CN103225994A - 一种数码电子雷管控制器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雷管信息检测处理技术领域，公开一种数码电子雷管控制器及控制方法，所述控制方法采用数码电子雷管控制器与起爆系统连接进行无极性控制，控制器包括：通信模块、电源模块、处理单元，起爆储能单元、放电模块、起爆控制模块、桥丝QS、桥丝检测模块；所述通信模块通过电源模块与处理单元第一输入端相连，所述通信模块的数据信号端与处理单元第二输入端的数据信号端相连；所述处理单元第一输出端通过放电模块与起爆储能单元相连，处理单元第三输出端通过起爆控制模块与起爆储能单元相连，所述处理单元第二输出端通过起爆储能单元与桥丝QS相连。本发明能够提高雷管使用的安全性、可靠性、可检测性和可控性。

Description

一种数码电子雷管控制器及控制方法

技术领域

本发明涉及雷管信息检测处理技术领域，尤其涉及用于雷管内部进行检测、信息处理、延时、控制药头起爆的一种数码电子雷管控制器及控制方法。 

背景技术

目前，国外数码电子雷管发展最为成熟的是澳大利亚Orica公司生产的i-KonTM 数码电子雷管起爆系统，2006年三峡围堰爆破使用的就是Orica公司的数码电子雷管；日本旭化成数码电子雷管、非洲炸药公司AEL公司的数码电子雷管均已在工程爆破作业中广泛使用。 

国内数码电子雷管的起步也较早，20世纪80年代冶金部安全环保研究院开始研制电子延期超高精度雷管，于1988年完成我国第一代数码电子雷管。云南燃料一厂于1996年开展了电子延期电雷管的研制工作，2001年12月通过了技术鉴定和设计定型。目前，中国兵器工业系统总体部、贵州久联民爆器材发展股份有限公司、西安213所、北方邦杰以及国内几个知名的民爆器材生产企业相继开展此项研究工作，并取得了较大的突破，有些已经在爆破工程中得以应用。 

以上各家数码电子雷管各有特点，但技术水平差别较大。基本处于研制或完善阶段。毕竟通过技术鉴定只能说明在原理上没问题，但作为产品则要求的是技术成熟度，要能适合于规模化生产，解决和点火药头的匹配、生产和使用的方法、试验场使用等一系列环节的问题，可能比研发还要复杂,还有相当长的路要走。 

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明提供一种数码电子雷管控制器及控制方法。能够提高雷管使用的安全性、可靠性、可检测性和可控性。 

为了实现上述发明目的，本发明采用技术方案如下： 

一种数码电子雷管控制器，包括：通信模块、电源模块、处理单元，起爆储能单元、放电模块、起爆控制模块、桥丝QS、桥丝检测模块；所述通信模块通过电源模块与处理单元第一输入端相连，所述通信模块的数据信号端与处理单元第二输入端的数据信号端相连；所述处理单元第一输出端通过放电模块与起爆储能单元相连，处理单元第三输出端通过起爆控制模块与起爆储能单元相连；所述处理单元第二输出端通过起爆储能单元与桥丝QS相连；桥丝QS通过桥丝检测模块与处理单元第三输入端相连。

一种数码电子雷管控制器，所述电源模块为整流桥堆，或为整流二极管。 

一种数码电子雷管控制器，所述起爆储能单元为储能的钽电容。 

一种数码电子雷管控制器，所述起爆控制模块由单向可控硅的开关端通过放电电容与桥丝QS串联连接构成，单向可控硅的触发端为起爆控制开关的控制端。 

一种数码电子雷管控制器，所述处理单元由单片机构成，所述单片机具有两个输入端：电源模块输入端和桥丝检测模块输入端；单片机具有三个输出端：放电模块输出端、起爆储能单元输出端和起爆控制模块输出端。 

