CN101666600A - 一种新型数码电子雷管起爆器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型数码电子雷管起爆器及其控制方法。所述数码电子雷管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。所述控制方法包含自检、操作人员身份验证、起爆器身份验证、获得起爆授权信息、起爆数据解密、爆破设计、时间与位置信息合法性验证、雷管充电、系统测试、起爆口令验证、雷管测试、雷管起爆充电、起爆授权确认、广播起爆命令、数据备份步骤。

Description

一种新型数码电子雷管起爆器及其控制方法

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起爆器及其控制方法。

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传统雷管起爆器或者现有数码电子雷管起爆器没有操作人员身份验证或验证过于简单、没有数码电子雷管起爆器身份验证、对于数码电子雷管的起爆时间与位置不进行限制，以及传输数据不经过加密直接传输，造成数码电子雷管起爆器可能被用于非法起爆，危害社会安全的问题。

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；其中，

所述定位模块连接所述主控模块，用于接收并执行所述主控模块发送的控制命令，并在所述主控模块的控制下，向所述主控模块发送起爆器的位置信息；

所述操作人员身份认证模块连接所述主控模块，操作人员通过所述操作人员身份认证模块与所述主控模块进行操作人员的身份认证；

所述加密/解密模块连接所述主控模块、所述存储模块、所述通信模块，用于接收所述存储模块、所述通信模块发送的数据并进行解密，然后将解密数据发送给所述主控模块进行处理；还用于接收所述主控模块发送的数据并进行加密，然后将加密数据通过所述通信模块发送出去或存入所述存储模块；

所述主控模块是起爆器的中央处理单元，控制通信模块、加密/解密模块、存储模块与上位机或者编程器、雷管进行通信或者对交换的数据进行加密/解密，主控模块接收按键模块的输入信息，并直接或者处理后输出给显示模块，主控模块控制操作人员身份认证模块进行人员身份验证，主控模块控制定位模块实现对起爆器的位置定位和位置信息比对。

所述显示模块连接所述主控模块，用于显示所述起爆器需要显示的信息。

所述按键模块连接所述主控模块，操作人员通过所述按键模块向所述主控模块输入信息。

所述存储模块连接所述主控模块、所述加密/解密模块、所述通信模块，所述存储模块在所述主控模块的控制下，与所述加密/解密模块、所述通信模块进行数据交换，并存储相关信息。

所述电源模块连接所述主控模块、所述显示模块、所述按键模块、所述定位模块、所述操作人员身份认证模块、所述存储模块、所述加密/解密模块、所述通信模块，用于分别给上述各模块供电并进行电源管理。

所述通信模块连接所述主控模块与监管平台/计算机、编程器、数码电子雷管，用于实现所述主控模块与监管平台/计算机、编程器、数码电子雷管之间的双向通信；所述通信模块还连接所述存储模块、所述加密/解密模块，用于在所述主控模块的控制下，与所述存储模块、所述加密/解密模块进行数据交换，并存储相关信息。

所述定位模块，可以是GPS定位模块，也可以是北斗定位模块。

所述操作人员身份认证模块，是一个生物识别模块，该生物识别模块可以是指纹识别模块、脸型识别模块、虹膜识别模块、掌纹识别模块中的一个或多个组合。

所述操作人员身份认证模块，是一个射频卡读写模块，该射频卡读写模块可以是IC卡读写模块、磁卡读写模块中的一个或两者组合。

所述操作人员身份认证模块，是专用数据锁，该数据锁的信息与操作人员身份一一映射。

所述加密/解密模块，是专用安全加密/解密模块，该模块能够提供校准时钟，采用专用算法进行加密/解密。

本发明还提供一种新型数码电子雷管起爆器控制方法，包含初始化、爆破设计、起爆器数据获取与验证、系统测试、起爆验证、爆破完成过程。

所述初始化过程包含自检、操作人员身份验证步骤。

所述爆破设计过程即爆破设计步骤。

所述起爆器数据获取与验证过程包含起爆器身份验证、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步骤。

所述系统测试过程包含雷管充电、系统测试步骤。

所述起爆验证过程包含起爆口令验证、雷管同步测试、雷管起爆充电、起爆授权确认步骤，所述爆破完成过程包含广播起爆命令、数据备份步骤。

上述数码电子雷管起爆器控制方法过程其详细控制流程如下：

第一步，自检，即所述数码电子雷管起爆器开机自检；

第二步，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，如果验证通过进入下一步操作，否则所述数码电子雷管起爆器处于待机状态；

