计。

在前述时钟校准进程实施方式二中，一种优选方案为校准脉冲低电平宽度的预设计数值v大于高电平宽度的预设计数值u。其优点在于：

1.由于电子雷管以电流消耗的方式向外部控制设备发送数据，而发送校准脉冲高电平时，消耗电流增大，从而需要消耗外部控制设备中更多的能量。因此，减小高电平的宽度可以减小在时钟校准时对外部控制设备的能量消耗。

2.在发送校准脉冲高电平时，电子雷管控制芯片中整流电桥电路的输入端处于短路状态。此时，不仅停止了向电子雷管控制芯片外部储能装置的充电，而且芯片内部的数字逻辑电路工作还要消耗储能装置中的能量。而当发送校准脉冲低电平时，整流电桥电路的输入端处于开路状态，此时对芯片外部的储能装置能持续充电。因此，减小校准脉冲高电平宽度u、增大校准脉冲低电平宽度v，在发送校准脉冲时，既能减少对储能装置中能量的消耗，又能增加对储能装置中能量的补充时间，这就提高了电子雷管控制芯片的工作可靠性，减少了爆破网路总线的电流噪声，提高了爆破网络的稳定性。

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为本发明中同步学习进程的流程图；

图4为本发明中时钟校准进程实施方式一的流程图；

图5为本发明中时钟校准进程实施方式二的流程图；

图6为本发明中状态回读进程的流程图；

图7为本发明中写延期时间进程实施方式一的流程图；

图8为本发明中写延期时间进程实施方式二的流程图；

图9为本发明中时钟校准指令一的构成示意图；

图10为本发明中单个指令的构成示意图；

图11为本发明中写延期时间指令的构成示意图；

图12为本发明中芯片发送校准脉冲时逻辑控制电路向通信接口电路输出的电流波形示意图；

图13为本发明中芯片发送校准脉冲时通信接口电路向信号总线输出的电压波形示意图；

图14为本发明中RC振荡器输出的时钟脉冲的示意图。

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做进一步详细说明。

本发明在专利申请文件200810211374.2的基础上进一步改进，给出了一种可校准电子雷管控制芯片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、和逻辑控制电路208。其中，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。时钟电路一端接地，一端连接电源管理电路207的电源输出端270，其余一端同时连接到中央处理器285、可编程延期模块281、和预定标器284。

尤其是，上述时钟电路取为RC振荡器206，用于提高电子雷管控制芯片200的抗冲击性能。并且，上述逻辑控制电路208还包含一个计数器287。该计数器287一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供电；一端接地；一端通过内部总线286连接到中央处理器285，由中央处理器285控制其工作过程，并读取计数器287中的计数值；其余一端与中央处理器285、可编程延期模块281和预定标器284连接，并共同连接到RC振荡器206，由RC振荡器206提供工作所需时钟信号。

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：

步骤A1，初始化可编程延期模块281。即，中央处理器285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。

步骤A2，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。

步骤A3，中央处理器285等待接收电子雷管外部的设备发送来的同步学习头：若接收到，则继续进行步骤A4；若未接收到，则继续等待。

步骤A4，中央处理器285执行同步学习进程。即，中央处理器285依据接收到的同步学习头，调整需写入预定标器284的、与预设通信波特率和预设采样相位对应的、RC振荡器206的时钟个数。

步骤A5，中央处理器285接收电子雷管外部的设备发出的命令字：若接收到时钟校准命令字，则进入时钟校准状态，继续进行步骤A6；若接收到状态回读命令字，则进入状态回读状态，继续进行步骤A7；若接收到写延期时间命令字，则进入写延期时间状态，继续进行步骤A8；若接收到点火命令字，则进入点火状态，继续进行步骤A9。

步骤A6，中央处理器285执行时钟校准进程，即，通过对校准脉冲的计数，获得RC振荡器206的时钟频率，从而实现对RC振荡器206的时钟频率进行在线校准，然后返回步骤A5。

步骤A7，中央处理器285执行状态回读进程，即，向外部控制设备返回电子雷管当前的状态信息，以便设备进行判断并处理，然后返回步骤A5。

步骤A8，中央处理器285执行写延期时间进程，即，将电子雷管的延期时间数据写入到可编程延期模块281中，然后返回步骤A5。

步骤A9，中央处理器285执行点火进程。即，首先，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。然后，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；若未到达，则继续等待。最后，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。

