CN101706989B - 无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于火工品技术领域，涉及对数码电子雷管及其起爆方式的改进，尤其涉及一种无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统，包括无线遥控现场可编程数码电子雷管(100)、无线起爆器(200)，所述的无线起爆器(200)可与从100.1到100.n的多个无线遥控现场可编程数码电子雷管(100)构成一个无线双向通信网络(400)；无线起爆器(200)与无线遥控现场可编程数码电子雷管(100)籍此来完成对数码电子雷管的现场编程及起爆任务，本发明解决了在控制远距离爆破时有线通信不能同时连接大量雷管的弊端，从而消除了有线通信接点众多带来的不可靠因素及长导线所易受到的干扰，并且降低了雷管在长距离多节点现场编程时通信成本，也有效控制了雷管的非法使用。

Description

无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统

技术领域

本发明属于火工品制造技术及应用技术领域，涉及对电子雷管的改进。具体为一种无线遥控现场可编程的数码电子雷管控制系统。

背景技术

近些年来为加强对工业雷管的使用管理、提高雷管延期时间精度，各国相继开发了以微处理器为核心的电子延期雷管，并以此为基础进一步开发了与电子雷管生产、销售及使用相关的安全技术措施。我国现具有近三十亿发工业雷管的生产水平，许多厂商对精确定时电子点火的电子延期雷管的研制做出相当大努力，取得了很好成果。有的厂商为了提高雷管使用管理的安全性进一步开发了现场可编程的数码电子雷管，这种数码电子雷管可以在起爆现场设定延期时间，判断雷管来源及起爆的合法性。尽管如此，现有技术的应用仍遇一些困难。其一，即是现有的现场可编程的数码电子雷管多半是靠某种工业总线与起爆器连接，而现有总线都存在这样那样的不足，并不完全适用于数码电子雷管与起爆器的连接。例如，现有总线不是带负载能力有限，就是不能做太长距离的信号传输；其二，在整个爆破现场，采用串并联或级联的方式将众多雷管用较长的导线组建成网，不但费工费时，其可靠性也成为较大的问题；其三，导线长到一定的程度其延时效应不可忽略，不利于提高爆破延时精度，阻碍了爆破技术的发展。为此，有人提出了遥控起爆的控制方法，如中国200710012604.8专利。但此项专利并没有实现现场可编程，起爆之前，不能确认电子雷管的工作状态，装药过程仍存在潜在的危险。

发明内容

为了解决上述技术缺陷本发明提供一种更加安全可靠的无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统，可实现数码电子雷管与起爆器之间的无线双向通信，在加强对数码电子雷管安全管理的同时，提高了在使用数码电子雷管时的可靠性、安全性及便利性。

本发明的技术方案是：

一种无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统，包含无线遥控现场可编程数码电子雷管100、无线起爆器200，其特征在于所述无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统有一个所述无线起爆器200和至少一个所述无线遥控现场可编程数码电子雷管100；所述无线遥控现场可编程数码电子雷管100内有一个与微控制器102连接的无线通信单元101、且所述无线起爆器200内有一个与嵌入式系统202连接的无线通信单元201，所述无线通信单元101与所述无线通信单元201可进行双向无线通信；所述无线起爆器200将身份认证、延期时间参数、定时信号及起爆命令等指令(或数据)通过所述无线通信单元201发送给所述无线遥控现场可编程数码电子雷管100中的所述无线通信单元101，由所述无线通信单元101传送给所述微控制器102进行相应的处理；所述无线遥控现场可编程数码电子雷管100将身份确认、工作状态及对所述无线起爆器200所发命令的应答信号通过所述无线通信单元101发送给所述无线起爆器200中的所述无线通信单元201，由所述无线通信单元201传送给所述嵌入式系统202作相应的处理。

