CN101666598A - 一种数码电子雷管爆破系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型数码电子雷管爆破系统及其控制方法。所述数码电子雷管爆破系统包含一台起爆器、一台或多台编程器、一个或多个数码电子雷管，所述起爆器、所述编程器、所述数码电子雷管采用双线总线方式连接。所述数码电子雷管爆破系统控制方法包含起爆器自检、起爆器操作人员身份验证、爆破设计、起爆器身份验证、获得起爆授权信息、起爆数据解密、时间与位置信息合法性验证、编程器自检、编程器操作人员身份验证、爆破设计任务分解、雷管充电、雷管工作状态检测、编程、系统测试、起爆口令验证、同步测试、起爆授权确认、广播起爆命令、数据备份步骤。

Description

一种数码电子雷管爆破系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及火工品技术领域，特别涉及一种数码电子雷管爆破系统及其控制方法。

背景技术

现有的电雷管起爆器一般采用串联或串并联结合的电雷管网路。串联上千发电雷管时，为保证网络中所有电雷管均能同时起爆，电雷管起爆器应能瞬间产生一到几个安培的电流，该电流一定要大于每发电雷管的串联准爆电流，否则会产生拒爆、半爆等现象。单发电雷管的电阻一般在一到几个欧姆左右，因此需要上述电雷管起爆器具有升压电路，并能提供千伏量级的输出电压。因此，上述电雷管起爆器在使用时具有一定的危险性。

由于电雷管及其起爆器的上述缺陷，电子雷管应运而生。自上世纪八十年代起，电子雷管概念一提出，世界上多个国家便在电子雷管及其起爆装置领域展开了竞争。电子雷管，尤其是数码电子雷管，通过逻辑控制和双向通信即可实现对起爆过程的控制，防止非法起爆。

此外，作为数码电子雷管的控制器，数码电子雷管起爆器的安全是爆破系统安全的重要因素之一。传统的数码电子雷管起爆器对于操作人员的身份不验证或只进行简单的口令验证，如果数码电子雷管起爆器被非法获得，数码电子雷管很容易被非法起爆，存在很大的安全隐患。

一般爆破系统对于数码电子雷管起爆器也没有进行身份验证，破坏分子完全可以伪造相同的数码电子雷管起爆器，用于非法起爆数码电子雷管，这对于爆破系统是一个极大的安全漏洞。

目前的数码电子雷管起爆器对于数码电子雷管的起爆时间及位置合法性没有进行限制，这样也可能造成不在规定时间和位置非法起爆或者开采。

目前的数码电子雷管爆破系统，没有考虑安全监管系统，即使有点监管的思想，但是所有数据采用直传的方式，不经过加密，数据一旦被违法分子截获，可以直接用于违法操作，安全程度很低。

发明内容

本发明的目的是解决数码电子雷管使用过程中，控制方法过于简单、或者没有安全管理和控制，造成数码电子雷管可能发生误起爆或者被窃取用于非法起爆，存在极大安全隐患的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种新型数码电子雷管爆破系统及其控制方法。