步骤A10，结束本控制流程。

在上述控制流程中，其中步骤A4的同步学习进程是按照以下步骤进行的，如图3：

步骤B1，中央处理器285监测是否接收到电子雷管外部的设备发送来的边沿信号：若接收到，则进行步骤B2；若未接收到，则继续监测。

步骤B2，中央处理器285向计数器287发送控制信号，启动该计数器287。

步骤B3，中央处理器285监测是否接收到电子雷管外部的设备发送来的边沿信号：若接收到，则进行步骤B4；若未接收到，则继续监测；

步骤B4，中央处理器285读取计数器287在此时刻的计数值，并将该计数值保存至中央处理器285内部的缓存中。

步骤B5，中央处理器285判断接收到的边沿信号的个数是否达到同步学习头的预设个数m的两倍，即判断是否接收到2m个边沿信号：若接收到2m个边沿信号，则进行步骤B6；若未接收到，则返回步骤B3。

步骤B6，中央处理器285向计数器287发送控制信号，停止该计数器287。

步骤B7，中央处理器285依据存储在其内部缓存中的诸个计数值，计算串行通信接口283应采用的、分别与预设通信波特率和预设采样相位对应的、RC振荡器206的时钟个数。

步骤B8，中央处理器285将上述时钟个数的值写入预定标器284中。

步骤B9，结束本同步学习进程。

图3所示同步学习进程消除了集成的RC振荡器206的频率离散性对于电子雷管数据接收可靠性的影响。外部控制设备在向芯片200发送指令时，在发送指令命令字前先发送预设个数m个同步学习头，参见图9和图10。在芯片200内部，当接收到同步学习头的边沿信号时，即启动芯片200内部的计数器287对同步学习头的个数进行计数：由于每个同步学习头都有一个上升边沿和一个下降边沿，因此，当接收到2m个边沿信号时，就接收到了m个同步学习头。然后，由中央处理器285计算串行通信接口283应采用的、分别与芯片200内置的预设通信波特率和预设采样相位对应的、RC振荡器206的时钟个数，从而调整电子雷管的数据接收时机和计数间隔。这就能保证引入了RC振荡器206的电子雷管控制芯片200，即使RC振荡器206存在温漂、时漂、参数变化等问题，仍然能够可靠接收电子雷管外部发送来的控制指令。

在上述控制流程中，其中步骤A6中的时钟校准进程的实施方式一可按照以下步骤进行，如图4：

步骤C1，中央处理器285监测是否接收到电子雷管外部的设备发送来的边沿信号：若接收到，则进行步骤C2；若未接收到，则继续监测。

步骤C2，中央处理器285向计数器287发送控制信号，启动该计数器287。

步骤C3，中央处理器285监测是否接收到电子雷管外部的设备发送来的边沿信号：若接收到，则进行步骤C4；若未接收到，则继续监测。

步骤C4，中央处理器285读取计数器287在此时刻的计数值，并将该计数值保存至中央处理器285内部的缓存中。

步骤C5，中央处理器285判断接收到的边沿信号的个数是否达到时钟校准指令中校准脉冲的预设个数n的两倍，即判断是否接收到2n个边沿信号：若接收到2n个边沿信号，则进行步骤C6；若未接收到，则返回步骤C3。

步骤C6，中央处理器285向计数器287发送控制信号，停止该计数器287。

步骤C7，中央处理器285依据计数器287中的计数值N、校准脉冲的预设个数n、以及校准脉冲的预设周期T，计算RC振荡器206的时钟频率f。

步骤C8，中央处理器285将其内部的时钟校准标志位置为已校准状态。

步骤C9，结束本时钟校准进程。

图4所示时钟校准进程中，外部控制设备向爆破网路中的所有电子雷管发送时钟校准指令一，该指令为针对爆破网路中所有雷管的全局指令。该指令除依次包括前面所述的同步学习头和时钟校准命令字之外，紧跟其后的还有一段预设个数n个、预设周期为T的校准脉冲，如图9。外部控制设备利用其自身稳定精确的时钟源，发送该校准脉冲，供芯片200内部的计数器287对该校准脉冲进行分段计数。芯片200内部的中央处理器285依据其缓存中保存的诸个计数值、预设个数n、以及预设周期T，计算芯片200自身的RC振荡器206的时钟频率f，参见图14，并将结果存储在芯片200内部。计算原理如下：