所述的无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统，其特征在于在所述无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统中所述无线遥控现场可编程数码电子雷管100的数量不受限制；所述无线起爆器200中的所述无线通信单元201可与从100.1到100.n的多个所述无线遥控现场可编程数码电子雷管100中的无线通信单元101构成一个无线双向通信网络400；所述无线双向通信网络400中定义了三种设备类型：网络协调器(coordinator)、路由器(router)及终端设备(end device)；所述无线起爆器200中的所述无线通信单元201在所述无线双向通信网络400中起网络协调器的作用；所述无线遥控现场可编程数码电子雷管100中的无线通信单元101为所述无线双向通信网络400中的终端设备；所述无线遥控现场可编程数码电子雷管100中的无线通信单元101在所述无线双向通信网络400中也可同时被定义既为路由器又为终端设备；在所述无线双向通信网络400中，还可以加设本身不是所述无线遥控数码电子雷管的专用路由器300；所述网络协调器和终端设备为必备的网络设备，而路由器则视情况不同而决定设置或不设置。

所述的无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统，其特征在于由所述无线遥控现场可编程数码电子雷管100中的所述无线通信单元101及所述无线起爆器200中的所述无线通信单元201构成的所述无线双向通信网络400可以工作在任何可利用的无线电波段；所述无线通信单元101和所述无线通信单元201中固化了所述无线双向通信网络400通信所需的协议栈；所述无线双向通信网络400有但不限于两种拓扑结构的组网形式，其一是包含协调器(coordinator)和终端设备(end device)的星型拓扑，其二是包含协调器(coordinator)、路由器(router)及终端设备(end device)的树形拓扑。

所述的无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统，其特征在于所述无线双向通信网络400中设备身份的识别可以采用网络地址(即在组网时自动被分配的地址)，也可以采用固定身份码来确定。

所述的无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统，其特征在于所述无线遥控现场可编程数码电子雷管100内部有一个无线通信单元101与微控制器102通过内部通信接口连接，实现所述无线通信单元101与所述微控制器102的数据通信；所述微控制器102物理上可以被集成于无线通信单元101内，也可以做成一个物理上独立的单元电路。与所述无线通信单元101连接的天线110可以是做在所述无线通信单元101电路板上的印刷电路板载天线，也可以是另加的外置天线。

所述的无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统，其特征在于所述无线遥控现场可编程数码电子雷管100内部有一个身份识别单元104，所述微控制器102将所述无线起爆器200通过所述无线双向通信网络400发送过来的身份识别代码与储存于所述身份识别单元104中的身份识别代码进行比较，以确定所述无线遥控现场可编程数码电子雷管100身份的合法性以及起爆命令的合法性。

所述的无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统，其特征在于所述无线遥控现场可编程数码电子雷管100内部有在所述微控制器102控制下的点火控制及驱动单元106、充电电路105、安全放电电路109及点火器107；所述充电电路105在所述微控制器102的控制下给储能元件108充电；所述安全放电电路109在所述微控制器102的控制下可将所述储能元件中的能量释放至安全阈值之下；所述点火控制及驱动单元106、点火器107及所述储能元件108形成一个串联回路，在所述微控制器102的控制下，所述点火控制及驱动单元106可使所述储能元件108中存储的能量瞬间释放给所述点火器107并令所述点火器107发火；所述储能元件108有一信号线与所述微控制器102的某一AD(模数转换)输入端子连接，所述微控制器102由此可以判别所述储能元件108的储能状况。

所述的无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统，其特征在于所述无线起爆器200内部有所述无线通信单元201通过内部接口与所述嵌入式系统202连接，所述嵌入式系统202通过所述无线通信单元201与所述无线双向通信网络400进行数据传输，从而实现对所述无线遥控现场可编程数码电子雷管100的控制；所述无线起爆器200内部有存储器204，可以存放所述无线遥控现场可编程数码电子雷管100的身份代码；所述存储器204中存储的所述无线遥控现场可编程电子数码雷管100的身份代码可以事先通过通信接口205从计算机或其他存储设备输入，也可以从读卡器207输入；所述通信接口205可以但不限于是USB接口；所述读卡器207可以但不限于是RFID读卡器；所述嵌入式系统202通过人机对话接口203接受外部操作指令，也可通过所述通信接口205接受来自计算机的操作指令；与所述无线通信单元201连接的天线206为外置天线，为了增加所述天线206的高度，所述无线通信单元201和所述天线206之间可以用50Ω同轴电缆连接。

