CN104132594A - 具有指纹检测功能的矿用发爆器 - Google Patents
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Abstract
本发明的具有指纹检测功能的矿用发爆器，包括蓄电池、多层毫秒开关、变压器、储电电容C7、微控制器、4位数码管模块、放炮母线正极和放炮母线负极，特征在于：包括指纹检测模块以及发光二极管D24、D25和D26，指纹检测模块用于瓦检员、班组长和放炮员指纹信息的识别，发光二极管D24、D25和D26分别指示是否检测到正确的指纹信息。本发明的矿用发爆器，在引爆前必须对瓦检员、班组长、放炮员的指纹信息进行验证，如果指纹信息验证通过，则相应的发光二极管进行闪烁；只有当所有人员的指纹信息验证通过时，才可利用发爆器进行引爆作业，有效地保证了放炮的安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有指纹检测功能的矿用发爆器，更具体的说，尤其涉及一种充电前需要对瓦检员、班组长和放炮员的指纹信息进行验证的具有指纹检测功能的矿用发爆器。
背景技术
矿用发爆器作为引爆串联后电雷管的用具，用于煤矿作业场合的特殊性，对发爆器的本安特性和防爆特性均有严格的要求。发爆器的规格（容量）按引爆电雷管的额定发数表示，其系列为：10发、25发、50发、100发、150发、200发等。之所以需要根据所引爆电雷管的数量来设计发爆器的型号，这是因为不同数量的电雷管所需要的引燃冲量不等。表现在储电电容上就是电容的充电电压不同，如果电容两端的电压过高，易造成引爆前火花事故的发生，会对安全产生不利影响；如果电容两端的电压过低，会造成“丢炮”现象，对于没有被引燃的电雷管来说散落在煤矿巷道内，无疑存在巨大的安全隐患。
在煤矿作业环境中，瓦检员、班组长、放炮员承担着不同的职责，在引爆电雷管时，只有当他们都确认后才可引爆，否则容易出现瓦斯爆炸、或现场工作人员没有撤离的情形。对于现有的发爆器来说，一般采用瓦检员、班组长、放炮员分别按键或携带含有电子标签的识别卡，当有按键按下或周围有识别卡存在时，则认为瓦检员、班组长、放炮员已确认，可进行引爆作业。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种具有指纹检测功能的矿用发爆器。
本发明的具有指纹检测功能的矿用发爆器，包括蓄电池、多层毫秒开关、变压器、储电电容C7、微控制器、4位数码管模块、放炮母线正极和放炮母线负极，蓄电池给整个发爆器提供电能，多层毫秒开关对充电和放炮进行控制，变压器对储电电容进行充电，放炮母线正极和放炮母线负极接于电雷管组成网路的两端；其特征在于：包括指纹检测模块以及发光二极管D24、D25和D26，指纹检测模块用于瓦检员、班组长和放炮员指纹信息的识别，发光二极管D24、D25和D26分别指示是否检测到正确的瓦检员、班组长和放炮员的指纹信息，指纹检测模块通过指纹检测接口与微控制器相连接；发光二极管D24、D25和D26正极均与电源正相连接，发光二极管D24、D25和D26的负极分别与三极管Q13、Q14和Q15的集电极相连接，三极管Q13、Q14和Q15的发射极均与电源地gnd相连接，三极管Q13、Q14和Q15的基极分别与微控制器的不同输出端口相连接。
本发明的具有指纹检测功能的矿用发爆器，所述微控制器连接有存储器、通讯接口转换芯片和移位寄存器，存储器用于存储程序和指纹信息，通讯接口转换芯片实现USB总线与RS232总线的转换，通讯接口转换芯片连接有USB接口；移位寄存器的输入端与微控制器相连接，输出端与4位数码管模块的数据线相连接，4位数码管模块的位选端分别与三极管Q9、Q10、Q11和Q12的集电极相连接，三极管Q9、Q10、Q11和Q12的发射极均与电源地gnd相连接，三极管Q9、Q10、Q11和Q12的基极分别与微控制器的不同端口相连接。