校准脉冲所表达的时间n’×T(n’＝1，2，3，...n)在芯片200内部的时钟个数的计数值N，与RC振荡器206的时钟周期1/f成反比，即与RC振荡器206的时钟频率f成正比，于是有n’×T＝N/f，因此：f＝N/(n’×T)。其中，对中央处理器285内部缓存中存储的诸个计数值N的取用，应与计算时采用的校准脉冲的周期数n’的值相对应。以图9中第一个周期的校准脉冲为例，当接收到边沿信号1时，计数器287启动；当接收到边沿信号2时，读取此时刻的计数值N₁并保存；当接收到边沿信号3时，读取此时刻的计数值N₂并保存，至此完成第一个周期校准脉冲的接收和计数。在计算时钟频率f时，周期数n’应取为1，计数值N应取为N₂。依此类推。在实际计算时，为提高计算出的时钟频率f的精度，可分段计算出若干个时钟频率f的值取平均数。分段方法可采用间隔若干个周期计算一个时钟频率f的方法，或者基于这一原理的其他方法。

与图4所示时钟校准进程相应地，在上述控制流程中，其中步骤A7中的状态回读进程按照以下步骤进行，如图6：

步骤E1，中央处理器285依据状态回读指令中的雷管的身份代码，判断是否对本雷管进行状态回读：若状态回读指令中雷管的身份代码与步骤A2中读取出的身份代码相符，则进行步骤E2；若不相符，则进行步骤E3。

步骤E2，中央处理器285向电子雷管外部的设备发送本雷管的状态信息。

步骤E3，结束本状态回读进程。

在图6所示状态回读进程中，外部控制设备向爆破网路中的某一指定电子雷管发送状态回读指令，该指令为针对该雷管的单个指令。该指令除依次包括前面所述的同步学习头和状态回读命令字之外，紧跟其后的是对应的电子雷管的身份代码，参见图10。电子雷管接收到该指令后，即判断指令中的身份代码与自身的身份代码是否吻合：若吻合，则向外部控制设备返回自身的状态信息，包括是否已校准、是否已写延期等信息，以供设备更可靠地控制雷管的工作；若不吻合，则视为并非需获取本雷管的状态信息，不执行任何操作。

与图4所示时钟校准进程和图6所示状态回读进程相应地，在上述控制流程中，其中步骤A8中的写延期时间进程按照以下步骤进行，如图7：

步骤F1，中央处理器285依据写延期时间指令中的雷管的身份代码，判断是否对本雷管写延期时间；若写延期时间指令中雷管的身份代码与步骤A2中读取出的身份代码相符，则继续进行步骤F2；若不相符，则结束本写延期时间进程。

步骤F2，执行延期时间数据调整进程，得到调整后的延期时间数据。

步骤F3，中央处理器285将该延期时间数据写入到可编程延期模块281。

步骤F4，中央处理器285向电子雷管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。

在图7所示的写延期时间进程中，外部控制设备向爆破网路中的某一指定电子雷管发送写延期时间指令，该指令为针对该雷管的单个指令。该指令除依次包括前面所述的同步学习头和写延期时间命令字之外，紧跟其后的是对应的电子雷管的身份代码及其延期时间数据，如图11。中央处理器285接收到外部控制设备发送来的延期时间数据后，首先依据时钟校准进程执行的结果，即计算出的本雷管的时钟频率f，进行延期时间数据调整，计算出新的延期时间数据。然后将这个调整后的延期时间数据写入到可编程延期模块281中。

延期时间数据调整依据以下原理进行：由于写延期时间指令中的延期时间数据w₀是依据预设时钟频率(记为f₀)计算的，其表达的时间值为w₀/f₀；则依据经时钟校准进程计算出的时钟频率f计算出的写入可编程延期模块281的延期时间数据w应满足：w₀/f₀＝w/f。因此，依据下式得到调整后的延期时间数据w：w＝w₀×f/f₀。

