CN108981510B - 多模块智能数码起爆器组成的工程爆破物联网系统 - Google Patents
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Abstract
本发明多模块智能数码起爆器组成的工程爆破物联网系统，属于工程爆破物联网系统技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种多模块智能数码起爆器组成的工程爆破物联网系统；解决该技术问题采用的技术方案为：包括网络计算机、监控中心计算机、起爆器，所述网络计算机通过无线网络与监控中心计算机无线连接，所述网络计算机通过RS‑485通信线缆与至少一个起爆器相连；所述起爆器的内部设置有高电压发生器控制主机和触发电雷管控制从机，所述高电压发生器控制主机的信号输出端与至少一个触发电雷管控制从机相连；所述起爆器的输出端通过起爆馈线电缆与雷管电线接线盒相连，所述雷管电线接线盒通过雷管电线连接有多个瞬发电雷管；本发明应用于工程爆破场所。
Description
技术领域
本发明多模块智能数码起爆器组成的工程爆破物联网系统，属于工程爆破物联网系统技术领域。
背景技术
现有公开的数码延期电子雷管主要特征，都是将延期起爆控制电路做成一块外形尺寸不超过雷管内径的小电路板，其中最主要的元器件均可以采用贴片封装的形式分布在其上，如可编程延时芯片、起爆电容、低压蓄能电容、石英晶体谐振器、电子开关等，该小电路板可以封装在内径Ф6.2mm 规格的雷管管壳体内。例如：公开的CN 102261872 A专利“数码延期电子电雷管”的基本结构，参看图1所示，其主要特征包括：雷管外壳1，有延时起爆控制电路2，主装药101，传爆药102，固定药103，传火起爆药104，加强帽105，加强帽106，点火头201，雷管脚线202所组成。
现有公开的数码延期电子雷管在工程爆破应用时存在的主要缺点：1、数码延期电子雷管的生产成本很高，而且工程爆破应用数码延期电子雷管是一次性消耗品，使得一次性消耗品数量多、费用高、推广使用难度大；2、数码延期电子雷管电路结构复杂，多个数码延期电子雷管联网爆破作业操作繁琐，电路中的点火电压和点火电容的容量都比较低，极容易造成工程爆破中出现较多的哑爆现象；3、尤其是数码延期电子雷管的点火装药结构与传统电雷管的点火装药结构基本一致，使得数码延期电子雷管同样会在日常生产、运输、储存使用中极容易发生爆炸安全事故。
发明内容
本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种多模块智能数码起爆器组成的工程爆破物联网系统；为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：多模块智能数码起爆器组成的工程爆破物联网系统，包括：网络计算机、监控中心计算机、起爆器，所述网络计算机通过无线网络与监控中心计算机无线连接，所述网络计算机通过RS-485通信线缆与至少一个起爆器相连；
所述起爆器的内部设置有高电压发生器控制主机和触发电雷管控制从机，所述高电压发生器控制主机的信号输出端与至少一个触发电雷管控制从机相连；
所述起爆器的输出端通过起爆馈线电缆与雷管电线接线盒相连，所述雷管电线接线盒通过雷管电线连接有多个瞬发电雷管。
所述高电压发生器控制主机的高压接线端子与触发电雷管控制从机的高压接线端子相连，所述高电压发生器控制主机的低压接线端子与触发电雷管控制从机的低压接线端子相连。
所述高电压发生器控制主机包括高压电路、DC/DC隔离稳压电路和微处理电路；
所述高压电路包括开关变换控制电路IA1，具体为采用mc34063开关变换控制芯片及内部元件所组成的升压电源变换控制电路；
所述DC/DC隔离稳压电路包括隔离稳压电路W1，具体为采用mc34063开关变换控制芯片及微型隔离变压器所组成的隔离稳压电路；
所述微处理电路包括微处理芯片IE1，具体为采用51系列8位或RAM系列16/32位的微处理芯片。