第三步，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；

第四步，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四步，否则所述数码电子雷管起爆器处于待机状态；

第五步，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；

第六步，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；

第七步，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；

第八步，雷管充电，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发送充电命令，所述所有数码电子雷管进行充电操作；

第九步，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；

第十步，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；

第十一步，雷管同步测试，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，检测是否所有起爆口令验证已经通过；

第十二步，雷管起爆充电，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起爆充电；

第十三步，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；

第十四步，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；

第十五步，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，本发明通过采用操作人员身份认证模块，保证只有身份合法的操作员能进行起爆操作；通过采用数码电子雷管起爆器身份验证步骤，保证只有身份合法的数码电子雷管起爆器才能获得起爆验证数据；通过采用定位模块及时间与位置信息合法性验证，保证爆破操作只能发生在规定时间与规定位置，防止非法爆破和采矿；通过采用加密/解密模块，保证数码电子雷管起爆器与监管系统之间的传输数据的安全性；通过采用上述模块及步骤，极大地提高了数码电子雷管起爆器的安全性，适合我国的雷管爆破系统的监管要求和安全要求。

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为本发明提供的新型数码电子雷管起爆器的组成模块图；

图2为本发明提供的新型数码电子雷管起爆器的控制方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明提供的新型数码电子雷管起爆器20的组成模块图。

电子雷管起爆器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；

其中，主控模块21是起爆器的中央处理单元，控制通信模块29、加密/解密模块28、存储模块26与上位机或者编程器、雷管进行通信或者对交换的数据进行加密/解密，主控模块21接收按键模块23的输入信息，并直接或者处理后输出给显示模块22，主控模块21控制操作人员身份认证模块25进行人员身份验证，主控模块21控制定位模块24实现对起爆器的位置定位和位置信息比对。

在操作人员对起爆器进行开机操作后，起爆器进行自检初始化，然后进入待机状态，如果操作人员需要进一步操作，必须首先进行操作人员认证，即操作人员通过操作人员身份认证模块25进行身份验证，操作人员身份认证模块25可以是一个生物识别模块，该生物识别模块可以是指纹识别模块、脸型识别模块、虹膜识别模块、掌纹识别模块中的一个或多个组合。操作人员身份认证模块25，也可以是一个射频卡读写模块，该射频卡读写模块可以是IC卡读写模块、磁卡读写模块中的一个或两者组合。操作人员身份认证模块25，还可以是专用数据锁，该数据锁的信息与操作人员身份一一映射。

在操作人员通过身份认证后，就可以向监管系统或者平台提交授权申请，其中授权申请可以包括所要起爆的数码电子雷管的起爆口令信息、所要爆破工程的位置和时间信息等，这时就需要操作加密/解密模块28，实现起爆器与监管系统或者平台的安全通信和数据交换，其中、加密/解密模块28连接主控模块21、存储模块26、通信模块29，用于接收存储模块26、通信模块29发送的数据并进行解密，然后将解密数据发送给主控模块21进行处理；还用于接收主控模块21发送的数据并进行加密，然后将加密数据通过通信模块29发送出去或存入存储模块26。

在获得相关授权信息后，起爆器可以在操作人员的控制下，对整个爆破系统进行爆破设计，即设计爆破系统内的每个数码电子雷管的爆破延时时间和位置信息等。

在爆破设计后，在爆破现场通过起爆器内部的定位模块24接收所在位置的位置信息，并与所获得授权的位置信息进行对比，如果相匹配那么起爆器可以进行进一步的对整个爆破系统的雷管进行测试、起爆验证等操作，否则起爆器通过显示模块22，告诉操作人员，此处爆破非法，不能执行其他操作。

如起爆器验证位置信息和时间信息通过，那么起爆器在操作人员的控制下，对爆破系统进行在线测试和验证，并且在相关测试反馈结果没有问题的情况下，下发起爆命令，执行对整个爆破工程的爆破。