所述数码电子雷管爆破系统包含一台起爆器、一台或多台编程器、一个或多个数码电子雷管，所述起爆器、所述编程器、所述数码电子雷管采用双线总线方式连接。

所述起爆器，用于爆破设计，并控制所述编程器与所述数码电子雷管，对爆破系统进行测试和爆破验证，实现所述数码电子雷管爆破系统的起爆。

所述编程器，对所述数码电子雷管进行充电、测试、编程操作，在所述起爆器的控制下，对所述数码电子雷管进行操作，实现爆破。

所述数码电子雷管，是爆破系统的爆破单元，执行起爆器、编程器的指令，并对起爆口令进行验证，在所述起爆器与所述编程器的控制下，实现爆破。

所述起爆器包含主控模块、显示模块、按键模块、定位模块、操作人员身份认证模块、存储模块、电源模块、加密/解密模块、通信模块。

所述编程器包含主控模块、显示模块、按键模块、操作人员身份认证模块、存储模块、电源模块、通信模块。

所述数码电子雷管包含数码电子雷管芯片、抗干扰保护电路、辅助电路、工作电容、起爆电容、桥丝药头、炸药、外壳、塞子、脚线。

所述数码电子雷管爆破系统控制方法，包含以下步骤：

(1)起爆器自检，即所述数码电子雷管起爆器开机自检；

(2)起爆器操作人员身份验证，即所述数码电子雷管起爆器进行操作人员的身份验证，如果验证通过进入第三步，否则所述数码电子雷管起爆器处于待机状态；

(3)爆破设计，即所述数码电子雷管起爆器对爆破工程进行爆破设计；

(4)起爆器身份验证，即所述数码电子雷管起爆器与监管平台、使用单位的计算机或数据锁之间握手进行起爆器身份认证，如果验证通过进入第五步，否则所述数码电子雷管起爆器处于待机状态；

(5)获得起爆授权信息，即所述数码电子雷管起爆器从监管平台、使用单位的计算机或数据锁上获得起爆授权信息；

(6)起爆数据解密，即所述数码电子雷管起爆器对起爆数据进行解密；

(7)时间与位置信息合法性验证，即所述数码电子雷管起爆器现场验证爆破数据中时间和位置信息的合法性；

(8)编程器自检，即所述数码电子雷管编程器开机自检；

(9)编程器操作人员身份验证，即所述数码电子雷管编程器进行操作人员的身份验证，如果验证通过进入第十步，否则所述数码电子雷管编程器处于待机状态；

(10)爆破设计任务分解，即数码电子雷管起爆器将爆破设计内容分解，分别下发给各编程器执行爆破设计内容；

(11)雷管充电，即所述数码电子雷管编程器对所述数码电子雷管进行充电；

(12)雷管工作状态检测，即所述数码电子雷管编程器对所述数码电子雷管进行工作状态检测；

(13)编程，即所述数码电子雷管编程器根据爆破设计内容要求，读取所述接收到的数码电子雷管识别码与相应的延时信息，并进行时间延时信息编程；

(14)系统测试，即所述数码电子雷管起爆器对爆破系统中的所有数码电子雷管进行系统测试；

(15)起爆口令验证，即所述数码电子雷管起爆器对爆破系统中的每个数码电子雷管进行起爆口令验证；

(16)同步测试，即所述数码电子雷管起爆器对爆破系统中的所有数码电子雷管进行同步测试，检测是否所有雷管都通过起爆口令验证，可以起爆；

(17)起爆授权确认，即在起爆命令发出之前，对操作人员的身份及其操作进行授权确认；

(18)广播起爆命令，即所述数码电子雷管起爆器向爆破系统中的所有数码电子雷管广播起爆命令；

(19)数据备份，即所述数码电子雷管起爆器对所有爆破数据进行备份，并实时或定期回传给监管平台以便查询、追溯。

由上述技术方案可知，采用本发明所提供的数码电子雷管爆破系统，并严格按照本发明所提供的控制方法进行操作，即可解决数码电子雷管使用过程中，控制方法过于简单、或者没有考虑安全管理和控制，造成数码电子雷管可能发生误起爆或者被窃取用于非法起爆，存在极大安全隐患的问题。采用本发明的技术方案，数码电子雷管起爆要经过严格的身份验证、口令验证、授权确认，即使数码电子雷管被窃取用于非法途径，犯罪分子由于不能完成各级验证，不能获得授权，所以不能起爆数码电子雷管，此外即使获得各项身份验证，取得数据，但是还必须进行时间和位置信息验证，这样保证了在指定时间和指定地点起爆，防止扰乱社会秩序和非法爆破采矿等。综上所述，本发明所提供的数码电子雷管爆破系统及其控制方法是安全可行的。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明所提供的数码电子雷管爆破系统的一种组成模块图；