在上述控制流程中，其中步骤A6中的时钟校准进程的实施方式二还可按照以下步骤进行，如图5：

步骤D1，中央处理器285依据时钟校准指令中的雷管的身份代码，判断是否对本雷管进行时钟校准：若时钟校准指令中雷管的身份代码与步骤A2中读取出的身份代码相符，则进行步骤D2；若不相符，则执行步骤D14。

步骤D2，中央处理器285向计数器287中写入校准脉冲高电平宽度的预设计数值u。

步骤D3，中央处理器285通过串行通信接口283向通信接口电路204发送控制信号，使之在芯片200外部的信号总线500上消耗的电流增大。

步骤D4，中央处理器285向计数器287发送控制信号，启动计数器287。

步骤D5，中央处理器285监测是否到达预设计数值u：若到达，则进行步骤D6；若未到达，则继续监测等待到达。

步骤D6，中央处理器285向计数器287发送控制信号，停止计数器287。

步骤D7，中央处理器285向计数器287中写入校准脉冲低电平宽度的预设计数值v。

步骤D8，中央处理器285通过串行通信接口283向通信接口电路204发送控制信号，使之在芯片200外部的信号总线500上消耗的电流减小。

步骤D9，中央处理器285向计数器287发送控制信号，启动计数器287。

步骤D10，中央处理器285监测是否到达预设计数值v：若到达，则进行步骤D11；若未到达，则继续监测等待到达。

步骤D11，中央处理器285向计数器287发送控制信号，停止计数器287。

步骤D12，将预设校准脉冲周期数S的值减1，作为新的S的值，即，S＝S-1。

步骤D13，判断S的值是否为0：若为0，则进行步骤D14；若不为0，则返回步骤D2。

步骤D14，结束本时钟校准进程。

在图5所示时钟校准进程实施方式二中，其优选方案为校准脉冲低电平宽度的预设计数值v大于高电平宽度的预设计数值u，如图12和13。由于电子雷管以电流消耗的方式向外部控制设备发送数据，而发送校准脉冲高电平时，消耗电流增大，从而需要消耗外部控制设备中更多的能量。因此，减小高电平的宽度可以减小在时钟校准时对外部控制设备的能量消耗。此外，在发送校准脉冲高电平时，电子雷管控制芯片200中整流电桥电路201的输入端处于短路状态。此时，不仅停止了向电子雷管控制芯片200外部储能装置的充电过程，而且芯片200内部的数字逻辑电路工作还要消耗储能装置中的能量。而当发送校准脉冲低电平时，整流电桥电路201的输入端处于开路状态，此时对芯片200外部的储能装置能持续充电。因此，减小校准脉冲高电平宽度u、增大校准脉冲低电平度v，在发送校准脉冲时，既能减少对储能装置中能量的消耗，又能增加对储能装置中能量的补充时间，这就提高了电子雷管控制芯片200的工作可靠性，减少了爆破网路总线的电流噪声，提高了爆破网络的稳定性。

在图5所示时钟校准进程中，外部控制设备向爆破网路中某一指定电子雷管发送时钟校准指令二，该指令为针对该雷管的单个指令。该指令除依次包括前面所述的同步学习头和时钟校准命令字之外，紧跟其后的是对应的电子雷管的身份代码，参见图10。该雷管接收到时钟校准指令二后，便按照预设高低电平宽度和预设校准脉冲周期数，向外部控制设备发送校准脉冲。外部控制设备接收到该校准脉冲后，即计算该雷管的时钟频率。接着，外部控制设备可以立即依据该时钟频率调整写入该雷管的延期时间数据，或者也可以将该时钟频率的值保存，待需向该雷管写延期时间时再进行延期时间数据的调整。

与图5所示时钟校准进程相应地，在上述控制流程中，其中步骤A8中的写延期时间进程按照以下步骤进行，如图8：

步骤G1，中央处理器285依据写延期时间指令中的雷管的身份代码，判断是否对本雷管写延期时间；若写延期时间指令中雷管的身份代码与步骤A2中读取出的身份代码相符，则继续进行步骤G2；若不相符，则结束本写延期时间进程。

步骤G2，中央处理器285将该延期时间数据写入到可编程延期模块281。

步骤G3，中央处理器285向电子雷管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。

与图5所示时钟校准进程的实施方式二相应地，由于对写延期时间的调整过程在外部控制设备中进行，因此，对于电子雷管控制芯片200而言，只需直接将写延期时间指令中的写延期数据写入可编程模块中即可。这样就无需在芯片200的中央处理器285中设计算术逻辑运算单元，大大简化了芯片200的设计。

