CN107246828A - 一种电子雷管组网结构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种雷管组网结构及控制方法，该雷管组网结构包括无线起爆器、至少一个电子起爆器及每一个电子起爆器所连接的N个雷管，所述无线起爆器与所述电子起爆器之间采用无线通信连接，所述电子起爆器的控制输出端与N个所述雷管的控制输入端连接，所述N为正整数。本发明大大降低总线功耗，进而降低总线上的线损，提高组网数量和电子起爆器起爆能力。

Description

一种电子雷管组网结构及控制方法

技术领域

本发明涉及电子雷管领域，具体涉及一种电子雷管组网结构及控制方法。

背景技术

工业雷管包括传统工业雷管和电子工业雷管，其中，传统的工业雷管存在产品规格少、延期系列少、雷管段别少、段间隔时间长、延时精度低、安全性差和管理难等诸多问题，而工业电子雷管属于民用爆破器材的高尖端产品。随着国家对民爆器材生产、运输、储存、使用、管理过程的安全、监控及爆破效益问题越来越重视，从长期市场和技术的发展方向来看，工业电子雷管最终取代普通雷管会是一个必然的过程。

电子工业雷管主要采用集成电路的电子控制模块取代了传统的化学药剂，相对传统的工业雷管在控制引爆上有了较大的进步。在电子工业雷管的广泛应用的过程中，其爆破网路起爆的安全性和稳定性尤为重要。目前，国内最常用的导爆管雷管及网路起爆方式为高能脉冲击发起爆，爆破主线用电导线或导爆管。但在对电子工业雷管进行组网的过程中，因为不能有效控制电子工业雷管引爆的延期时间、各电子雷管引爆的时间间隔、电子雷管的工作与休眠等因素，从而导致在对电子工业雷管的引爆控制以及功耗上控制力较弱。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种降低功耗的雷管组网结构及控制方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种雷管组网结构，包括无线起爆器、至少一个电子起爆器及每一个电子起爆器所连接的M个雷管，所述无线起爆器与所述电子起爆器之间采用无线通信连接，所述电子起爆器的控制输出端与M个所述雷管的控制输入端连接，所述M为正整数。

当所述雷管为电子雷管时，所述电子起爆器包括处理单元、电量检测电路、电源模块和雷管接口电路，所述电量检测电路输入端连接电源模块电压检测输出端，所述电量检测电路输出端连接所述处理单元电压检测信号输入端，所述处理单元与所述雷管接口电路双向连接，所述雷管接口电路与电子雷管的接线柱连接；

当所述雷管为导爆管雷管时，所述电子起爆器包括控制单元、控制点火电路和点火电路，所述控制单元与控制点火电路双向连接，所述控制点火电路输出端连接所述点火电路输入端，所述点火电路输出端通过电容式击发针与导爆管雷管连接，无线起爆器通过无线通信向电子起爆器发送指令控制点火电路通电起爆。

该雷管组网结构在不工作时，雷管处于休眠状态，当需要唤醒雷管工作时，如果是电子雷管，无线起爆器与电子起爆器通信，电子起爆器通过雷管接口电路唤醒对应的电子雷管，其余电子雷管仍处于休眠状态；如果是导爆管雷管，控制单元向控制点火电路发送点火指令，控制点火电路控制点火电路点火，唤醒对应的导爆管雷管，其余导爆管雷管仍处于休眠状态。这大大降低总线功耗，进而降低总线上的线损，提高组网数量和电子起爆器起爆能力。

进一步的，所述电子雷管包括控制芯片、工作电容、起爆电容和电子开关；所述控制芯片第一输入端连接脚线接口，所述控制芯片的电压输出端连接所述起爆电容的一端，所述起爆电容另一端接地，所述控制芯片的控制起爆输出端连接所述电子开关，控制电子开关的启闭，所述电子开关一端连接起爆电容的一端，另一端连接雷管桥丝的一端，所述桥丝另一端连接所述控制芯片的第二输入端，所述工作电容一端连接所述控制芯片的稳压输出端，另一端接地，所述起爆电容电压输出端连接所述雷管的点火药；所述控制芯片包括CPU和时钟模块，所述时钟模块与所述CPU双向连接。该电子雷管通过时钟模块设置延期时间，从而控制了电子雷管引爆的时间，可根据现场情况、药不同、电压不同等因素来灵活设置或修改延期时间。