图2为本发明所提供的数码电子雷管爆破系统的另一组成模块图；

图3为本发明所提供的起爆器的模块组成图；

图4为本发明所提供的编程器的模块组成图；

图5为本发明所提供的数码电子雷管的模块组成图；

图6为本发明所提供的数码电子雷管爆破系统控制方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明所提供的数码电子雷管爆破系统的一种组成模块图。所述数码电子雷管爆破系统包含一台起爆器20、一台编程器30、多个数码电子雷管10，所述起爆器20、所述编程器30、所述数码电子雷管10采用总线方式连接。

起爆器20是爆破系统的总控制器，首先，起爆器20针对爆破项目和现场进行爆破设计，设计整个爆破现场的数码电子雷管数量、位置和延时时长等，比如爆破设计谋爆破工程需要500发数码电子雷管，各爆破点的位置选择，500发雷管，分50组，每组延时间隔为25毫秒；然后把设计内容进行分解，即把不同数码电子雷管分配给不同的编程器来负责编程管理，然后下载给编程器30；编程器30然后分别对每个数码电子雷管10进行充电、测试、编程操作，即对数码电子雷管设置爆破延时时间，为接收到起爆命令后，按照此延时时间延时进行爆破，在每个数码电子雷管10进行这些操作后，所有数码电子雷管10组成一个爆破网络，这样起爆器20针对爆破网络的所有数码电子雷管10进行系统在线测试和爆破验证，即对整个系统的数码雷管轮询测试，验证每个数码电子雷管的起爆口令是否合法正确(，对每个数码电子雷管10的起爆电容进行充电，同步测试，即检测每个数码电子雷管的各起爆状态是否完全一致、然后起爆器20下发起爆命令对整个爆破网络的数码电子雷管点火起爆。其中数码电子雷管10是爆破系统的爆破单元，执行起爆器20、编程器30的指令，并对起爆口令进行验证，即接收起爆器的起爆口令并与内部存储的起爆口令进行比对，如果一致，置位起爆标志，并反馈验证通过，否则反馈验证不通过信息，在所述起爆器20与所述编程器30的控制下，实现爆破。

如图2所示，为本发明所提供的数码电子雷管爆破系统的另一组成模块图。与图1相比，图2中包含多台编程器30。

同样，首先，起爆器20针对爆破项目和现场进行爆破设计，设计整个爆破现场的数码电子雷管数量、位置和延时时长等，然后把设计内容进行分解，然后下载给多个编程器30；各个编程器30分别对自己控制段的每个数码电子雷管10进行充电、测试、编程操作，在每个数码电子雷管10进行这些操作后，所有数码电子雷管10组成一个爆破网络，这样起爆器20针对爆破网络的所有数码电子雷管10进行系统在线测试和爆破验证，对每个数码电子雷管10的起爆电容进行充电，同步测试、然后起爆器20下发起爆命令对整个爆破网络的数码电子雷管点火起爆。

如图3所示，为本发明所提供的起爆器的模块组成图。所述起爆器20包含主控模块21、显示模块22、按键模块23、定位模块24、操作人员身份认证模块25、存储模块26、电源模块27、加密/解密模块28、通信模块29。

所述起爆器20上电，开机自检，然后进行操作人员身份认证，在通过身份认证和权限验证后，在操作人员的控制下进行爆破设计；还有，操作人员与监管平台或者上位系统通过通信模块29进行起爆数据交换，起爆数据包含起爆的时间信息、位置信息、起爆验证信息等，根据获得位置信息与起爆器定位模块24接收的信息进行比对，验证是否合法并对起爆验证信息进行进一步的解密操作，；控制单元通过通信单元向电子雷管发送数据和接收来自电子雷管方向传来的数据，这些数据包含控制命令和相互通信的数据，实现起爆器对整个爆破系统的在线测试和起爆操作。

如图4所示，为本发明所提供的编程器的模块组成图。所述编程器30包含主控模块31、显示模块32、按键模块33、操作人员身份认证模块34、存储模块35、电源模块36、通信模块37。

