CN105043178A - 电子雷管起爆系统的安全网路器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电子雷管起爆系统安全设计技术领域中一种电子雷管起爆系统的安全网路器。所述安全网路器分别与起爆器和电子雷管相连，其特征是所述安全网路器包括：接口电路、控制电路、充电控制电路、充电电路和电子雷管通信电路，所述充电控制电路包括第一开关和第二开关，所述电子雷管通信电路包括第三开关和第四开关。本发明还公开了一种电子雷管起爆系统的安全网路器的使用方法。本发明提高了电子雷管充电过程的安全性，降低了使用和施工成本。

Description

电子雷管起爆系统的安全网路器及其使用方法

技术领域

本发明属于电子雷管起爆系统安全设计技术领域，尤其涉及一种电子雷管起爆系统的安全网路器及其使用方法。

背景技术

现有的电子雷管起爆系统，通常是电子雷管的起爆器与电子雷管直接连接，或者电子雷管的起爆器通过中继器和/或网络器与电子雷管连接。

在起爆器与电子雷管直接连接的方式中，电子雷管的起爆电压(充电电压)和通信电压都由起爆器提供，存在本质安全问题。即在电子雷管通信过程中，如果起爆电压被充入电子雷管，则很容易造成电子雷管的误爆，导致安全事故发生。

在电子雷管通过中继器和/或网络器与电子雷管连接的方式中，虽然起爆电压和通信电压分别提供，但该连接方式也不能从根本上解决安全问题，另外，随着网络规模的增大，中继器和/或网络器的数量也在增加，从而提高了网络布设的成本。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术存在的问题，提供一种电子雷管起爆系统的安全网路器及其使用方法，在确保电子雷管起爆系统本质安全的情况下，降低电子雷管起爆系统的成本。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种电子雷管起爆系统的安全网路器，所述安全网路器分别与起爆器和电子雷管相连，其特征是所述安全网路器包括：接口电路、控制电路、充电控制电路、充电电路和电子雷管通信电路，所述充电控制电路包括第一开关和第二开关，所述电子雷管通信电路包括第三开关和第四开关；

所述接口电路分别与所述控制电路和所述充电控制电路相连，用于周期性地判断所述接口电路自身是否接入起爆总线，如果接入起爆总线，则向所述充电控制电路发送第一开关使能信号并向所述控制电路发送充电指令；如果未接入起爆总线，则向所述充电控制电路发送第一开关禁用信号并向所述控制电路发送停止充电指令；

所述充电控制电路与所述接口电路和所述控制电路相连，并通过所述第一开关和所述第二开关与所述充电电路相连，用于在收到第一开关使能信号和第二开关使能信号后，分别导通所述第一开关和所述第二开关；在收到第一开关禁用信号或第二开关禁用信号后，分别断开所述第一开关或所述第二开关；

所述充电电路与所述充电控制电路和所述电子雷管通信相连，用于在所述第一开关和所述第二开关导通时，向所述电子雷管充入起爆电压；在所述第一开关或所述第二开关断开时，停止向所述电子雷管充入起爆电压；

所述控制电路分别与所述接口电路、所述充电控制电路和所述电子雷管通信电路相连，用于根据充电指令向所述充电控制电路发送第二开关使能信号，或者根据停止充电指令向所述充电控制电路发送第二开关禁用信号并向所述电子雷管通信电路发送放电使能信号；

所述电子雷管通信电路与所述控制电路相连，并通过所述第三开关和所述第四开关与所述电子雷管的脚线相连，用于在收到放电使能信号后断开所述第三开关和所述第四开关。

所述接口电路还用于，在所述电子雷管的起爆电压充满后或在所述充电电路向所述电子雷管充入起爆电压设定时间后，向控制电路发送起爆指令；

所述控制电路用于根据所述起爆指令向所述充电控制电路发送第二开关禁用信号并向所述电子雷管通信电路转发所述起爆指令；

所述电子雷管通信电路用于将所述起爆指令发送至电子雷管。

所述接口电路包括R485协议转换芯片，并且所述R485协议转换芯片需要选择具有自动导向功能的芯片。

所述控制电路包括起爆信号控制模块和单片机，所述单片机用于将充电指令转换为第二开关使能信号、将停止充电指令转换成第二开关禁用信号和放电使能信号、以及将起爆准备指令转换成第二开关禁用信号，并使能起爆信号控制模块。