所述的无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统，其特征在于所述无线遥控现场可编程数码电子雷管100内部有一个电源管理单元103，负责分别给所述无线通信单元101、所述微控制器102、所述身份识别单元104、所述充电电路105及所述储能元件108提供相应的工作电压；所述点火控制及驱动单元106由所述储能元件108供电，在储能元件未充电之前不能工作，以保证不出现误发火；所述电源管理单元103可由外部电源集中供电也可由内部独立电源供电；内部独立电源可以但不限于是一个电池。

本发明的优点在于：

(1)利用无线通信技术替代现有的有线通信技术，使得在对数码电子雷管现场编程时不需要在数码电子雷管与起爆器之间连线，从而消除了由众多连线接点带来的不可靠因素，也减少了大量人力。由于采用了先进的调制及纠错技术，保证了无线通信的可靠性。

(2)彻底解决在控制远距离爆破时有线通信不能同时连接大量雷管的弊端。由于有线通信物理连线易受干扰，且因导线的长短、连接方式不同其物理性质变化巨大，造成导线的物理性质难以正确模拟，故要解决长距离、多节点的通信，技术上困难较多，成本较高。本发明采用无线通信技术，因此起爆器可以控制的雷管数量不再受限制。理论上遥控起爆距离也不受限制。

(3)降低了远距离遥控起爆的成本。随着距离的增加，爆破点的增加，满足现场可编程数码电子雷管的有线通信成本急剧增加，而采用本发明的技术方案，距离和爆破点的增加对设备成本和作业成本影响不大。

(4)由于采用须授权的专用起爆器，有效地控制了雷管的非法使用。

附图说明

图1为本发明无线遥控现场可编程数码电子雷管的构成示意图。

图2为本发明无线起爆器的构成示意图。

图3-1为本发明无线双向通信网络的一种拓扑结构示意图。

图3-2为本发明无线双向通信网络的另一种拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。参看图3-1、图3-2，这是本发明的一种基本技术方案。一种无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统，包括无线遥控现场可编程数码电子雷管100、无线起爆器200，其特征在于所述无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统有一个无线起爆器200和至少一个无线遥控现场可编程数码电子雷管100；无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统中的无线遥控现场可编程数码电子雷管100的数量不受限制，少则一个，多可至成千上万个。

参看图1，它表达了本发明无线遥控现场可编程数码电子雷管100内部各功能部件的构成示意图。参看图2，它表达了本发明无线起爆器200内部各功能部件的构成示意图。其特征在于无线遥控现场可编程数码电子雷管100内有一个无线通信单元101可与无线起爆器200内的无线通信单元201进行双向无线通信。无线起爆器200将身份认证、延期时间参数、定时信号及起爆命令等指令(或数据)通过无线通信单元201发送给无线遥控现场可编程数码电子雷管100中的无线通信单元101，再由无线通信单元101传送给微控制器102作相应的处理；同样无线遥控现场可编程数码电子雷管100则将身份确认、工作状态及对无线起爆器200所发命令的应答信号通过无线通信单元101发送给无线起爆器200中的无线通信单元201，再由无线通信单元201传送给嵌入式系统202作相应的处理。

参看图3-1、图3-2，系统中无线起爆器200的无线通信单元201可与从100.1到100.n的多个无线遥控现场可编程数码电子雷管100中的无线通信单元101构成一个无线双向通信网络400。在这样一个网络中定义了三种设备类型：网络协调器(coordinator)、路由器(router)及终端设备(end device)；无线起爆器200中的无线通信单元201起网络协调器的作用，这个网络协调器负责创建网络、对网络进行分配、频段选择、协助终端设备完成通信及其它网络管理功能。无线遥控现场可编程数码电子雷管100中的无线通讯单元101则为该网络中的终端设备，并且无线通信单元101在该网络中还可同时被定义既为路由器又为终端设备。在无线双向通信网络400中，网络协调器和终端设备为必备的网络设备，而路由器则视情况不同而决定设置或不设置。当需要设置路由器时，可选择该网络中任意终端设备，将其同时定义为(router)，这样该无线通信单元101就既是一个普通的终端设备(end device)又担负路由器工作。在所述无线双向通信网络400中，还可以加设本身不是所述无线遥控数码电子雷管100的专用路由器300，这种路由器在无线双向通信网络400中只担负信号转发和分配网络地址的任务。