所述起爆器20上电，开机自检，然后进行操作人员身份认证，在通过身份认证和权限验证后，在操作人员的控制下进行爆破设计；还有，操作人员与监管平台或者上位系统通过通信模块29进行起爆数据交换，起爆数据包含起爆的时间信息、位置信息、起爆验证信息等，根据获得位置信息与起爆器定位模块24接收的信息进行比对，验证是否合法并对起爆验证信息进行进一步的解密操作，；控制单元通过通信单元向电子雷管发送数据和接收来自电子雷管方向传来的数据，这些数据包含控制命令和相互通信的数据，实现起爆器对整个爆破系统的在线测试和起爆操作。如图5所示，为本发明所提供的数码电子雷管的模块组成图。所述数码电子雷管10包含数码电子雷管芯片100、抗干扰保护电路11、辅助电路12、工作电容13、起爆电容14、桥丝药头15、炸药16、外壳17、塞子18、脚线19。

数码电子雷管中数码电子雷管芯片100是其核心元件，通过脚线19与起爆器或者编程器相连，并且通过脚线进行充电和数据交换，这样起爆器或者编程器根据相关控制命令控制数码电子雷管芯片100的操作，完成对数码电子雷管的点火起爆；抗干扰保护电路11、辅助电路12是一些辅助电路起保护作用，工作电容13、起爆电容14与数码电子雷管芯片100相连，为芯片工作和起爆提供能量储备，桥丝药头15、炸药16在数码电子雷管芯片100控制下，对起爆电容14进行放起爆发火。

如图6所示，为本发明所提供的数码电子雷管爆破系统控制方法的流程图。所述数码电子雷管爆破系统控制流程，包含以下步骤：

(1)起爆器自检，即所述数码电子雷管起爆器开机自检；

(2)起爆器操作人员身份验证，即所述数码电子雷管起爆器进行操作人员的身份验证，比如人员身份验证通过指纹识别技术来验证操作人员是否合法，如果验证通过进入第三步，否则所述数码电子雷管起爆器处于待机状态；

(3)爆破设计，即所述数码电子雷管起爆器对爆破工程进行爆破设计；设计整个爆破现场的数码电子雷管数量、位置和延时时长等；

(4)起爆器身份验证，即所述数码电子雷管起爆器与监管平台、使用单位的计算机或数据锁之间握手进行起爆器身份认证，验证过程可以是由于起爆器有唯一身份识别码，通过起爆器自动发送其身份识别码给监管平台、使用单位的计算机，监管平台、使用单位的计算机所获得的起爆器身份识别码与数据库里的信息进行比对进行验证，此外它们相互之间还可以采用共同的验证算法，通过发送随机数进行验证身份，如果验证通过进入第五步，否则所述数码电子雷管起爆器处于待机状态；

(5)获得起爆授权信息，即所述数码电子雷管起爆器从监管平台、使用单位的计算机或数据锁上获得起爆授权信息；

(6)起爆数据解密，即所述数码电子雷管起爆器对起爆数据进行解密；

(7)时间与位置信息合法性验证，即所述数码电子雷管起爆器现场验证爆破数据中时间和位置信息的合法性，起爆器根据获得的时间信息与本身的系统时钟进行对比，确定是否是合法的操作时间，还有根据获得位置信息与本身起爆器定位模块采集的位置信息进行匹配，是否一致，如果一致则进一步解密起爆验证数据，否则起爆器无法获得数码电子雷管的起爆验证口令的原始数据，因而也就不能对数码电子雷管进行起爆验证；

(8)编程器自检，即所述数码电子雷管编程器开机自检；

(9)编程器操作人员身份验证，即所述数码电子雷管编程器进行操作人员的身份验证，操作人员的身份认证可以通过指纹识别技术来解决，如果验证通过进入第十步，否则所述数码电子雷管编程器处于待机状态；

(10)爆破设计任务分解，即数码电子雷管起爆器将爆破设计内容分解，分别下发给各编程器执行爆破设计内容；比如：给不同段区的雷管，其设计内容分配给不同的编程器来负责对其进行测试编程操作；