更进一步的，所述控制芯片还包括全波整流模块、可编程稳压模块、充电控制开关、放电控制开关、电压检测模块、通信模块、固定稳压模块、存储模块和I/O模块；

所述可编程稳压模块、电压检测模块、通信模块、存储模块和I/O模块均与所述CPU双向连接；

所述全波整流模块输入端连接脚线接口，所述全波整流模块输出端分别连接可编程稳压模块输入端以及固定稳压模块输入端，所述可编程稳压模块输出端连接所述充电控制开关电源端，所述充电控制开关控制输入端连接所述CPU对应控制输出端，所述充电控制开关输出端连接所述起爆电容一端，所述放电控制开关控制输入端连接所述CPU对应控制输出端，所述放电控制开关输入端连接所述起爆电容一端，所述电压检测模块输入端连接所述起爆电容一端，所述I/O模块连接所述电子开关和桥丝，所述固定稳压模块输出端连接所述工作电容的一端。

充电控制开关连接起爆电容，开关闭合时给起爆电容充电，开关断开则不充电。放电控制开关用于泄放起爆电容上的电量。电压检测模块用于检测起爆电容的电压。I/O模块用于输入输出，控制电子开关的闭合，进行起爆操作，并且用于检测桥丝的通断。

本发明还提出了一种基于上述的雷管组网结构的控制方法，当雷管为电子雷管时，包括以下步骤：

A，在所述电子起爆器的处理单元内写入每个电子雷管起爆的延期时间，所述延期时间根据电子雷管起爆时间而定，电子起爆器与某发电子雷管进行通信检测时，该发电子雷管被唤醒，其余电子雷管处于休眠状态；

B，当需要主动唤醒电子雷管时，所述无线起爆器向电子起爆器发送指令，所述电子起爆器接收到指令后处理单元通过雷管接口电路发送该电子雷管唤醒指令，控制所述电子雷管工作，充电控制开关闭合，对与该电子雷管对应的起爆电容充电，其余电子雷管处于休眠状态，此时所唤醒的电子雷管为一个或者多个；

当雷管为导爆管雷管时，所述无线起爆器与电子起爆器无线通信，通过有线连接，电子起爆器选择为无线控制模式，无线起爆器发送“准爆”指令给电子起爆器，电子起爆器接收到“准爆”指令后回传确定信息给无线起爆器，电子起爆器接收到准爆信息后，其控制单元控制点火电路回路闭合起爆。

采用该种方法，雷管组网通信时就只有需要唤醒工作的雷管处于正常工作状态，其余仍处于休眠状态，大大降低总线功耗，进而降低总线上的线损，提高组网数量和电子起爆器起爆能力。

进一步的，当雷管为电子雷管时，还包括步骤C：多发电子雷管并联并通过总线的方式与电子起爆器连接，当唤醒电子雷管后，电子起爆器与电子雷管进行双向通信并控制起爆。

进一步的，所述电子起爆器控制写入每个电子雷管起爆的延期时间的同时验证起爆授权密码、控制起爆并上传爆破信息，在引爆多个电子雷管时，按预先设定的电子雷管起爆间隔时间引爆。

进一步的，当雷管为导爆管雷管时，所述无线起爆器收到回传信息后发送“起爆”指令给所述电子起爆器，所述电子起爆器收到“起爆”指令后，控制点火电路通电，完成雷管的起爆，这进一步确认了起爆信号，使得对导爆管雷管的起爆控制更加准确。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的结构原理框图；