一种数码电子雷管控制器，所述通信模块由桥二极管电路输出端与电阻和二极管串联构成，桥二极管电路输入端为无极性的雷管引脚线。 

一种数码电子雷管控制器，所述放电模块由场效应管的开关端通过放电电容与桥丝QS串联连接构成。 

一种数码电子雷管控制器，所述桥丝检测模块由桥丝检测电阻构成。 

一种数码电子雷管控制器的控制方法，采用数码电子雷管控制器控制起爆药的起爆，其步骤如下： 

1）、采用数码电子雷管控制器的整流桥堆的通信模块与起爆系统进行无极性连接；

2）、采用储能器件放电方式加热起爆药头起爆；

3）、桥丝装配采用电路板贴装埋焊方式，电路板设置两面桥丝焊盘边距使桥丝阻值控制在放电时间0.3ms以内，提高雷管起爆可靠性；

4）、设置数码电子雷管延期时间，并依据雷管产品ID号在线对每发数码电子雷管的延迟时间进行设置和查询；

5）、通过软件逻辑编程实现检测电路工作状态、控制外围动作及与外界进行数据交换，电子雷管控制器在初始化阶段接收校正脉冲，接收完校正脉冲后以上升沿为标准同步进入主程序等待命令，消除了不同电子雷管控制器起始工作时间不一致问题，提高了通信可靠性；当接收到起爆系统的充电指令后，接收授权密码与预设的授权密码进行对比，授权正确后控制开关对起爆储能电容进行充电，否则不执行充电动作，接收到起爆指令后发出起爆动作，起爆完成或接收到非法指令，对起爆储能电容进行放电，保证雷管使用安全性；其具体流程如下：

（1）、开始，判断是否有指令数据，否，返回；是，继续进行下一步判断；

（2）、判断是否是充电指令指令，

a).是，判断起爆授权是否正确，是，起爆储能电容开始充电；否，返回；

b).否，继续进行下一步判断；

（3）、判断是否是起爆指令，否，返回；是，继续进行下一步判断；

（4）、判断起爆储能电容是否已经充电，否，结束；是，继续进行下一步；

（5）、进行延时、起爆动作，起爆储能电容通过桥丝起爆药头，结束。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性： 

1、 本发明属于数码电子雷管核心配件，其结构特点是：板子尺寸及厚度适合现有75mm雷管管体安装要求；

2、通过起爆系统设备可写入、存储和读取企业产品ID号、起爆延期时间、起爆授权密码等信息参数；

3、具有在线网络检测功能，爆破网络连接后，可以检测每发数码电子雷管是否在线、工作状态、延期时间、桥丝状态等信息；

4、本发明接收到起爆系统的充电指令后，接收授权密码与预设的授权密码进行对比，授权正确后控制开关对起爆储能电容进行充电，否则不执行充电动作，接收到起爆指令后发出起爆动作，起爆完成或接收到非法指令，对起爆储能电容进行放电，保证雷管使用安全性；

5、采用储能器件放电方式加热药头起爆，桥丝装配采用电路板贴装埋焊方式，电路板设计两面桥丝焊盘边距一定，解决普通电雷管桥丝长度不好控制的缺点，保证桥丝阻值在有效范围内，有效放电时间就可以控制在0.3ms以内，起爆能量一致性好，提高雷管起爆可靠性；

6、数码电子雷管延期时间设置方式预设与在线兼容设计，即可以预设置每发数码电子雷管延期时间，也可以依据产品ID号在线对每发数码电子雷管的延迟时间进行设置和查询。

7、采用起爆网络从机校正脉冲校准数码电子雷管延时时钟，补偿因处理单元个体差异或不同温度下延期时钟的飘移，提高起爆延时精度。所有电子雷管控制器在初始化阶段接收校正脉冲，接收完校正脉冲后以上升沿为标准同步进入主程序等待命令，消除了不同电子雷管控制器起始工作时间不一致问题，提高了通信可靠性。 

8、外部采用超薄热缩管密封绝缘，保证与管壳绝缘和加固，安全性，提高数码电子雷管抗振性能。 

本发明采用现代电子信息技术与传统雷管起爆方式相结合，弥补了传统雷管存在延时精度低、信息检测处理局限性、市场难以管理等缺点，提高雷管使用的安全性、可靠性、可检测性和可控性。适合我国雷管使用国情和政策导向。 

附图说明

图1为数码电子雷管控制器原理框图。图2为通信模块电路示意图； 图3为电源模块电路示意图；图4为放电模块电路示意图；图5为起爆储能模块电路示意图；图6为起爆控制模块电路示意图；图7为桥丝检测模块电路示意图； 

图8为数码电子雷管结构示意图。 

图9为数码电子雷管控制器起爆流程图。 

图中：1、雷管引脚线，2、密封塞，3、数码电子雷管控制器，4、雷管壳体，5、起爆药。 

具体实施方式

如图1、2、3所示，一种数码电子雷管，由雷管壳体4内设置的数码电子雷管控制器3一端雷管引脚线1穿过密封塞2，数码电子雷管控制器3另一端与起爆药5相接触。数码电子雷管控制器3外部采用超薄热缩管密封绝缘，保证与管壳绝缘和加固，安全性，提高数码电子雷管抗振性能。 