(11)雷管充电，即所述数码电子雷管编程器对所述数码电子雷管进行充电；

(12)雷管工作状态检测，即所述数码电子雷管编程器对所述数码电子雷管进行工作状态检测；主要包括安全阈值电压是否正常，数码电子雷管通信是否正常等。

(13)编程，即所述数码电子雷管编程器根据爆破设计内容要求，读取所述接收到的数码电子雷管识别码与相应的延时信息，并进行时间延时信息编程；

(14)系统测试，即所述数码电子雷管起爆器对爆破系统中的所有数码电子雷管进行系统测试；主要测试系统内各数码电子雷管是否可以充电、放电和发火。

(15)起爆口令验证，即所述数码电子雷管起爆器对爆破系统中的每个数码电子雷管进行起爆口令验证；其验证过程主要包括，起爆器下发起爆验证口令，数码电子雷管接收起爆口令，并与内部存储的起爆口令进行比对，如果一致，则置位起爆标志位，并反馈验证通过信息，否则反馈验证错误信息。

(16)同步测试，即所述数码电子雷管起爆器对爆破系统中的所有数码电子雷管进行同步测试，检测是否所有雷管都通过起爆口令验证，可以起爆；

(17)起爆授权确认，即在起爆命令发出之前，对操作人员的身份及其操作进行授权确认；

(18)广播起爆命令，即所述数码电子雷管起爆器向爆破系统中的所有数码电子雷管广播起爆命令；

(19)数据备份，即所述数码电子雷管起爆器对所有爆破数据进行备份，并实时或定期回传给监管平台以便查询、追溯。

由上述技术方案可知，采用本发明所提供的数码电子雷管爆破系统，并严格按照本发明所提供的控制方法进行操作，即可解决数码电子雷管使用过程中，控制方法过于简单造成数码电子雷管可能发生误起爆或者被窃取用于非法起爆，存在极大安全隐患的问题。

采用本发明的技术方案，数码电子雷管起爆要经过严格的身份验证、口令验证、授权确认，即使数码电子雷管被窃取用于非法途径，犯罪分子由于不能完成各级验证，不能获得授权，所以不能起爆数码电子雷管。

综上所述，本发明所提供的数码电子雷管爆破系统及其控制方法是安全可行的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种新型数码电子雷管爆破系统，其特征在于：