图2是电子雷管结构原理框图；

图3是电子起爆器的结构原理框图；

图4充电控制开关电路图；

图5放电控制开关电路图；

图6电压检测模块电路图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，本发明提供了一种雷管组网结构，包括无线起爆器、至少一个电子起爆器及每一个电子起爆器所连接的M个雷管，所述无线起爆器与所述电子起爆器之间采用无线通信连接，所述电子起爆器的控制输出端与M个所述雷管的控制输入端连接，所述M为正整数。这里的雷管可以是电子雷管，也可以是导爆管雷管。

当所述雷管为电子雷管时，如图3所示，所述电子起爆器包括处理单元、电量检测电路、电源模块和雷管接口电路，所述电量检测电路输入端连接电源模块电压检测输出端，所述电量检测电路输出端连接所述处理单元电压检测信号输入端，所述处理单元与所述雷管接口电路双向连接，所述雷管接口电路与电子雷管的接线柱连接。

电子起爆器还包括密钥接口、调试接口、JTAG调试接口、FLASH存储模块、wifi模块、短路检测电路以及LED指示灯，FLASH存储模块、wifi模块均与处理单元双向连接，短路检测电路连接雷管接口电路，且短路检测电路输出端连接处理单元对应的输入端。电源模块包括充电接口、电池以及电源电路，电量检测电路检测电池电压，电源电路提供雷管充电电压、雷管通信电压以及系统工作电压三种电压。

当所述雷管为导爆管雷管时，所述电子起爆器包括控制单元、控制点火电路和点火电路，所述控制单元与控制点火电路双向连接，所述控制点火电路输出端连接所述点火电路输入端，所述点火电路输出端通过电容式击发针与导爆管雷管连接，所述电容式击发针连接所述导爆管雷管，无限起爆器通过无线通信向电子起爆器发送指令控制点火电路通电起爆。

其中，当雷管为电子雷管时，如图2所示，电子起爆器包括控制芯片、工作电容、起爆电容和电子开关。

所述控制芯片第一输入端连接脚线接口，所述控制芯片的电压输出端连接所述起爆电容的一端，所述起爆电容另一端接地，所述控制芯片的控制起爆输出端连接所述电子开关，控制电子开关的启闭，所述电子开关一端连接起爆电容的一端，另一端连接雷管桥丝的一端，所述桥丝另一端连接所述控制芯片的第二输入端，所述工作电容一端连接所述控制芯片的稳压输出端，另一端接地，所述起爆电容电压输出端连接所述雷管的电容式击发针。

所述控制芯片包括CPU和时钟模块，所述时钟模块与所述CPU双向连接。

所述控制芯片还包括全波整流模块、可编程稳压模块、充电控制开关、放电控制开关、电压检测模块、通信模块、固定稳压模块、存储模块和I/O模块。

所述可编程稳压模块、电压检测模块、通信模块、存储模块和I/O模块均与所述CPU双向连接。

所述全波整流模块输入端连接脚线接口，所述全波整流模块输出端分别连接可编程稳压模块输入端以及固定稳压模块输入端，所述可编程稳压模块输出端连接所述充电控制开关电源端，所述充电控制开关控制输入端连接所述CPU对应控制输出端，所述充电控制开关输出端连接所述起爆电容一端，所述放电控制开关控制输入端连接所述CPU对应控制输出端，所述放电控制开关输入端连接所述起爆电容一端，所述电压检测模块输入端连接所述起爆电容一端，所述I/O模块连接所述电子开关和桥丝，所述固定稳压模块输出端连接所述工作电容的一端。