如图2所示，本发明还提供一种新型数码电子雷管起爆器控制方法，包含初始化、爆破设计、起爆器数据获取与验证、系统测试、起爆验证、爆破完成过程。

首先，起爆器的初始化步骤包含自检、操作人员身份验证；起爆器自检主要指主控模块检测起爆器内各功能是否连接和工作正常；然后操作人员要对起爆器进行操作，必须首先进行操作人员身份认证，保证爆破控制的安全，实现操作人员的身份验证主要通过比如指纹模块来进行，操作人员把自己的指纹放到认证模块上，认证模块采集指纹信息与内部存储授权的指纹信息进行比对，如果一致则验证通过，否则操作人员对起爆器的其他操作将无效。

其中，爆破设计步骤中，数码电子雷管起爆器对爆破工程进行爆破设计，操作人员根据项目的爆破要求，和现场实际情况，对爆破工程进行设计，即对整个工程的爆破需要多少数码电子雷管，每个雷管炮孔的炸药量，每个数码电子雷管的延时时间等进行设计，并进行建模仿真。

在爆破设计后，在操作人员的控制下起爆器向监管系统或者平台提出授权申请，其中包含起爆器身份验证，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，如果验证通过进入下一步，否则所述数码电子雷管起爆器处于待机状态。

在通过验证后，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。

然后对所获得的授权信息按照指定解密方法或者规则进行数据解密。

在对数据进行解密后，起爆器在现场进行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，由于起爆器本身内部有定位模块可以接收定位的卫星信息，获取起爆器本身所处的物理位置信息并且与授权的位置信息进行匹配比较，如果一致则可以进一步的操作控制，否则反馈爆破非法，不能再进行有效操作，同样时间信息验证也类似，起爆器本身内部包含有时间信息，并与授权时间信息进行比对验证。

在位置和时间信息验证通过后，起爆器执行雷管充电，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发送充电命令，所述所有数码电子雷管进行充电操作。

在充电过后，起爆器对系统内各数码雷管进行起爆口令验证，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，起爆器下发与该数码雷管身份识别相一致的起爆口令，数码电子雷管接受起爆口令并与内部存储的起爆口令进行比对，验证合法性，并把结果信息反馈给起爆器。

在对数码电子雷管进行起爆口令验证后，起爆器对爆破系统内的各个雷管进行系统测试，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，测试系统内的每个数码电子雷管通信是否正常和工作是否正常、起爆口令验证是否通过等。

在这些测试通过后，起爆器发起广播起爆命令，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，系统内各数码电子雷管接受广播命令后根据内部延迟时间设置进行延时，延时到后进行点火起爆，完成爆破任务。

在起爆器执行爆破任务后，需要对其操作进行数据备份，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，本发明通过采用操作人员身份认证模块，保证只有身份合法的操作员能进行起爆操作；通过采用数码电子雷管起爆器身份验证步骤，保证只有身份合法的数码电子雷管起爆器才能获得起爆验证数据；通过采用定位模块及时间与位置信息合法性验证，保证爆破操作只能发生在规定时间与规定位置，防止非法爆破和采矿；通过采用加密/解密模块，保证数码电子雷管起爆器与监管系统之间的传输数据的安全性；通过采用上述模块及步骤，极大地提高了数码电子雷管起爆器的安全性，适合我国的雷管爆破系统的监管要求和安全要求。

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 (14)

1.一种新型数码电子雷管起爆器，其特征在于：

所述数码电子雷管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；其中，

所述定位模块连接所述主控模块，用于接收并执行所述主控模块发送的控制命令，并在所述主控模块的控制下，向所述主控模块发送起爆器的位置信息；

所述操作人员身份认证模块连接所述主控模块，操作人员通过所述操作人员身份认证模块与所述主控模块进行操作人员的身份认证；

所述加密/解密模块连接所述主控模块、所述存储模块、所述通信模块，用于接收所述存储模块、所述通信模块发送的数据并进行解密，然后将解密数据发送给所述主控模块进行处理；还用于接收所述主控模块发送的数据并进行加密，然后将加密数据通过所述通信模块发送出去或存入所述存储模块；

所述主控模块是起爆器的中央处理单元，控制通信模块、加密/解密模块、存储模块与上位机或者编程器、雷管进行通信或者对交换的数据进行加密/解密，主控模块接收按键模块的输入信息，并直接或者处理后输出给显示模块，主控模块控制操作人员身份认证模块进行人员身份验证，主控模块控制定位模块实现对起爆器的位置定位和位置信息比对。