所述数码电子雷管爆破系统包含一台起爆器、一台或多台编程器、一个或多个数码电子雷管；

所述起爆器，用于爆破设计，并控制所述编程器与所述数码电子雷管，对爆破系统进行测试和爆破验证，实现所述数码电子雷管爆破系统的起爆；

所述编程器，对所述数码电子雷管进行充电、测试、编程操作，在所述起爆器的控制下，对所述数码电子雷管进行操作，实现爆破；

所述数码电子雷管，是爆破系统的爆破单元，执行起爆器、编程器的指令，并对起爆口令进行验证，在所述起爆器与所述编程器的控制下，实现爆破；

所述起爆器、所述编程器、所述数码电子雷管采用双线总线方式连接。

2.根据权利要求1所述的数码电子雷管爆破系统，其特征在于：

所述起爆器，包含主控模块、显示模块、按键模块、定位模块、操作人员身份认证模块、存储模块、电源模块、加密/解密模块、通信模块。

3.根据权利要求1所述的数码电子雷管爆破系统，其特征在于：

所述编程器，包含主控模块、显示模块、按键模块、操作人员身份认证模块、存储模块、电源模块、通信模块。

4.根据权利要求1所述的数码电子雷管爆破系统，其特征在于：

所述数码电子雷管，包含数码电子雷管芯片、抗干扰保护电路、辅助电路、工作电容、起爆电容、桥丝药头、炸药、外壳、塞子、脚线。

5.一种数码电子雷管爆破系统控制方法，其特征在于：

所述数码电子雷管爆破系统控制方法，分为起爆器控制步骤、编程器控制步骤；

所述起爆器控制步骤，分为初始化、爆破设计、数据传输与验证、起爆执行过程；

所述编程器控制步骤，分为初始化、编程执行过程。

6.根据权利要求5所述的数码电子雷管爆破系统控制方法，其特征在于：

所述起爆器控制步骤与所述编程器控制步骤，即分别对起爆器与编程器进行操作；

第一步，起爆器、编程器分别进行初始化过程；

第二步，起爆器进行爆破设计；

第三步，起爆器进行数据传输与验证过程，编程器进行编程执行过程；

第四步，起爆器进行起爆执行过程。

7.根据权利要求6所述的数码电子雷管爆破系统控制方法，其特征在于：

第一步与第三步中，起爆器与编程器的操作，可以起爆器先进行，或者编程器先进行，或者同时进行；

第一步中的编程器初始化，还可以发生在第二步之后。

8.根据权利要求5所述的数码电子雷管爆破系统控制方法，其特征在于：

所述起爆器初始化过程，分为：

I，起爆器自检，即所述数码电子雷管起爆器开机自检；

II，起爆器操作人员身份验证，即所述数码电子雷管起爆器进行操作人员的身份验证，如果验证通过进入第三步，否则所述数码电子雷管起爆器处于待机状态。

9.根据权利要求5所述的数码电子雷管爆破系统控制方法，其特征在于：

所述爆破设计过程，即所述数码电子雷管起爆器对爆破工程进行爆破设计。

10.根据权利要求5所述的数码电子雷管爆破系统控制方法，其特征在于：

所述数据传输与验证过程，分为：

I，起爆器身份验证，即所述数码电子雷管起爆器与监管平台、使用单位的计算机或数据锁之间握手进行起爆器身份认证，如果验证通过进入第五步，否则所述数码电子雷管起爆器处于待机状态；

II，获得起爆授权信息，即所述数码电子雷管起爆器从监管平台、使用单位的计算机或数据锁上获得起爆授权信息；

III，起爆数据解密，即所述数码电子雷管起爆器对起爆数据进行解密；

IV，时间与位置信息合法性验证，即所述数码电子雷管起爆器现场验证爆破数据中时间和位置信息的合法性。

11.根据权利要求5所述的数码电子雷管爆破系统控制方法，其特征在于：

所述起爆执行过程，分为：

I，系统测试，即所述数码电子雷管起爆器对爆破系统中的所有数码电子雷管进行系统测试；

II，起爆口令验证，即所述数码电子雷管起爆器对爆破系统中的每个数码电子雷管进行起爆口令验证；

III，同步测试，即所述数码电子雷管起爆器对爆破系统中的所有数码电子雷管进行同步测试，检测是否所有雷管都通过起爆口令验证，可以起爆；

IV，起爆授权确认，即在起爆命令发出之前，对操作人员的身份及其操作进行授权确认；

V，广播起爆命令，即所述数码电子雷管起爆器向爆破系统中的所有数码电子雷管广播起爆命令；

VI，数据备份，即所述数码电子雷管起爆器对所有爆破数据进行备份，并实时或定期回传给监管平台以便查询、追溯。

12.根据权利要求5所述的数码电子雷管爆破系统控制方法，其特征在于：

所述编程器初始化过程，分为：

I，编程器自检，即所述数码电子雷管编程器开机自检；

II，编程器操作人员身份验证，即所述数码电子雷管编程器进行操作人员的身份验证，如果验证通过进入第十步，否则所述数码电子雷管编程器处于待机状态。

13.根据权利要求5所述的数码电子雷管爆破系统控制方法，其特征在于：

所述编程执行过程，分为：

I，爆破设计任务分解，即数码电子雷管起爆器将爆破设计内容分解，分别下发给各编程器执行爆破设计内容；

II，雷管充电，即所述数码电子雷管编程器对所述数码电子雷管进行充电；

III，雷管工作状态检测，即所述数码电子雷管编程器对所述数码电子雷管进行工作状态检测；

IV，编程，即所述数码电子雷管编程器根据爆破设计内容要求，读取所述接收到的数码电子雷管识别码与相应的延时信息，并进行时间延时信息编程。

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