其中，全波整流模块由4个二极管连接成的整流桥，实现了雷管脚线和控制单元之间的无极性连接，实现了供电和数据通信。CPU是核心模块，可选用但不限于PIC12系列芯片，具体管脚与外围模块的连接可根据其使用说明进行。通信模块总线到信号调制解调到FIFO到CPU用于和起爆器进行通信，将通过总线接收到的起爆器数据一个个的字节数据，传给CPU，将CPU的数据通过总线回送给起爆器。全波整流模块将脚线上的电压整流成有极性的电压提供给可编程稳压模块和固定稳压模块，充电控制开关连接可编程稳压模块和起爆电容，开关闭合时，可编程稳压模块给起爆电容充电，开关断开则不充电。可编程稳压模块通过设置不同的输出电压实现不同起爆电压的输出，输出范围为10V-30V，步进量0.5V，具体为20V左右，用于起爆电容的充电，本实施例中选用但不限于使用TL431稳压芯片。固定稳压模块向整个控制模块以及工作电容C1供电，一般固定稳压模块输出电压固定为5V或3.3V。放电控制开关用于泄放起爆电容上的电量。电压检测模块用于检测起爆电容的电压。时钟模块给系统提供工作时钟和延期用的计时时钟。I/O模块用于输入输出，控制起爆电容的点火，进行起爆操作。该电子雷管控制单元通过时钟模块设置延期时间，控制电子雷管引爆的时间，实现了根据现场情况灵活设置或修改延期时间。存储模块包括FLASH、RAM和EEPROM。FLASH用于存储应用程序，RAM用于数据缓存，EEPROM用于存储延期时间、起爆密码、UID码等数据。

如图4所示，充电控制开关由一个NMOS和一个PMOS组成，NMOS的G极连CPU，S极接地，D极接PMOS的G极，PMOS的S极接可编程稳压模块的输出，D极接起爆电容。CPU给高电平使Nmos导通，Nmos导通后Pmos的G极与地导通，使PMOS的S和D极导通，起爆电容C2和可编程稳压模块的输出导通。连接可编程稳压模块和起爆电容，开关闭合可编程稳压模块输出给起爆电容充电，开关断开则不能充电。

如图5所示，放电控制开关由一个NMOS组成，NMOS的G极接CPU，D极接起爆电容，S极接地，CPU输出一个高电平使NMOS导通，使电火电容和地导通。用于泄放起爆电容上面的电量。

如图6所示，电压检测模块用于检测起爆电容上面的电压，由一个NMOS、一个PMOS、第一电阻R1、第二电阻R2和ADC组成，NMOS的G极连CPU控制信号输出端，S极接地，D极接PMOS的G极，PMOS的S极接起爆电容C2引脚，D极接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端分别连接第二电阻R2的一端和ADC的输入端，ADC的输出端连接CPU的电压信号输入端，第二电阻R2另一端接地。这里的NMOS和PMOS相当于一个开关，闭合开关后将起爆电容电压经过分压后送入ADC采集电压。

I/O模块连接芯片的I/O引脚，用于输入输出，本实施例中连到了电子开关，用于控制电子开关的闭合来进行起爆操作，连到了桥丝用于检测桥丝的通断。两个I/O，一个输入一个输出，分别连到桥丝的两个引脚，做输出的I/O在芯片内部串接了一个50K的电阻，输出的I/O输出一个高电平，电流小于0.1mA。另一个I/O用于输入，检测到输入高电平说明桥丝是通的，没检测到输入说明桥丝是断的。

该电子雷管电子控制模块还包括保护模块，所述保护模块输入端接脚线接口，其输出端连接所述控制芯片第一输入端。本实施例中，保护模块包括限流电阻和ESD模块，所述限流电阻输入端连接脚线接口，所述限流电阻输出端连接所述ESD模块，所述ESD模块输出端连接所述控制模块输入端，其中ESD模块可选用但不限于采用TVS管。这有效的限制了输入电流吸收浪涌，并保护了控制芯片。

当所述雷管为导爆管雷管时，所述电子起爆器包括控制单元、控制点火电路和点火电路，所述控制单元与控制点火电路双向连接，所述控制点火电路输出端连接所述点火电路输入端，所述点火电路输出端通过电容式击发针与导爆管雷管连接，所述电容式击发针连接所述导爆管雷管，无线起爆器通过无线通信向电子起爆器发送指令控制点火电路通电起爆。