所述触发电雷管控制从机包括高压放电控制电路和数字延时微处理电路；
所述高压放电控制电路包括控制触发电路IB1，具体为采用IGBT或MOS高压开关管所组成的控制触发电路；
所述数字延时微处理电路包括微处理器芯片ID1，具体为51系列的8位微处理器芯片。
所述瞬发电雷管具体为使用高压放电等离子体流起爆的安全电雷管或现有标准的工业瞬发电雷管。
本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供的多模块智能数码起爆器组成的工程爆破物联网系统可以解决数码延期电子雷管生产成本高，使用费用高、推广难度大等问题；本发明中提供的多模块智能数码起爆器是一种可重复使用的网络化智能数码管理触发多路瞬发电雷管起爆的仪表装置，瞬发电雷管使用的是一种低成本的高压放电等离子体流起爆的安全电雷管或现有工业瞬发电雷管，进而能有效的降低工程爆破时一次性消耗品的使用成本。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为现有的数码延期电子雷管的结构示意图；
图2为本发明的工程爆破物联网系统结构示意框图；
图3为本发明起爆器的电路系统框图；
图4为本发明高电压发生器控制主机的电路图；
图5为本发明触发电雷管控制从机的电路图；
图6为本发明工程爆破物联网系统的使用状态参考图。
具体实施方式
如图2所示，本发明多模块智能数码起爆器组成的工程爆破物联网系统，包括：网络计算机（10）、监控中心计算机（11）、起爆器（20），所述网络计算机（10）通过导线或无线网络与监控中心计算机（11）建立通信连接，所述网络计算机（10）通过RS-485通信线缆与至少一个起爆器（20）相连；
所述起爆器（20）的内部设置有高电压发生器控制主机（100）和触发电雷管控制从机（200），所述高电压发生器控制主机（100）的信号输出端与至少一个触发电雷管控制从机（200）相连；
所述起爆器（20）的信号输出端通过起爆馈线电缆（20-1）与雷管电线接线盒（20-2）相连，所述雷管电线接线盒（20-2）通过雷管电线连接有多个瞬发电雷管（20-3）。
如图3所示，所述高电压发生器控制主机（100）的高压接线端子V+、V-、1mA端分别与触发电雷管控制从机（200）的高压接线端子V+、V-、1mA端相连，所述高电压发生器控制主机（100）的低压接线端子VE、VCC、GND、I2C、INT1端分别与触发电雷管控制从机（200）的低压接线端子VE、VCC、GND、I2C、INT1端相连。
所述起爆器（20）具体为多路智能数字延时起爆器，包括高电压发生器控制主机（100），简称主机，触发电雷管控制从机（200），简称从机，还包括多芯起爆馈线电缆插座（JH1-JHn）；
所述高电压发生器控制主机（100）的控制端A脚与控制端B脚可以通过现场通信总线RS-485与上位的网络计算机（10）进行联网，所述高电压发生器控制主机（100）提供电雷管使用的高压电输出端（V+、V-）、提供电雷管线路检查使用的1mA恒流电源，提供多模块数码触发电雷管控制从机的电源（VE、VCC、GND），提供多模块数码触发电雷管控制从机共用的（I2C）通信总线，提供多模块数码触发电雷管控制从机共用的（INT1）端口线。
所述高电压发生器控制主机（100）输出的高电压端V+、V-和1mA恒流电源输出端，是通过主机内部的高压总线相对应的接入每个模块从机的高压电输入端（V+、V-）和恒流电源的输入端（1mA）；
所述的多模块智能数码起爆器（20）中高电压发生器控制主机（100）能管理控制触发电雷管控制从机（200），其中每一个触发电雷管控制从机（200）通过起爆馈线电缆对应连接控制一个电雷管。
所述的高电压发生器智能数码管理主机（100）的电源输出端（VE、VCC、GND）、通信总线接口（I2C）、中断接口（INT1），是通过主机内部的低压总线相对应的接入每个模块从机的电源输入端（VE、VCC、GND）、通信总线接口（I2C）和中断接口（INT1）端。