本发明的具有指纹检测功能的矿用发爆器，包括第一稳压开关（5）和恒流源模块；所述多层毫秒开关由K1层开关、K2层开关和K3层开关组成，每层开关中均包括1号接线对、2号接线对和3号接线对，多层毫秒开关的旋钮使不同层开关中编号相同的接线对同时导通；
蓄电池的正极经K3层开关中的1号接线对与第一稳压模块的输入端相连接，第一稳压模块的输出端与恒流源模块的输入端相连接，恒流源模块的输出经电阻R25、继电器K3的常闭点、继电器K2的常闭点、K2层开关中的1号接线对与放炮母线正极相连接；放炮母线负极与储电电容的第一接线端相连接，放炮母线负极经K1层开关中的1号接线对、继电器K4的常闭点与电源地gnd相连接；
变压器的一次侧绕组经继电器K5的常开点与第一稳压模块的输入端相连接，储电电容C7的第二接线端经K1层开关中的2号接线对与放炮母线正极相连接，储电电容C7的第二接线端经K2层中的3号接线对与放炮母线负极相连接；K1层开关中的3号接线对、K2层开关中的2号接线对、K3层开关中的2号接线对和3号接线对均不接线；
所述继电器K2的线圈与继电器K3的线圈并联后的一端经二极管D3和D2与蓄电池的正极相连接，另一端经继电器K4的常开点与电源地gnd相连接；继电器K4线圈的一端经二极管D4、D1与蓄电池的正极相连接，另一端经三极管Q5与电源地gnd相连接，三极管Q5的基极经电阻R16与电源地相连接，三极管Q5的基极经电阻R8形成隔离控制端dr1；继电器K5线圈的一端与第一稳压模块的输入端相连接，另一端经三极管Q6与电源地gnd相连接，三极管Q6的基极经电阻R18与电源地相连接，三极管Q6的基极经电阻R17形成充电控制端dr2；隔离控制端dr1和充电控制端dr2均与微控制器的输出端相连接。
本发明的具有指纹检测功能的矿用发爆器，所述恒流源模块的输出端经电阻R15、电容C21与电源地gnd相连接，电阻R15与电容C21的连接处形成网路电阻测量端ad1，电阻测量端ad1与微控制器的输入端相连接。
本发明的具有指纹检测功能的矿用发爆器，包括由线性光电耦合器组成的充电电压测量电路，线性光电耦合器的输入侧与储电电容C7相并联，输出侧的集电极经电阻R13与第一稳压模块的输出端相连接，输出侧的发射极经电阻R2与电源地gnd相连接，线性光电耦合器输出侧的发射极形成电压信号端ar；电压信号端ar与运算放大器的同相输入端相连接，运算放大器的反向输入端经电阻R19接于电源地gnd上，运算放大器的输出端形成电压测量端ad2，电压测量端ad2与微控制器的输入端相连接。
本发明的有益效果是：本发明的矿用发爆器，通过设置指纹检测模块和受微控制器控制的发光二极管D24、D25和D26，在引爆前必须对瓦检员、班组长、放炮员的指纹信息进行验证，如果指纹信息验证通过，则相应的发光二极管进行闪烁；只有当所有人员的指纹信息验证通过时，才可利用发爆器进行引爆作业，有效地保证了放炮的安全。
通过设置4位数码管模块，可显示时间、蓄电池电压、网路电阻值等信息，便于放炮人员及时获取发爆器的工作参数信息。通过设置多层毫秒开关、继电器K2、K3、K4和K5，有效地实现了电压测量电路与储电电容的充电电路的隔离。通过设置可向网路中注入电流的恒流源模块，有效地实现了对网路电阻值的测量。
附图说明
图1为本发明的具有指纹检测功能的矿用发爆器的电路图；
图2为本发明的具有指纹检测功能的矿用发爆器的电路图。
图中：1蓄电池，2多层毫秒开关，3放炮母线正极，4放炮母线负极，5第一稳压模块，6恒流源模块，7继电器K3，8继电器K2，9继电器K4，10继电器K5，11变压器，12储电电容C7，13第二稳压模块，14电流传感器，15线性光电耦合器，16运算放大器，17比较器，18第一接线插口，19微控制器，20程序编译电路，21指纹检测接口，22第三稳压模块，23甲烷报警器接口，24存储器，25通讯接口转换芯片，26 USB接口，27移位寄存器，28 4位数码管模块，29第四稳压模块，30第二接线插口，31第三接线插口，32第四接线插口。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图2所示，给出了本发明的具有指纹检测功能的矿用发爆器的电路图，其包括微控制器19、指纹检测接口21、第三稳压模块22、存储器24、通讯接口转换芯片25、USB接口26、移位寄存器27、4位数码管模块28以及第四稳压模块29，所示的微控制器19具有信号采集、数据运算和控制输出的作用，其通过指纹检测接口21与指纹检测模块相连接，以实现对瓦检员、班组长和放炮员的指纹信息检测，只有当指纹信息全部正确时，才可对储电电容进行充电。