所述电子起爆器包括电源、控制单元、控制信息输入模块、控制点火电路和点火电路。

电子起爆器中的电源为用电单元供电，控制信息输入模块与控制单元相连，用于输入控制信息，控制单元与控制点火电路双向连接，控制点火电路输出端连接点火电路输入端，控制点火电路选用但不限于升压模块，升压模块的控制端与控制单元的升压控制端相连，升压模块的电源端与电源相连，点火电路包括起爆电容和起爆电容电压获取模块，升压模块的输出端与点火电路的起爆电容的充电端相连，用于给起爆电容充电，起爆电容电压获取模块与起爆电容相连，起爆电容电压获取模块检测起爆电容电压值并传输至控制模块。点火电路输出端通过电容式击发针与导爆管雷管连接，本实施例中电容式击发针由起爆电容和电阻并联实现，无线起爆器通过无线通信向电子起爆器发送指令控制点火电路通电起爆。

本发明还提出了一种基于上述雷管组网结构的控制方法，当所述雷管为电子雷管时，包括以下步骤：

A，在所述电子起爆器的处理单元内写入每个电子雷管起爆的延期时间，所述延期时间根据电子雷管起爆时间而定，电子起爆器与某发电子雷管进行通信检测时，该发电子雷管被唤醒，其余电子雷管处于休眠状态。

B，当需要主动唤醒电子雷管时，所述无线起爆器向电子起爆器发送指令，所述电子起爆器接收到指令后处理单元通过雷管接口电路发送该电子雷管唤醒指令，控制电子雷管工作，充电控制开关闭合，对与该电子雷管对应的起爆电容充电，其余电子雷管处于休眠状态，此时所唤醒的电子雷管为一个或者多个。

这里雷管接口电路所发送的唤醒指令可以但不限于为指令电压。

还包括步骤C：多发电子雷管并联并通过总线的方式与电子起爆器连接，当唤醒电子雷管后，电子起爆器与电子雷管进行双向通信并控制起爆。

所述电子起爆器控制写入每个电子雷管起爆的延期时间的同时验证起爆授权密码、控制起爆并上传爆破信息，在引爆多个电子雷管时，按预先设定的电子雷管起爆间隔时间引爆。

如果唤醒电子雷管后又决定不引爆电子雷管，控制芯片控制放电控制开关闭合，充电控制开关打开，对起爆电容进行放电操作，放电完成后该电子雷管进入休眠状态。

当雷管为导爆管雷管时，所述无线起爆器与电子起爆器无线通信，通过有线连接，电子起爆器选择为无线控制模式，无线起爆器发送“准爆”指令给电子起爆器，电子起爆器接收到“准爆”指令后回传确定信息给无线起爆器，电子起爆器接收到准爆信息后，其控制单元控制点火电路回路闭合起爆。

为进一步确认起爆，在无线起爆器收到电子起爆器回传信息后发送“起爆”指令给所述电子起爆器，所述电子起爆器收到“起爆”指令后，控制点火电路通电，完成雷管的起爆。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种雷管组网结构，其特征在于，包括无线起爆器、至少一个电子起爆器及每一个电子起爆器所连接的M个雷管，所述无线起爆器与所述电子起爆器之间采用无线通信连接，所述电子起爆器的控制输出端与M个所述雷管的控制输入端连接，所述M为正整数；

当所述雷管为电子雷管时，所述电子起爆器包括处理单元、电量检测电路、电源模块和雷管接口电路，所述电量检测电路输入端连接电源模块电压检测输出端，所述电量检测电路输出端连接所述处理单元电压检测信号输入端，所述处理单元与所述雷管接口电路双向连接，所述雷管接口电路与电子雷管的接线柱连接；