所述数码电子雷管控制器，包括：通信模块、电源模块、处理单元，起爆储能单元、放电模块、起爆控制模块、桥丝QS、桥丝检测模块；所述通信模块通过电源模块与处理单元第一输入端相连，所述通信模块的数据信号端与处理单元第二输入端的数据信号端相连；所述处理单元第一输出端通过放电模块与起爆储能单元相连，处理单元第三输出端通过起爆控制模块与起爆储能单元相连；所述处理单元第二输出端通过起爆储能单元与桥丝QS相连；桥丝QS通过桥丝检测模块与处理单元第三输入端相连。 

所述电源模块为整流桥堆，或为整流二极管。 

所述起爆储能单元为储能的钽电容。 

所述起爆控制模块由单向可控硅的开关端通过放电电容与桥丝QS串联连接构成，单向可控硅的触发端为起爆控制开关的控制端。 

所述处理单元由单片机构成，所述单片机具有两个输入端：电源模块输入端和桥丝检测模块输入端；单片机具有三个输出端：放电模块输出端、起爆储能单元输出端和起爆控制模块输出端。 

所述通信模块由桥二极管电路输出端与电阻和二极管串联构成，桥二极管电路输入端为无极性的雷管引脚线1。所述放电模块由场效应管的开关端通过放电电容与桥丝QS串联连接构成。所述桥丝检测模块由桥丝检测电阻构成。 

一种数码电子雷管的控制方法，采用数码电子雷管控制器控制起爆药的起爆，其步骤如下： 

1）、采用数码电子雷管控制器的整流桥堆的通信模块与起爆系统进行无极性连接；

2）、采用储能器件放电方式加热起爆药头起爆；

3）、桥丝装配采用电路板贴装埋焊方式，电路板设置两面桥丝焊盘边距使桥丝阻值控制在放电时间0.3ms以内，提高雷管起爆可靠性；

4）、设置数码电子雷管延期时间，并依据雷管产品ID号在线对每发数码电子雷管的延迟时间进行设置和查询；

5）、通过软件逻辑编程实现检测电路工作状态、控制外围动作及与外界进行数据交换，电子雷管控制器在初始化阶段接收校正脉冲，接收完校正脉冲后以上升沿为标准同步进入主程序等待命令，消除了不同电子雷管控制器起始工作时间不一致问题，提高了通信可靠性；当接收到起爆系统的充电指令后，接收授权密码与预设的授权密码进行对比，授权正确后控制开关对起爆储能电容进行充电，否则不执行充电动作，接收到起爆指令后发出起爆动作，起爆完成或接收到非法指令，对起爆储能电容进行放电，保证雷管使用安全性；其具体流程如下：

（1）、开始，判断是否有指令数据，否，返回；是，继续进行下一步判断；

（2）、判断是否是充电指令指令，

a).是，判断起爆授权是否正确，是，起爆储能电容开始充电；否，返回；

b).否，继续进行下一步判断；

（3）、判断是否是起爆指令，否，返回；是，继续进行下一步判断；

（4）、判断起爆储能电容是否已经充电，否，结束；是，继续进行下一步；

（5）、进行延时、起爆动作，起爆储能电容通过桥丝起爆药头，结束。

数码电子雷管的基本设计理念是用精准的电子延时技术取代传统延时方法，解决传统方法延时时间分散性和使用中的不确定性；借助现代信息技术，实现雷管应用中的灵活多变性（可在雷管装入炮孔后编程）和可测试性。同时，引入了抗静电和射频干扰，抑制杂散电流、电子隔离以及数字化等多项技术，解决外部环境对雷管安全的影响；借助内置储能元件，减少起爆过程中“断线”等突发事故对网络的影响。 

本发明采用模块化设计，见图1依次为：通信模块、电源模块、处理单元、起爆储能单元、放电模块、起爆控制模块、桥丝、桥丝检测模块。 

本发明采用整流桥堆实现与起爆系统的无极性接线及通信；采用钽电容作为控制部分供电储能电容和药头起爆储能电容；采用单向可控硅电路作为起爆控制开关器件；采用场效应管作为药头起爆储能电容充放电控制开关；其中处理单元为该发明的核心单元，采用8位高性能单片机PIC12F683作为处理核心，其通过软件逻辑编程实现检测电路工作状态、延时精度校正补偿、控制外围动作及与外界进行数据交换。 