所述多芯起爆馈线电缆插座（JH1-JHN）的数量可以是1-64个，本案实施例由JH1-JH4共4个9芯起爆馈线电缆插座组成，每个9芯起爆馈线电缆插座中的1-8号芯分别对应1#-8#号从机高压输出正端E+相连接，1#-8#号的从机高压输出负端E-共享连接9号芯；本案实施例中4个9芯起爆馈线电缆插座一共连接32个模块从机的高压输出正端E+和负端E-，每个9芯起爆馈线电缆插座通过9芯起爆馈线电缆连接雷管电线接线盒（20-2），每个雷管电线接线盒（20-2）可以连接8个电雷管，由32个模块相对应的从机数码延时控制高压输出正端E+和负端E-提供给32个电雷管不同的延时及起爆发火。
如图4所示：所述高电压发生器控制主机（100）包括高压电路（100-A）、DC/DC隔离稳压电路（100-B）和微处理电路（100-C）；
所述高压电路（100-A）中的开关变换控制电路IA1，是采用mc34063开关变换控制芯片及内部元件所组成的升压电源变换控制电路；
所述DC/DC隔离稳压电路（100-B）中使用的隔离稳压电路W1，是采用mc34063开关变换控制芯片及微型隔离变压器所组成的DC/DC隔离稳压电路；
所述微处理电路（100-C）中使用的微处理芯片IE1，可以采用51系列8位或RAM系列16/32位的微处理芯片。
所述高压电路（100-A）由开关变换控制电路IA1、光耦合器IA2、二极管DA1、升压变压器LA、高压整流桥DA、开关KA1、高压电表BA、电阻RA1-RA3、电容CA1-CA3组成输出电压大于1000V的直流电源电路。
所述高压电路的电源输出端并接高压电表BA、高压有极或无极电容CA3，并通过限流电阻RA3与高压整流桥DA的次级端相连，所述高压整流桥DA的输入端与升压变压器LA的次级端（5脚、6脚）相连；
所述升压变压器LA初级端的1脚并接电阻RA1的一端，有极电容CA1的正极后与开关KA1的一端相连；
所述升压变压器LA初级端的2脚与开关变换控制电路IA1的3脚相连；
所述升压变压器LA次级端的3脚并接电容CA2的一端后接地；
所述升压变压器LA次级端的4脚与光耦合器IA2的一个输入端相连；
所述开关变换控制电路IA1的1脚与电阻RA1的另一端相连；
所述开关变换控制电路IA1的4脚并接电阻RA2的一端、电容CA2的另一端后与光耦合器IA2的另一个输入端相连；
所述开关变换控制电路IA1的2脚并接有极电容CA1的负极，二极管DA1的负极后接地，所述二极管DA1的正极与电阻RA2的另一端相连；
所述DC/DC隔离稳压电路（100-B）由电池12V或15V充电锂电池E、隔离稳压电路W1（VDD=5V、VCC=3.3V或5V、VE=15、1mA电流输出）、电容CB1-CB3、电阻RB1、二极管DB1、电源总开关KE所组成；其中输出的1mA、VE、VCC、GND也相对应的连接线路板中1mA、VE、VCC、GND端子。
所述开关KA1的另一端并接电源总开关KE的一端，电阻RB1的一端后与隔离稳压电路W1的1脚相连，所述电源总开关KE的另一端与锂电池E的正极相连；
所述隔离稳压电路W1的2脚并接二极管DB1的负极，锂电池E的负极后接地，所述二极管DB1的正极与电阻RB1的另一端相连；
所述隔离稳压电路W1的3脚并接电容CB1的一端，有极电容CB2的正极后与VCC输入电源相连；
所述隔离稳压电路W1的4脚并接电容CB1的另一端，有极电容CB2的负极后接地；
所述隔离稳压电路W1的5脚并接有极电容CB3的正极后与电阻RE2的一端相连，所述有极电容CB3的负极接地；
所述微处理电路（100-C）由微处理芯片IE1、晶振Z1、复位电路IE2、数据存储器IE3、显示器IE4、光耦合器IE5、RS-485驱动器IE6、键盘JP、电阻RE1-RE16、电容CE1-CE6、限压二极管DE1所组成；