2.根据权利要求1所述的数码电子雷管起爆器，其特征在于：

所述显示模块连接所述主控模块，用于显示所述起爆器需要显示的信息。

3.根据权利要求1所述的数码电子雷管起爆器，其特征在于：

所述按键模块连接所述主控模块，操作人员通过所述按键模块向所述主控模块输入信息。

4.根据权利要求1所述的数码电子雷管起爆器，其特征在于：

所述存储模块连接所述主控模块、所述加密/解密模块、所述通信模块，所述存储模块在所述主控模块的控制下，与所述加密/解密模块、所述通信模块进行数据交换，并存储相关信息。

5.根据权利要求1所述的数码电子雷管起爆器，其特征在于：

所述电源模块连接所述主控模块、所述显示模块、所述按键模块、所述定位模块、所述操作人员身份认证模块、所述存储模块、所述加密/解密模块、所述通信模块，用于分别给上述各模块供电并进行电源管理。

6.根据权利要求1所述的数码电子雷管起爆器，其特征在于：

所述通信模块连接所述主控模块与监管平台/计算机、编程器、数码电子雷管，用于实现所述主控模块与监管平台/计算机、编程器、数码电子雷管之间的双向通信；所述通信模块还连接所述存储模块、所述加密/解密模块，用于在所述主控模块的控制下，与所述存储模块、所述加密/解密模块进行数据交换，并存储相关信息。

7.根据权利要求1所述的数码电子雷管起爆器，其特征在于：

所述定位模块，可以是GPS定位模块，也可以是北斗定位模块。

8.根据权利要求1所述的数码电子雷管起爆器，其特征在于：

所述操作人员身份认证模块，是一个生物识别模块，该生物识别模块可以是指纹识别模块、脸型识别模块、虹膜识别模块、掌纹识别模块中的一个或多个组合。

9.根据权利要求1所述的数码电子雷管起爆器，其特征在于：

所述操作人员身份认证模块，是一个射频卡读写模块，该射频卡读写模块可以是IC卡读写模块、磁卡读写模块中的一个或两者组合。

10.根据权利要求1所述的数码电子雷管起爆器，其特征在于：

所述操作人员身份认证模块，是专用数据锁，该数据锁的信息与操作人员身份一一映射。

11.根据权利要求1所述的数码电子雷管起爆器，其特征在于：

所述加密/解密模块，是专用安全加密/解密模块，该模块能够提供校准时钟，采用专用算法进行加密/解密。

12.一种新型数码电子雷管起爆器控制方法，其特征在于包括以下步骤：

初始化步骤，对数码电子雷管进行自检、对操作人员身份进行验证；

爆破设计步骤，对爆破的时间和位置信息进行设计；

起爆器数据获取与验证步骤，对起爆器进行身份验证、获得起爆授权信息、对起爆数据进行解密、对时间与位置信息合法性进行验证；

系统测试步骤，对雷管进行充电并进行系统的测试；

起爆验证步骤，对起爆口令进行验证、对雷管进行同步测试、对雷管进行起爆充电、确认起爆授权；

爆破完成步骤，广播起爆命令、对数据进行备份。

13.根据权利要求12所述的数码电子雷管起爆器控制方法，其特征在于：

所述初始化步骤进一步包括：

第一步，自检，即所述数码电子雷管起爆器开机自检；

第二步，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，如果验证通过进入下一步操作，否则所述数码电子雷管起爆器处于待机状态。

14根据权利要求12所述的数码电子雷管起爆器控制方法，其特征在于：

所述爆破设计步骤进一步包括：所述数码电子雷管起爆器对爆破工程进行爆破设计。

15根据权利要求12所述的数码电子雷管起爆器控制方法，其特征在于：

所述起爆验证步骤进一步包括：

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四步，否则所述数码电子雷管起爆器处于待机状态；

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；

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；

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；

雷管充电，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发送充电命令，所述所有数码电子雷管进行充电操作；

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；

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；

雷管同步测试，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，检测是否所有起爆口令验证已经通过；

雷管起爆充电，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起爆充电；

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。

16.根据权利要求12所述的数码电子雷管起爆器控制方法，其特征在于：

所述爆破完成步骤进一步包括：

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；

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。

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