Claims (9)

1.一种可校准电子雷管控制芯片，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，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，

其中，所述时钟电路一端接地，一端连接所述电源管理电路的电源输出端，其余一端同时连接到所述中央处理器、所述可编程延期模块、和所述预定标器，

其特征在于：

所述时钟电路为RC振荡器；并且，

所述逻辑控制电路还包含一个计数器；所述计数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，一端通过内部总线连接到所述中央处理器，其余一端与所述中央处理器、所述可编程延期模块和所述预定标器连接，并共同连接到所述RC振荡器。

2.一种所述电子雷管控制芯片的控制流程，其特征在于：

步骤A1，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；

步骤A2，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；

步骤A3，所述中央处理器等待接收所述电子雷管外部的设备发送来的同步学习头：若接收到，则继续进行步骤A4；若未接收到，则继续等待；

步骤A4，所述中央处理器执行同步学习进程，即，所述中央处理器依据接收到的所述同步学习头，调整需写入所述预定标器的、与预设通信波特率和预设采样相位对应的、所述RC振荡器的时钟个数；

步骤A5，所述中央处理器接收所述电子雷管外部的设备发出的命令字：

若接收到时钟校准命令字，则进入时钟校准状态，继续进行步骤A6；

若接收到状态回读命令字，则进入状态回读状态，继续进行步骤A7；

若接收到写延期时间命令字，则进入写延期时间状态，继续进行步骤A8；

若接收到点火命令字，则进入点火状态，继续进行步骤A9；

步骤A6，所述中央处理器执行时钟校准进程；然后返回所述步骤A5；

步骤A7，所述中央处理器执行状态回读进程；然后返回所述步骤A5；

步骤A8，所述中央处理器执行写延期时间进程；然后返回所述步骤A5；

步骤A9，所述中央处理器执行点火进程，即，

首先，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；

然后，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；若未到达，则继续等待；

最后，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；

步骤A10，结束本控制流程。

3.按照权利要求2所述的控制流程，其特征在于：

所述步骤A4按照以下步骤进行，

步骤B 1，所述中央处理器监测是否接收到所述电子雷管外部的设备发送来的边沿信号：若接收到，则进行步骤B2；若未接收到，则继续监测；

步骤B2，所述中央处理器向所述计数器发送控制信号，启动该计数器；

步骤B3，所述中央处理器监测是否接收到所述电子雷管外部的设备发送来的边沿信号：若接收到，则进行步骤B4；若未接收到，则继续监测；

步骤B4，所述中央处理器读取所述计数器在此时刻的计数值，并将该计数值保存至所述中央处理器内部的缓存中；

步骤B5，所述中央处理器判断接收到的所述边沿信号的个数是否达到所述同步学习头的预设个数m的两倍，即判断是否接收到2m个边沿信号：若接收到2m个边沿信号，则进行步骤B6；若未接收到，则返回所述步骤B3；

步骤B6，所述中央处理器向所述计数器发送控制信号，停止该计数器；

步骤B7，所述中央处理器依据存储在其内部缓存中的诸个所述计数值，计算所述串行通信接口应采用的、分别与所述预设通信波特率和所述预设采样相位对应的、所述RC振荡器的时钟个数；

步骤B8，所述中央处理器将所述时钟个数写入所述预定标器中；

步骤B9，结束本同步学习进程。

4.按照权利要求2所述的控制流程，其特征在于：

所述步骤A6中的所述时钟校准进程按照以下步骤进行，

步骤C1，所述中央处理器监测是否接收到所述电子雷管外部的设备发送来的边沿信号：若接收到，则进行步骤C2；若未接收到，则继续监测；

步骤C2，所述中央处理器向所述计数器发送控制信号，启动该计数器；

步骤C3，所述中央处理器监测是否接收到所述电子雷管外部的设备发送来的边沿信号：若接收到，则进行步骤C4；若未接收到，则继续监测；

步骤C4，所述中央处理器读取所述计数器在此时刻的计数值，并将该计数值保存至所述中央处理器内部的缓存中；

步骤C5，所述中央处理器判断接收到的所述边沿信号的个数是否达到时钟校准指令一中校准脉冲的预设个数n的两倍，即判断是否接收到2n个边沿信号：若接收到2n个边沿信号，则进行步骤C6；若未接收到，则返回所述步骤C3；