当所述雷管为导爆管雷管时，所述电子起爆器包括控制单元、控制点火电路和点火电路，所述控制单元与控制点火电路双向连接，所述控制点火电路输出端连接所述点火电路输入端，所述点火电路输出端通过电容式击发针与导爆管雷管连接，无线起爆器通过无线通信向电子起爆器发送指令控制点火电路通电起爆。

2.根据权利要求1所述的电子雷管组网结构，其特征在于，所述电子雷管包括控制芯片、工作电容、起爆电容和电子开关；所述控制芯片第一输入端连接脚线接口，所述控制芯片的电压输出端连接所述起爆电容的一端，所述起爆电容另一端接地，所述控制芯片的控制起爆输出端连接所述电子开关，控制电子开关的启闭，所述电子开关一端连接起爆电容的一端，另一端连接雷管桥丝的一端，所述桥丝另一端连接所述控制芯片的第二输入端，所述工作电容一端连接所述控制芯片的稳压输出端，另一端接地，所述起爆电容电压输出端连接所述雷管的点火药；所述控制芯片包括CPU和时钟模块，所述时钟模块与所述CPU双向连接。

3.根据权利要求2所述的电子雷管组网结构，其特征在于，所述控制芯片还包括全波整流模块、可编程稳压模块、充电控制开关、放电控制开关、电压检测模块、通信模块、固定稳压模块、存储模块和I/O模块；

所述可编程稳压模块、电压检测模块、通信模块、存储模块和I/O模块均与所述CPU双向连接；

所述全波整流模块输入端连接脚线接口，所述全波整流模块输出端分别连接可编程稳压模块输入端以及固定稳压模块输入端，所述可编程稳压模块输出端连接所述充电控制开关电源端，所述充电控制开关控制输入端连接所述CPU对应控制输出端，所述充电控制开关输出端连接所述起爆电容一端，所述放电控制开关控制输入端连接所述CPU对应控制输出端，所述放电控制开关输入端连接所述起爆电容一端，所述电压检测模块输入端连接所述起爆电容一端，所述I/O模块连接所述电子开关和桥丝，所述固定稳压模块输出端连接所述工作电容的一端。

4.一种基于权利要求1至3任一项所述的雷管组网结构的控制方法，其特征在于，当雷管为电子雷管时，包括以下步骤：

A，在所述电子起爆器的处理单元内写入每个电子雷管起爆的延期时间，所述延期时间根据电子雷管起爆时间而定，电子起爆器与某发电子雷管进行通信检测时，该发电子雷管被唤醒，其余电子雷管处于休眠状态；

B，当需要主动唤醒电子雷管时，所述无线起爆器向电子起爆器发送指令，所述电子起爆器接收到指令后处理单元通过雷管接口电路发送该电子雷管唤醒指令，控制所述电子雷管工作，充电控制开关闭合，对与该电子雷管对应的起爆电容充电，其余电子雷管处于休眠状态，此时所唤醒的电子雷管为一个或者多个；

当雷管为导爆管雷管时，所述无线起爆器与电子起爆器无线通信，通过有线连接，电子起爆器选择为无线控制模式，无线起爆器发送“准爆”指令给电子起爆器，电子起爆器接收到“准爆”指令后回传确定信息给无线起爆器，电子起爆器接收到准爆信息后，其控制单元控制点火电路回路闭合起爆。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，当雷管为电子雷管时，还包括步骤C：多发电子雷管并联并通过总线的方式与电子起爆器连接，当唤醒电子雷管后，电子起爆器与电子雷管进行双向通信并控制起爆。

6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述电子起爆器控制写入每个电子雷管起爆的延期时间的同时验证起爆授权密码、控制起爆并上传爆破信息，在引爆多个电子雷管时，按预先设定的电子雷管起爆间隔时间引爆。

7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，当雷管为导爆管雷管时，所述无线起爆器收到回传信息后发送“起爆”指令给所述电子起爆器，所述电子起爆器收到“起爆”指令后，控制点火电路通电，完成雷管的起爆。