所述充电电路与所述电子雷管通信电路通过二极管相连。

一种安全网路器的使用方法，其特征是所述方法包括：

步骤101：接口电路周期性地判断接口电路自身是否接入起爆总线，如果接入起爆总线则执行步骤102；否则，执行步骤105；

步骤102：接口电路向充电控制电路发送第一开关使能信号并向控制电路发送充电指令；

步骤103：控制电路根据充电指令向充电控制电路发送第二开关使能信号；

步骤104：充电控制电路在收到第一开关使能信号和第二开关使能信号后，分别导通第一开关和第二开关，使得充电电路向电子雷管充入起爆电压；

步骤105：接口电路向充电控制电路发送第一开关禁用信号并向控制电路发送停止充电指令；

步骤106：控制电路根据停止充电指令向充电控制电路发送第二开关禁用信号并向电子雷管通信电路发送放电使能信号；

步骤107：充电控制电路在收到第一开关禁用信号或第二开关禁用信号后，分别断开第一开关或第二开关，使得充电电路停止向电子雷管充入起爆电压；

步骤108：电子雷管通信电路在收到放电使能信号后，断开第三开关和第四开关，使得电子雷管进行放电。

所述方法在步骤104之后进一步包括：

步骤104-1：在电子雷管的起爆电压充满后或在充电电路向电子雷管充入起爆电压设定时间后，接口电路向控制电路发送起爆准备指令；

步骤104-2：控制电路根据起爆准备指令向充电控制电路发送第二开关禁用信号，并向电子雷管通信电路转发起爆指令；

步骤104-3：充电控制电路在收到第一开关禁用信号或第二开关禁用信号后，分别断开第一开关或第二开关，使得充电电路停止向电子雷管充入起爆电压；并且所述电子雷管通信电路将起爆指令发送至电子雷管。

本发明的效果在于：

(1)采用第一开关和第二开关控制充电电路对电子雷管进行充电，其中第一开关在有起爆器物理接入安全网路器时才导通，而第二开关在有充电指令时才导通，二者对于是否在正确时机给充电电路供电的安全性的作用互为补充，从而提高充电过程的安全性。

(2)在充电过程中，如果起爆器与安全网路器断开连接，则电子雷管通信电路的第三开关和第四开关可以使电子雷管的两条脚线处于相同电平，而不是通过发送放电指令，进而可以使已充入电子雷管的电压快速泄放掉，避免电子雷管因积累电压造成存储、运输、布设等环节出现误爆的可能性。

(3)采用安全网路器取代中继器和/或网络器，降低了使用和施工成本。

(4)在现有技术中，起爆总线(485总线)与雷管总线直接相连，在起爆器与电子雷管通信时，存在电子雷管误爆的隐患，而在本发明中，通过控制电路实现起爆信号的透传，从而达到485总线与雷管总线隔离的目的，避免误爆发生，提高安全性。

附图说明

图1是本发明提供的电子雷管起爆系统结构原理图；

图2是本发明提供的电子雷管起爆系统的安全网路器结构图；

图3是根据一个实施例的安全网路器的接口电路原理图；

图4是根据一个实施例的安全网路器的充电控制电路原理图；

图5A是根据一个实施例的安全网路器的充电电路原理图；

图5B是根据另一个实施例的安全网路器的充电电路原理图；

图6A是根据一个实施例的安全网路器的电子雷管通信电路原理图；

图6B是根据另一个实施例的安全网路器的电子雷管通信电路原理图；

图7是本发明提供的电子雷管起爆系统的安全网路器的使用方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是本发明提供的电子雷管起爆系统结构原理图。本发明提供的一种电子雷管起爆系统的安全网路器，分别与起爆器和电子雷管相连。

图2是本发明提供的电子雷管起爆系统的安全网路器结构图。该安全网路器包括：接口电路、控制电路、充电控制电路、充电电路和电子雷管通信电路。其中，充电控制电路包括第一开关和第二开关，电子雷管通信电路包括第三开关和第四开关。

接口电路分别与控制电路和充电控制电路相连，用于周期性地判断该接口电路自身是否接入起爆总线，如果接入起爆总线，则向充电控制电路发送第一开关使能信号并向控制电路发送充电指令；如果未接入起爆总线，则向充电控制电路发送第一开关禁用信号并向控制电路发送停止充电指令。