步骤C6，所述中央处理器向所述计数器发送控制信号，停止该计数器；

步骤C7，所述中央处理器依据所述计数器中的诸个计数值、所述n、以及所述校准脉冲的预设周期T，计算所述RC振荡器的时钟频率f；

步骤C8，所述中央处理器将其内部的时钟校准标志位置为已校准状态；

步骤C9，结束本时钟校准进程。

5.按照权利要求2所述的控制流程，其特征在于：

所述步骤A6中的所述时钟校准进程按照以下步骤进行，

步骤D1，所述中央处理器依据时钟校准指令二中的雷管的身份代码，判断是否对本雷管进行时钟校准：

若所述时钟校准指令二中雷管的身份代码与所述步骤

A2中读取出的身份代码相符，则进行步骤D2；

若不相符，则执行步骤D14；

步骤D2，所述中央处理器向所述计数器中写入校准脉冲高电平宽度的预设计数值u；

步骤D3，所述中央处理器通过所述串行通信接口向所述通信接口电路发送控制信号，使之在所述芯片外部的信号总线上消耗的电流增大；

步骤D4，所述中央处理器向所述计数器发送控制信号，启动所述计数器；

步骤D5，所述中央处理器监测是否到达所述预设计数值u：若到达，则进行步骤D6；若未到达，则继续监测等待到达；

步骤D6，所述中央处理器向所述计数器发送控制信号，停止所述计数器；

步骤D7，所述中央处理器向所述计数器中写入校准脉冲低电平宽度的预设计数值v；

步骤D8，所述中央处理器通过所述串行通信接口向所述通信接口电路发送控制信号，使之在所述芯片外部的信号总线上消耗的电流减小；

步骤D9，所述中央处理器向所述计数器发送控制信号，启动所述计数器；

步骤D10，所述中央处理器监测是否到达所述预设计数值v：若到达，则进行步骤D11；若未到达，则继续监测等待到达；

步骤D11，所述中央处理器向所述计数器发送控制信号，停止所述计数器；

步骤D12，将预设校准脉冲周期数S的值减1，作为新的S的值，即，S＝S-1；

步骤D13，判断所述S的值是否为0：若为0，则进行步骤D14；若不为0，则返回所述步骤D2；

步骤D14，结束本时钟校准进程。

6.按照权利要求5所述的控制流程，其特征在于：

所述v大于所述u。

7.按照权利要求2所述的控制流程，其特征在于：

所述步骤A7中的所述状态回读进程按照以下步骤进行，

步骤E1，所述中央处理器依据状态回读指令中的雷管的身份代码，判断是否对本雷管进行状态回读：

若所述状态回读指令中雷管的身份代码与所述步骤A2

中读取出的身份代码相符，则进行步骤E2；

若不相符，则进行步骤E3；

步骤E2，所述中央处理器向所述电子雷管外部的设备发送本雷管的状态信息；

步骤E3，结束本状态回读进程。

8.按照权利要求2所述的控制流程，其特征在于：

所述步骤A8中的所述写延期时间进程按照以下步骤进行，

步骤F1，所述中央处理器依据写延期时间指令中的雷管的身份代码，判断是否对本雷管写延期时间；

若所述写延期时间指令中雷管的身份代码与所述步骤A2中读取出的身份代码相符，则继续进行步骤F2；

若不相符，则结束本写延期时间进程；

步骤F2，执行延期时间数据调整进程，得到调整后的延期时间数据；

步骤F3，所述中央处理器将该延期时间数据写入到所述可编程延期模块；

步骤F4，所述中央处理器向所述电子雷管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。

9.按照权利要求2所述的控制流程，其特征在于：

所述步骤A8中的所述写延期时间进程按照以下步骤进行，

步骤G1，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，判断是否对本雷管写延期时间；

若所述写延期时间指令中雷管的身份代码与所述步骤A2中读取出的身份代码相符，则继续进行步骤G2；

若不相符，则结束本写延期时间进程；

步骤G2，所述中央处理器将该延期时间数据写入到所述可编程延期模块；

步骤G3，所述中央处理器向所述电子雷管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。

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