所示发光二极管D24、D5和D26的正极均与电源正相连接，D24、D5和D26的的负极分别于三极管Q13、Q14和Q15的集电极相连接，三极管Q13、Q14和Q15的发射极均与电源地gnd相连接，其基极分别与微控制器上标号为PC12、PC10和PC11的引脚相连接。当瓦检员、班组长和放炮员的指纹信息验证通过时，则点亮发光二极管D24、D5和D26中的相应二极管，以指示指纹信息验证通过。
所示的微控制器19通过8位移位寄存器27与4位数码管模块28相连接，微控制器19将待显示的数据输入至移位寄存器27的输入端，移位寄存器27输出的8位数据端口与4位数码管模块28的数据线相连接，这样，微控制器19将待显示的数据输送至4位数码管模块28。4位数码管模块28的位选端依次与三极管Q9、Q10、Q11和Q12的集电极相连接，Q9、Q10、Q11和Q12的发射极均与电源地gnd相连接，其基极通过电阻分别形成与微控制器19的输出端相连接的LEB1、LEB2、LEB3和LEB4接线端，通过位选信号的控制，有效地实现了4位10进制数据的显示。
存储器24与微控制器19相连接，用于存储程序、指纹信息等；通讯接口转换芯片25与微控制器19和USB接口26均相连接，实现USB与RS232总线通讯的转换。第三稳压模块22和第四稳压模块29分别提供不同的稳定电源，第三稳压模块22可采用型号为ASM1173.3的稳压芯片，用于提供3.3V的稳定电压，第四稳压模块29可采用型号为ASM1175.0的稳压芯片，用于提供5.0V的稳定电压。所示的微控制器19还连接有程序编译电路20和甲烷报警器接口23，以分别实现程序编译和甲烷闭锁。所示的第二接线插口30与第一接线插口18相连接，第三接线插口31与第四接线插口32相连接，以方便布线。
如图1所示，给出了本发明的具有指纹检测功能的矿用发爆器的电路图，其包括蓄电池1、多层毫秒开关2、放炮母线正极3、放炮母线负极4、第一稳压模块5、恒流源模块6、变压器11、储电电容C7、第二稳压模块1313、电流传感器14、线性光电耦合器15、运算放大器16、比较器17；蓄电池1为整个发爆器的工作提供稳定的电压，所示的多层毫秒开关2由K1层开关、K2层开关和K3层开关组成，每层开关中均包括1号接线对、2号接线对和3号接线对，且编号相同的接线对位于相对应的位置；多层毫秒开关2的旋钮可使不同层上编号相同的接线对同时导通。蓄电池1的正极经K3层开关中的1号接线对与第一稳压模块5的输入端相连接，蓄电池1的负极形成电源地gnd。
所示的第一稳压模块5的输出端与恒流源模块6的输入端相连接，恒流源模块6的输出经电阻R25、继电器K3的常闭点、继电器K2的常闭点与放炮母线正极3相连接，放炮母线负极4经K1层开关中的1号接线对、继电器K4的常闭点与电源地gnd相连接。恒流源模块6的输出还经电阻R15和电容C21组成的串联电路与电源地gnd相连接，电阻R15与电容C21的连接处形成网路电阻测量端ad1。当多层毫秒开关2的旋钮位于1号接线位置上时，恒流源模块6可向网路中注入电流，微控制器通过检测网路ad1端的信号，可获取网路电阻值的大小。