充电控制电路与接口电路和控制电路相连，并通过第一开关和第二开关与充电电路相连，用于在收到第一开关使能信号和第二开关使能信号后，分别导通第一开关和第二开关；在收到第一开关禁用信号或第二开关禁用信号后，分别断开第一开关或第二开关。

充电电路与充电控制电路相连，用于在第一开关和第二开关导通时，向电子雷管充入起爆电压；在第一开关或第二开关断开时，停止向电子雷管充入起爆电压。

控制电路分别与接口电路、充电控制电路和电子雷管通信电路相连，用于根据充电指令向充电控制电路发送第二开关使能信号，或者根据停止充电指令向充电控制电路发送第二开关禁用信号并向电子雷管通信电路发送放电使能信号。

电子雷管通信电路与控制电路相连，并通过第三开关和第四开关与电子雷管的脚线相连，用于在收到放电使能信号后断开第三开关和第四开关。

接口电路还用于，在电子雷管的起爆电压充满后或在充电电路向电子雷管充入起爆电压设定时间后，向控制电路发送起爆指令。在此情况下，控制电路用于根据起爆指令向充电控制电路发送第二开关禁用信号并向电子雷管通信电路转发起爆指令。在此情况下，电子雷管通信电路用于将起爆指令发送至电子雷管。

控制电路进一步包括单片机和起爆信号控制模块，单片机用于将充电指令转换为第二开关使能信号、将停止充电指令转换成第二开关禁用信号和放电使能信号、以及将起爆指令转换成第二开关禁用信号，并用于使能起爆信号控制模块。

图3是根据一个实施例的安全网路器的接口电路原理图。图3中，R1和R2是下拉电阻，用于在485总线失去电压时将信号线电压拉低。D1和D2是整流半桥，用于在485总线有电压时，产生悬浮地。U3是或非门，用于判断总线是否有电压差。R485协议转换芯片用于将起爆器发送的串行差分信号转换为TTL信号RO，同时在DE为高电平时，通过485总线将单片机输出的TTL信号DI发送给起爆器。特别地，由于起爆器与安全网路器的连接是不区分极性的，这里的R485协议转换芯片需要选择具有自动导向功能的芯片，比如SN65HVD888。

由于安全网路器与起爆器连接只有2条线，因此，安全网路器与起爆器没有共地，该电路是通过R1R2D1D2共同作用产生了安全网路器的悬浮地。由于D1、D2是单向导通的，当485总线有电压时，总是将电压低的一端的电压钳位在-0.7V，而另一端电压为+Vab-0.7，U3能够正确输出低电平。而在485总线失去电压时，由于D1、D2的等效电容的电量需要通过R1、R2的下拉电阻作用，使得总线的电压相对于悬浮地均为0，这时才能使得U3输出高电平。

图4是根据一个实施例的安全网路器的充电控制电路原理图。图4中，K1和K2分别是第一开关和第二开关，其主要作用是控制充电电路的电源供给。结合图3，K1与/RE相连，K2与HVSW相连，K1在起爆器为485总线提供电压时导通，而K2必须在电路接收到起爆器发送的充电指令后才会导通。图4中，如果K1和K2仅有一个导通，则不能为充电电路提供电源。而K1和K2分别对应的不同的物理事件，K1是在有起爆器为485总线提供电压时，或非门U3的输出为低电平，从而导致K1打开。而K2必须在电路接收到起爆发送的充电指令后才会导通。K1的导通与否不依赖于程序控制，K2的导通则必须依靠接收到正确指令，这两者对于是否在正确时机给充电电路供电的安全性的作用是互为补充。图4中，Vbat是电池电压，电池电压通过开关K1、K2后产生了电压VDD，VDD给充电电路供电。

在充电电路和电子雷管通信电路之间有一个二极管D，二极管D用于防止在充电电路没有工作时(电压为0)产生电流回流，影响通信电压的建立。而一旦充电电路工作后，产生的电压(+24V)就远高于电子雷管脚线DX+对地的电压(5V)，电流就通过这个二极管流向雷管脚线，从而给雷管充电，而不需要电子开关的切换，避免了电子开关的不可靠性。二极管D可以认为是可靠元件。