无线遥控现场可编程数码电子雷管100中的无线通信单元101和无线起爆器200中的无线通信单元201构成的无线双向通信网络400可以工作在任何可利用的无线电波段。本发明的一个实例工作在ISM(Industrial Scientific Medical)频段，无线通信单元101和无线通信单元201中都已固化了该种无线双向通信网络400通信所需的协议栈。且该无线双向通信网络400有但不限于两种拓扑结构的组网形式，其一是包含协调器(coordinator)和终端设备(end device)的星型拓扑，其二是包含协调器(coordinator)、路由器(router)及终端设备(end device)的树形拓扑，只有在通信距离较远或遇有障碍物影响通信效果时，才使用第二种拓扑结构。在第二种拓扑结构中，路由器可以就是终端设备即无线遥控现场可编程数码电子雷管也可以是专用的路由器。所述无线双向通信网络400中设备身份的识别可以采用网络地址(即在组网时自动被分配的地址)，也可以采用固定身份码来确定。

图1中，现场可编程数码电子雷管100内部的无线通信单元101与微控制器102是通过内部通信接口连接，以实现无线通信单元101与微控制器102的数据通信。微控制器102物理上可以被集成于无线通信单元101内，也可以做成一个物理上独立的单元电路，本发明的一个实例是将微控制器102集成在无线通信单元101的内部，且该微控制器为一51核的单片机。与所述无线通信单元101连接的天线110可以是做在所述无线通信单元101电路板上的印刷电路板载天线，也可以是另加的外置天线，视起爆距离而定

无线遥控现场可编程数码电子雷管100内部有一个身份识别单元104，微控制器102将无线起爆器200发送的身份识别代码与储存于身份识别单元104中的身份识别代码进行比较，以确定所述无线遥控现场可编程数码电子雷管100身份的合法性以及起爆命令的合法性。若两者相同，则微控制器102通过无线通信单元101向无线起爆器200返回身份合法的信息，同时认定随后无线起爆器200发送的起爆命令合法；若两者不同，则返回身份不合法的命令，同时认定随后的任何指令为非法，无线遥控现场可编程数码电子雷管100拒绝执行随后的(给储能元件充电、起爆等)任何指令，保证雷管使用和起爆的合法性和安全性。

无线遥控现场可编程数码电子雷管100内部的点火控制及驱动单元106、充电电路105及安全放电电路109，在微控制器102控制下工作，其工作过程如下：身份确认后，微控制器102即可接受来自无线起爆器200的其它命令。首先，无线起爆器200给微控制器102中的定时器输入规定的延期时间值，然后充电电路105在微控制器102的控制下给储能元件108充电；充电完成后点火控制及驱动单元即可正常工作，点火控制及驱动单元106、点火器107及储能元件108形成一个串联回路，在接到起爆命令后，微控制器102中的定时器开始计时，达到规定的延期时间后，微控制器102发出点火信号，点火控制及驱动单元106在此点火信号作用下开始动作，使储能元件108中存储的能量瞬间释放给点火器107并使点火器107发火；若充电完成后，遇到突发事件需要中断爆破作业，则安全放电电路109在微控制器102的控制下可将所述储能元件中的能量释放至安全阈值之下。储能元件108有一信号线与微控制器102的某一AD(模数转换)输入端子连接，微控制器102由此可以判别所述储能元件108的储能状况。无线遥控现场可编程数码电子雷管100在完成起爆命令之前的各种操作后，都向起爆器报告完成情况，以保证爆破作业的正确性和可靠性。在有多个无线遥控现场可编程数码电子雷管100的情况下，经逐一认证身份之后，无线起爆器200再对各个无线遥控现场可编程数码电子雷管100分别输入延期时间值，下达充电命令。所有步骤完成之后，全部无线遥控现场可编程数码电子雷管100开始等待无线起爆器200发出起爆命令(起爆命令为广播式)，在接到起爆命令后，各个无线遥控现场可编程数码电子雷管开始计时，由于预先设定的延期时间值不一样，所以最终各个雷管起爆时间不一样。