所示继电器K2和继电器K3的线圈相并联后的一端经二极管D3和D2与蓄电池1的正极相连，另一端经继电器K4的常开点与电源地gnd相连接；继电器K4线圈的一端经二极管D4、D1与蓄电池1的正极相连接，另一端与三极管Q5的集电极相连接，三极管Q5的发射极与电源地gnd相连接，三极管Q5的基极经电阻R16与电源地gnd相连接，经电阻R8形成隔离控制端dr1，隔离控制端dr1与微控制器的控制端相连接。变压器11的一次侧绕组经继电器K5的常开点后接于第一稳压模块5的输入端上，继电器K5的线圈的一端经二极管D5、D6与第一稳压模块5的输入端相连接，另一端与三极管Q6的集电极相连接，Q6的发射极与电源地gnd相连接；Q6的基极经电阻R18与电源地gnd相连接，经电阻R17形成充电控制端dr2，充电控制端dr2与微控制器的输出端相连接。
在网路电阻测量时，隔离控制端dr1、充电控制端dr2应均处于低电平状态，三极管Q5、Q6均截止，继电器K4和K5的线圈中均没有电流流过，此时的恒流源模块6向电雷管组成的网路中注入电流，微控制器经ad1实现网路电阻的测量，如果网路电阻为无穷大，则可判断出网路出现了“断接”现象，如果网路电阻为零，则表面网路出现了“断接”现象，即实现了网路连接故障的诊断。
当判断出网路连接无故障后，则进行瓦检验、班组长和放炮员的指纹信息检测，只有当瓦检验、班组长和放炮员的指纹信息全部通过后，才可进行充电。在对储电电容进行充电时，将隔离控制端dr1置为高电平，三极管Q5导通，继电器K4的线圈得电，使得放炮负极4与电源地gnd的连接断开、继电器K2和K3的线圈得电。继电器K2和K3得电后又断开恒流源模块6与放炮母线正极3的连接，使得恒流源模块6不再向网路中注入电流，结束网路电阻的测量。通过将隔离控制端dr1置“1”，实现了电路中本安部分与防爆部分的隔离，保证了发爆器在煤矿作业环境下的安全使用。
所示的变压器11通过倍压整流电路19对储电电容C7进行充电，倍压整流电路19由电感L1、电感L2、电容C18组成，变压器11二次侧绕组的一端与储电电容C7的第一接线端相连接，另一端依次经电容C18、二极管D18、电感L2与储电电容C7的第二接线端相连接。电感L1的一端接于电容C18与二极管D18的连接处，另一端与二极管D22的负极相连接，二极管D22的正极与储电电容C7的第一接线端相连接。在对储电电容C7充电时，充电控制端dr2应处于高电平状态，以使三极管Q6导通，继电器K5的线圈得电，使其常开点闭合，蓄电池1对变压器的一次的绕组供电，通过倍压整流电路19的倍压、整流实现对储电电容C7的充电。
为了根据测得的网路电阻值对储电电容C7进行自适应充电，还需检测储电电容C7两端的电压大小，以便当储电电容C7两端的电压达到一定数值时，停止储电电容的充电。储电电容C7两端的电压测量电路由线性耦合控制器15组成，线性耦合控制器15的输入端并联于储电电容C7的两端，线性耦合控制器15输出端的发射极经电阻R13与第一稳压模块5的输出端相连接，输出端的集电极经电阻R2与电源地gnd相连接，且集电极形成电压信号端ar，发光二极管15实现了对储电电容C7两端电压的耦合隔离和线性放大。电压信号端ar与运算放大器16的同相输入端相连接，运算放大器实现了对电压信号的进一步放大作用，运算放大器的输出端形成了电压测量端ad2，微控制器通过对ad2端信号的测量，即可检测储电电容C7两端的电压，当检测到储电电容C7两端的电压达到与网路电阻相适应的大小后，即将充电控制端dr2置为高电平，停止充电，使得储电电容C7两端的电压与网路电阻相适应，既避免了引爆过程中出现“丢炮”现象，又避免了引爆时出现火花现象。
Claims (5)
1.一种具有指纹检测功能的矿用发爆器，包括蓄电池（1）、多层毫秒开关（2）、变压器（11）、储电电容C7（12）、微控制器（19）、4位数码管模块（28）、放炮母线正极（3）和放炮母线负极（4），蓄电池给整个发爆器提供电能，多层毫秒开关对充电和放炮进行控制，变压器对储电电容进行充电，放炮母线正极和放炮母线负极接于电雷管组成网路的两端；其特征在于：包括指纹检测模块以及发光二极管D24、D25和D26，指纹检测模块用于瓦检员、班组长和放炮员指纹信息的识别，发光二极管D24、D25和D26分别指示是否检测到正确的瓦检员、班组长和放炮员的指纹信息，指纹检测模块通过指纹检测接口（21）与微控制器（19）相连接；发光二极管D24、D25和D26正极均与电源正相连接，发光二极管D24、D25和D26的负极分别与三极管Q13、Q14和Q15的集电极相连接，三极管Q13、Q14和Q15的发射极均与电源地gnd相连接，三极管Q13、Q14和Q15的基极分别与微控制器的不同输出端口相连接。