图5A是根据一个实施例的安全网路器的充电电路原理图。在图5A中，充电电路包括单片机和起爆信号控制模块。起爆信号控制模块用于在不传送起爆信号时，隔离起爆器与电子雷管；在传送起爆信号时，连接起爆器与电子雷管。或非门U5和U6相当于两个逻辑开关，当ENBL为高电平时，U5输出一直为低电平，那么，当TX为高电平时，TA为低电平；当TX为低电平时，TA为高电平。当没有信号向电子雷管发送时，TX维持高电平时，TA一直输出低电平。所以，当ENBL为高电平时，RO信号的变化不会引起TA的变化，即实现了起爆器与电子雷管的信号隔离。若电子雷管要接收来自起爆器的起爆信号时，必须由单片机先接收到来自起爆器的起爆准备信号(起爆指令)，首先关闭充电电路，然后将ENBL由高电平切换为低电平，TX信号由高电平变为低电平，这时，若RO为高电平时，TA为高电平，RO为低电平时，TA也为低电平，实现了起爆信号的透传。

对TA端信号高低电平的控制，除了可以使用图5A中的或非门U5和U6外，还可以使用图5B中的电子开关K5。

图6A是根据一个实施例的安全网路器的电子雷管通信电路原理图。在图6A中，电子雷管通信电路包括第三开关K3、第四开关K4、驱动电路和接收模块，其中接收模块又包括电流放大器和信号还原模块。在本实施例中，K3和K4是双刀单掷继电器开关，当SHUT为高电平时，K3和K4闭合，反之，K3和K4断开。在通信状态下(非充电状态)，若K3和K4断开时，电子雷管脚线DX+和DX-将没有电压，所连接的电子雷管将检测到总线失去电压供给，电子雷管进入自动放电状态。电流放大器用于将电子雷管返回的微弱的电流信号经过放大和滤波，信号还原模块用于将上述放大和滤波的信号与设定电压比较后，还原出电子雷管发送的信号RX，将RX送入单片机，由单片机对电子雷管返回的信号进行解码。

第三开关K3和第四开关K4还可使用逻辑开关实现，如图6B所示。

图7是本发明提供的电子雷管起爆系统的安全网路器的使用方法流程图。如图4所示，本发明还提供了一种电子雷管起爆系统的安全网路器的使用方法，包括：

步骤101：接口电路周期性地判断接口电路自身是否接入起爆总线，如果接入起爆总线则执行步骤102；否则，执行步骤105。

步骤102：接口电路向充电控制电路发送第一开关使能信号并向控制电路发送充电指令。

步骤103：控制电路根据充电指令向充电控制电路发送第二开关使能信号。

步骤104：充电控制电路在收到第一开关使能信号和第二开关使能信号后，分别导通第一开关和第二开关，使得充电电路向电子雷管充入起爆电压。

优选地，在步骤104后，本发明还包括向电子雷管发送准备起爆指令的过程，具体为：

步骤104-1：在电子雷管的起爆电压充满后或在充电电路向电子雷管充入起爆电压设定时间后，接口电路向充电控制电路发送第一开关禁用信号并向控制电路发送起爆准备指令。

步骤104-2：控制电路根据起爆准备指令向充电控制电路发送第二开关禁用信号，并向电子雷管通信电路转发起爆准备指令。

步骤104-3：充电控制电路在收到第一开关禁用信号或第二开关禁用信号后，分别断开第一开关或第二开关，使得充电电路停止向电子雷管充入起爆电压；并且所述电子雷管通信电路将起爆准备指令发送至电子雷管。

在充电过程中，如果断开起爆器与安全网路器的连接，则本发明进入电子雷管放电过程，步骤如下：

步骤105：接口电路向充电控制电路发送第一开关禁用信号并向控制电路发送停止充电指令。

步骤106：控制电路根据停止充电指令向充电控制电路发送第二开关禁用信号并向电子雷管通信电路发送放电使能信号。

步骤107：充电控制电路在收到第一开关禁用信号或第二开关禁用信号后，分别断开第一开关或第二开关，使得充电电路停止向电子雷管充入起爆电压。

步骤108：电子雷管通信电路在收到放电使能信号后，断开第三开关和第四开关，使得电子雷管进行放电。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种电子雷管起爆系统的安全网路器，所述安全网路器分别与起爆器和电子雷管相连，其特征是所述安全网路器包括：接口电路、控制电路、充电控制电路、充电电路和电子雷管通信电路，所述充电控制电路包括第一开关和第二开关，所述电子雷管通信电路包括第三开关和第四开关；