无线遥控现场可编程数码电子雷管100内部有一个电源管理单元103，负责分别给无线通信单元101、微控制器102、身份识别单元104、充电电路105及储能元件108提供相应的工作电压。点火控制及驱动单元106由储能元件108供电，在储能元件未充电之前不能工作，以保证在安装电池(或接通电源)时、微控制器复位时或遭遇强干扰时不出现误发火现象。电源管理单元可由外部电源集中供电也可由内部独立电源供电，内部独立电源可以但不限于是一个电池。

参看图2，无线起爆器200内部无线通信单元201通过内部接口与嵌入式系统202连接，嵌入式系统202通过无线通信单元201与无线双向通信网络400进行数据传输，从而实现对无线遥控现场可编程数码电子雷管100的控制。在无线起爆器200内部有存储器204，可以存放所述无线遥控现场可编程数码电子雷管100的身份代码。存储器204中存储的无线遥控现场可编程电子数码雷管100的身份代码可以事先通过通信接口205从计算机或其他存储设备输入，也可以从读卡器207输入，通信接口205可以但不限于是USB接口，所述读卡器207可以但不限于是RFID读卡器。嵌入式系统202通过人机对话接口203接受外部操作指令，也可通过通信接口205接受来自计算机的操作指令。与无线通信单元201连接的天线206为外置天线，为了增加所述天线206的高度，所述无线通信单元201和所述天线206之间可以用50Ω同轴电缆连接。

Claims (5)

1.一种无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统，包含无线起爆器(200)、至少一个或多个无线遥控现场可编程数码电子雷管(100)，所述无线遥控现场可编程数码电子雷管(100)的数量不受限制；所述无线遥控现场可编程数码电子雷管(100)内有一个与微控制器(102)连接的无线通信单元1(101)、且所述无线起爆器(200)内有一个与嵌入式系统(202)连接的无线通信单元2(201)，所述无线起爆器(200)中的所述无线通信单元2(201)与从100.1到100.n的多个所述无线遥控现场可编程数码电子雷管(100)中的无线通信单元1(101)构成一个无线双向通信网络(400)；所述嵌入式系统(202)通过所述无线通信单元2(201)与所述无线双向通信网络(400)进行数据传输，从而实现对所述无线遥控现场可编程数码电子雷管(100)的控制，其特征在于：

(1)所述无线通信单元1(101)与所述无线通信单元2(201)可进行双向无线通信；所述无线起爆器(200)将身份认证、延期时间参数、定时信号及起爆命令等指令或数据通过所述无线通信单元2(201)发送给所述无线遥控现场可编程数码电子雷管(100)中的所述无线通信单元1(101)，由所述无线通信单元1(101)传送给所述微控制器(102)进行相应的处理；所述无线遥控现场可编程数码电子雷管(100)将身份确认、工作状态及对所述无线起爆器(200)所发命令的应答信号通过所述无线通信单元1(101)发送给所述无线起爆器(200)中的所述无线通信单元2(201)，由所述无线通信单元2(201)传送给所述嵌入式系统(202)作相应的处理；

(2)所述无线遥控现场可编程数码电子雷管(100)内部的所述无线通信单元1(101)与所述微控制器(102)通过内部通信接口连接，实现所述无线通信单元1(101)与所述微控制器(102)的数据通信；所述微控制器(102)物理上被集成于无线通信单元1(101)内，或做成一个物理上独立的单元电路；与所述无线通信单元1(101)连接的天线(110)是做在所述无线通信单元1(101)电路板上的印刷电路板载天线，或是另加的外置天线；