数码电子雷管控制器接收起爆系统指令进行相应的操作，起爆操作流程如图3。接收到充电指令判断起爆授权密码是否正确，正确则进行正常充电；接收到起爆指令，判断储能电容是否已经充电，如果正常则根据设定的延时参数进行延时；延时时间到，发出起爆命令；起爆结束，对残余储能电量进行放电。 

Claims (9)

1.一种数码电子雷管控制器，其特征是：包括：通信模块、电源模块、处理单元，起爆储能单元、放电模块、起爆控制模块、桥丝QS、桥丝检测模块；所述通信模块通过电源模块与处理单元第一输入端相连，所述通信模块的数据信号端与处理单元第二输入端的数据信号端相连；所述处理单元第一输出端通过放电模块与起爆储能单元相连，处理单元第三输出端通过起爆控制模块与起爆储能单元相连；所述处理单元第二输出端通过起爆储能单元与桥丝QS相连；桥丝QS通过桥丝检测模块与处理单元第三输入端相连。

2.根据权利要求1所述的一种数码电子雷管控制器，其特征是：所述电源模块为整流桥堆，或为整流二极管。

3.根据权利要求1所述的一种数码电子雷管控制器，其特征是：所述起爆储能单元为储能的钽电容。

4.根据权利要求1所述的一种数码电子雷管控制器，其特征是：所述起爆控制模块由单向可控硅的开关端通过放电电容与桥丝QS串联连接构成，单向可控硅的触发端为起爆控制开关的控制端。

5.根据权利要求1所述的一种数码电子雷管控制器，其特征是：所述处理单元由单片机构成，所述单片机具有两个输入端：电源模块输入端和桥丝检测模块输入端；单片机具有三个输出端：放电模块输出端、起爆储能单元输出端和起爆控制模块输出端。

6.根据权利要求1所述的一种数码电子雷管控制器，其特征是：所述通信模块由桥二极管电路输出端与电阻和二极管串联构成，桥二极管电路输入端为无极性的雷管引脚线1。

7.根据权利要求1所述的一种数码电子雷管控制器，其特征是：所述放电模块由场效应管的开关端通过放电电容与桥丝QS串联连接构成。

8.根据权利要求1所述的一种数码电子雷管控制器，其特征是：所述桥丝检测模块由桥丝检测电阻构成。

9.如权利要求1所述的一种数码电子雷管控制器的控制方法，其特征是：采用数码电子雷管控制器控制起爆药的起爆，其步骤如下：

1）、采用数码电子雷管控制器的整流桥堆的通信模块与起爆系统进行无极性连接；

2）、采用储能器件放电方式加热起爆药头起爆；

3）、桥丝装配采用电路板贴装埋焊方式，电路板设置两面桥丝焊盘边距使桥丝阻值控制在放电时间0.3ms以内，提高雷管起爆可靠性；

4）、设置数码电子雷管延期时间，并依据雷管产品ID号在线对每发数码电子雷管的延迟时间进行设置和查询；

5）、通过软件逻辑编程实现检测电路工作状态、控制外围动作及与外界进行数据交换，电子雷管控制器在初始化阶段接收校正脉冲，接收完校正脉冲后以上升沿为标准同步进入主程序等待命令，消除了不同电子雷管控制器起始工作时间不一致问题，提高了通信可靠性；当接收到起爆系统的充电指令后，接收授权密码与预设的授权密码进行对比，授权正确后控制开关对起爆储能电容进行充电，否则不执行充电动作，接收到起爆指令后发出起爆动作，起爆完成或接收到非法指令，对起爆储能电容进行放电，保证雷管使用安全性；其具体流程如下：

（1）、开始，判断是否有指令数据，否，返回；是，继续进行下一步判断；

（2）、判断是否是充电指令指令，

a).是，判断起爆授权是否正确，是，起爆储能电容开始充电；否，返回；

b).否，继续进行下一步判断；

（3）、判断是否是起爆指令，否，返回；是，继续进行下一步判断；

（4）、判断起爆储能电容是否已经充电，否，结束；是，继续进行下一步；

（5）、进行延时、起爆动作，起爆储能电容通过桥丝起爆药头，结束。

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