所述接口电路分别与所述控制电路和所述充电控制电路相连，用于周期性地判断所述接口电路自身是否接入起爆总线，如果接入起爆总线，则向所述充电控制电路发送第一开关使能信号并向所述控制电路发送充电指令；如果未接入起爆总线，则向所述充电控制电路发送第一开关禁用信号并向所述控制电路发送停止充电指令；

所述充电控制电路与所述接口电路和所述控制电路相连，并通过所述第一开关和所述第二开关与所述充电电路相连，用于在收到第一开关使能信号和第二开关使能信号后，分别导通所述第一开关和所述第二开关；在收到第一开关禁用信号或第二开关禁用信号后，分别断开所述第一开关或所述第二开关；

所述充电电路与所述充电控制电路和所述电子雷管通信相连，用于在所述第一开关和所述第二开关导通时，向所述电子雷管充入起爆电压；在所述第一开关或所述第二开关断开时，停止向所述电子雷管充入起爆电压；

所述控制电路分别与所述接口电路、所述充电控制电路和所述电子雷管通信电路相连，用于根据充电指令向所述充电控制电路发送第二开关使能信号，或者根据停止充电指令向所述充电控制电路发送第二开关禁用信号并向所述电子雷管通信电路发送放电使能信号；

所述电子雷管通信电路与所述控制电路相连，并通过所述第三开关和所述第四开关与所述电子雷管的脚线相连，用于在收到放电使能信号后断开所述第三开关和所述第四开关。

2.根据权利要求1所述的安全网路器，其中所述接口电路还用于，在所述电子雷管的起爆电压充满后或在所述充电电路向所述电子雷管充入起爆电压设定时间后，向控制电路发送起爆指令；

所述控制电路用于根据所述起爆指令向所述充电控制电路发送第二开关禁用信号并向所述电子雷管通信电路转发所述起爆指令；

所述电子雷管通信电路用于将所述起爆指令发送至电子雷管。

3.根据权利要求1或2所述的安全网路器，其中所述接口电路包括R485协议转换芯片，并且所述R485协议转换芯片需要选择具有自动导向功能的芯片。

4.根据权利要求3所述的安全网路器，其中所述控制电路包括起爆信号控制模块和单片机，所述单片机用于将充电指令转换为第二开关使能信号、将停止充电指令转换成第二开关禁用信号和放电使能信号、以及将起爆准备指令转换成第二开关禁用信号，并使能起爆信号控制模块。

5.根据权利要求4所述的安全网路器，其中所述充电电路与所述电子雷管通信电路通过二极管相连。

6.一种如权利要求1-5中任意一项所述的安全网路器的使用方法，其特征是所述方法包括：

步骤101：接口电路周期性地判断接口电路自身是否接入起爆总线，如果接入起爆总线则执行步骤102；否则，执行步骤105；

步骤102：接口电路向充电控制电路发送第一开关使能信号并向控制电路发送充电指令；

步骤103：控制电路根据充电指令向充电控制电路发送第二开关使能信号；

步骤104：充电控制电路在收到第一开关使能信号和第二开关使能信号后，分别导通第一开关和第二开关，使得充电电路向电子雷管充入起爆电压；

步骤105：接口电路向充电控制电路发送第一开关禁用信号并向控制电路发送停止充电指令；

步骤106：控制电路根据停止充电指令向充电控制电路发送第二开关禁用信号并向电子雷管通信电路发送放电使能信号；

步骤107：充电控制电路在收到第一开关禁用信号或第二开关禁用信号后，分别断开第一开关或第二开关，使得充电电路停止向电子雷管充入起爆电压；

步骤108：电子雷管通信电路在收到放电使能信号后，断开第三开关和第四开关，使得电子雷管进行放电。

7.根据权利要求6所述的安全网路器，所述方法在步骤104之后进一步包括：

步骤104-1：在电子雷管的起爆电压充满后或在充电电路向电子雷管充入起爆电压设定时间后，接口电路向控制电路发送起爆准备指令；

步骤104-2：控制电路根据起爆准备指令向充电控制电路发送第二开关禁用信号，并向电子雷管通信电路转发起爆指令；

步骤104-3：充电控制电路在收到第一开关禁用信号或第二开关禁用信号后，分别断开第一开关或第二开关，使得充电电路停止向电子雷管充入起爆电压；并且所述电子雷管通信电路将起爆指令发送至电子雷管。