(3)所述无线遥控现场可编程数码电子雷管(100)内部有一个身份识别单元(104)，所述微控制器(102)将所述无线起爆器(200)通过所述无线通信单元2(201)和所述无线通信单元1(101)发送过来的身份识别代码与储存于所述身份识别单元(104)中的身份识别代码进行比较，以确定所述无线遥控现场可编程数码电子雷管(100)身份的合法性以及起爆命令的合法性；

(4)所述无线遥控现场可编程数码电子雷管(100)内部有在所述微控制器(102)控制下的点火控制及驱动单元(106)、充电电路(105)、安全放电电路(109)及点火器(107)；所述充电电路(105)在所述微控制器(102)的控制下给储能元件(108)充电；所述安全放电电路(109)能够在所述微控制器(102)的控制下将所述储能元件中的能量释放至安全阈值之下；所述点火控制及驱动单元(106)、所述点火器(107)及所述储能元件(108)形成一个串联回路，在所述微控制器(102)的控制下，所述点火控制及驱动单元(106)使所述储能元件(108)中存储的能量瞬间释放给所述点火器(107)并令所述点火器(107)发火；所述储能元件(108)有一信号线与所述微控制器(102)的某一模数转换输入端子连接，所述微控制器(102)由此判别所述储能元件(108)的储能状况；

(5)所述无线起爆器(200)内部的所述无线通信单元2(201)通过内部接口与所述嵌入式系统(202)连接；所述无线起爆器(200)内部有存储器(204)，存放所述无线遥控现场可编程数码电子雷管(100)的身份代码；所述存储器(204)中存储的所述无线遥控现场可编程电子数码雷管(100)的身份代码事先通过通信接口(205)从计算机或其他存储设备输入，或从读卡器(207)输入；所述通信接口(205)为USB接口或其他标准通信接口；所述读卡器(207)为RFID读卡器；所述嵌入式系统(202)通过人机对话接口(203)接受外部操作指令，或通过所述通信接口(205)接受来自计算机的操作指令；与所述无线通信单元2(201)连接的天线(206)为外置天线，为了增加所述天线(206)的高度，所述无线通信单元2(201)和所述天线(206)之间用50Ω同轴电缆连接；

2.根据权利要求1所述的无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统，其特征在于，在所述无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统中，所述无线双向通信网络(400)中定义了三种设备类型：网络协调器(coordinator)、路由器(router)及终端设备(end device)；所述无线起爆器(200)中的所述无线通信单元2(201)在所述无线双向通信网络(400)中起网络协调器的作用；所述无线遥控现场可编程数码电子雷管(100)中的无线通信单元1(101)为所述无线双向通信网络(400)中的终端设备，或同时被定义既为路由器又为终端设备；在所述无线双向通信网络(400)中，还能够加设本身不是所述无线遥控数码电子雷管(100)的专用路由器(300)；所述网络协调器和终端设备为必备的网络设备，而路由器则视情况不同而决定设置或不设置。

3.根据权利要求1或2所述的无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统，其特征在于，无线双向通信网络(400)工作在任何可利用的无线电波段；所述无线通信单元1(101)和所述无线通信单元2(201)中固化了所述无线双向通信网络(400)通信所需的协议栈；所述无线双向通信网络(400)有但不限于两种拓扑结构的组网形式，其一是包含协调器(coordinator)和终端设备(end device)的星型拓扑，其二是包含协调器(coordinator)、路由器(router)及终端设备(enddevice)的树形拓扑。

4.根据权利要求1或2所述的无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统，其特征在于，所述无线双向通信网络(400)中设备身份的识别采用网络地址，即在组网时自动被分配的地址，或采用固定身份码来确定。

5.根据权利要求1或2所述的无线遥控现场可编程数码电子雷管控制系统，其特征在于，所述无线遥控现场可编程数码电子雷管(100)内部有一个电源管理单元(103)，负责分别给所述无线通信单元1(101)、所述微控制器(102)、所述身份识别单元(104)、所述充电电路(105)及所述储能元件(108)提供相应的工作电压；所述点火控制及驱动单元(106)由所述储能元件(108)供电，在储能元件未充电之前不能工作，以保证不出现误发火；所述电源管理单元(103)可由外部电源集中供电或由内部独立电源供电；内部独立电源为一个电池。

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