2.根据权利要求1所述的具有指纹检测功能的矿用发爆器，其特征在于：所述微控制器（19）连接有存储器（24）、通讯接口转换芯片（25）和移位寄存器（27），存储器用于存储程序和指纹信息，通讯接口转换芯片实现USB总线与RS232总线的转换，通讯接口转换芯片连接有USB接口（26）；移位寄存器的输入端与微控制器相连接，输出端与4位数码管模块（28）的数据线相连接，4位数码管模块的位选端分别与三极管Q9、Q10、Q11和Q12的集电极相连接，三极管Q9、Q10、Q11和Q12的发射极均与电源地gnd相连接，三极管Q9、Q10、Q11和Q12的基极分别与微控制器的不同端口相连接。
3.根据权利要求1或2所述的具有指纹检测功能的矿用发爆器，其特征在于：包括第一稳压开关（5）和恒流源模块（6）；所述多层毫秒开关由K1层开关、K2层开关和K3层开关组成，每层开关中均包括1号接线对、2号接线对和3号接线对，多层毫秒开关的旋钮使不同层开关中编号相同的接线对同时导通；
蓄电池的正极经K3层开关中的1号接线对与第一稳压模块的输入端相连接，第一稳压模块的输出端与恒流源模块的输入端相连接，恒流源模块的输出经电阻R25、继电器K3（7）的常闭点、继电器K2（8）的常闭点、K2层开关中的1号接线对与放炮母线正极相连接；放炮母线负极与储电电容的第一接线端相连接，放炮母线负极经K1层开关中的1号接线对、继电器K4的常闭点与电源地gnd相连接；
变压器（11）的一次侧绕组经继电器K5的常开点与第一稳压模块的输入端相连接，储电电容C7的第二接线端经K1层开关中的2号接线对与放炮母线正极相连接，储电电容C7的第二接线端经K2层中的3号接线对与放炮母线负极相连接；K1层开关中的3号接线对、K2层开关中的2号接线对、K3层开关中的2号接线对和3号接线对均不接线；
所述继电器K2的线圈与继电器K3的线圈并联后的一端经二极管D3和D2与蓄电池的正极相连接，另一端经继电器K4的常开点与电源地gnd相连接；继电器K4线圈的一端经二极管D4、D1与蓄电池的正极相连接，另一端经三极管Q5与电源地gnd相连接，三极管Q5的基极经电阻R16与电源地相连接，三极管Q5的基极经电阻R8形成隔离控制端dr1；继电器K5线圈的一端与第一稳压模块的输入端相连接，另一端经三极管Q6与电源地gnd相连接，三极管Q6的基极经电阻R18与电源地相连接，三极管Q6的基极经电阻R17形成充电控制端dr2；隔离控制端dr1和充电控制端dr2均与微控制器的输出端相连接。
4.根据权利要求1或2所述的具有指纹检测功能的矿用发爆器，其特征在于：所述恒流源模块（6）的输出端经电阻R15、电容C21与电源地gnd相连接，电阻R15与电容C21的连接处形成网路电阻测量端ad1，电阻测量端ad1与微控制器的输入端相连接。
5.根据权利要求1或2所述的具有指纹检测功能的矿用发爆器，其特征在于：包括由线性光电耦合器（15）组成的充电电压测量电路，线性光电耦合器的输入侧与储电电容C7（12）相并联，输出侧的集电极经电阻R13与第一稳压模块（5）的输出端相连接，输出侧的发射极经电阻R2与电源地gnd相连接，线性光电耦合器输出侧的发射极形成电压信号端ar；电压信号端ar与运算放大器（16）的同相输入端相连接，运算放大器的反向输入端经电阻R19接于电源地gnd上，运算放大器的输出端形成电压测量端ad2，电压测量端ad2与微控制器的输入端相连接。
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