其中微处理芯片IE1的I/O口通过电阻RE16、RE1和光耦合器IA2输出端组成高压电路工作状态检测；微处理芯片IE1的ADC口通过电阻RE2、RE3，电容CE2组成电池电量检测；微处理芯片IE1的通信串口RXD、TXD通过光耦合器IE5、RS-485驱动器IE6、限压二极管DE1、电阻RE4-RE11、电容CE5组成与网络计算机（10）通信的RS-485电路；
微处理芯片IE1的SDA、SCL通信I2C口通过电阻RE12、RE13连接数据存储器IE3和显示器IE4，并且微处理芯片IE1的SDA、SCL通信I2C口也相对应的连接线路板SDA、SCLD端子；在微处理芯片IE1中选择一8位P口（0-7脚）连接键盘JP。
所述微处理芯片IE1的I/O端与电阻RE16的一端相连，所述电阻RE16的另一端并接电阻RE1的一端后与光耦合器IA2的输出端相连，所述电阻RE1的另一端接地；
所述微处理芯片IE1的ADC端并接电容CE2的一端，电阻RE3的一端后与电阻RE2的另一端相连，所述电容CE2的另一端并接电阻RE3的另一端后接地；
所述微处理芯片IE1的通信串口RXD、TXD依次连接光耦合器IE5、RS-485驱动器IE6、限压二极管DE1后与网络计算机（10）的RS-485端口相连；
所述微处理芯片IE1的SDA、SCL通信I2C口分别与数据存储器IE3、显示器IE4相连；
所述微处理芯片IE1的8位P口与键盘JP相连；
如图5所示：所述触发电雷管控制从机（200）包括高压放电控制电路（200-A）和数字延时微处理电路（200-B）；
所述高压放电控制电路（200-A）中使用的控制触发电路IB1，是采用IGBT或MOS高压开关管所组成的控制触发电路IB1；
所述数字延时微处理电路（200-B）中使用的微处理器芯片ID1，采用的是51系列或其它系列的8位微处理器芯片。
所述控制触发电路IB1的Vin端串接电磁开关JK1.1后与直流电源的正极相连，所述电磁开关线圈JK1的一端并接二极管DJ1的负极，有极电容CJ1的正极后与电阻RJ1的一端相连，所述电阻RJ1的另一端与VE端相连，所述电磁开关线圈JK1的另一端并接二极管DJ1的正极后与三极管TD1的集电极相连；所述三极管TD1的基极并接电阻RD11的一端后与电阻RD8的一端相连，所述电阻RD8的另一端与微处理芯片ID1的I/O控制端相连，所述电阻RD11的另一端并接电阻RD10的一端后接地；
所述控制触发电路IB1的Vr端串接电阻R1后与光耦合器IB3的输入端相连，所述光耦合器IB3的输出端并接电容CD3的一端，电阻RD10的另一端后与电阻RD9的一端相连，所述电阻RD9的另一端与微处理芯片ID1的I/O控制端相连；
所述控制触发电路IB1的Vf端与电阻R2的一端相连，所述电阻R2的另一端并接电阻R3的一端，有极电容C1的正极后与光耦合器IB2的一个输入端相连，所述光耦合器IB2的一个输出端并接电容C2的一端，电阻R4的一端后与控制触发电路IB1的VG端相连，所述控制触发电路IB1的Vout端并接电容C2的另一端，电阻R4的另一端后与电磁开关JK2.2的一端相连，所述电磁开关JK2.2的另一端接高压接线端子E+和E-；
所述电磁开关线圈JK2的一端并接二极管DJ2的负极，电阻RJ2的一端后与有极电容CJ2的正极相连，所述电磁开关线圈JK2的另一端并接二极管DJ2的正极后与三极管TD2的集电极相连，所述三极管TD2的基极并接电阻RD4的一端后与电阻RD3的一端相连，所述电阻RD3的另一端与控制器ID1的I/O控制端相连；
所述微处理芯片ID1的SDA、SCL端分别并接电阻RD13、电阻RD12后与主机（100）的I2C接口相连；
所述触发电雷管控制从机（200）中数字延时微处理电路（200-B）是由微处理芯片ID1、晶振ZD、复位电路ID2、三极管TD1-TD3、限压二极管DD1、显示器XS、电阻RD1-RD13、电容CD1-CD9所组成；
所述触发电雷管控制从机（200）中的高压放电控制电路（200-A）由电磁开关JK1和JK2、二极管DJ1和DJ2、电阻RJ1和RJ2、电容CJ1和CJ2，高压触发电路IB1、光耦合器IB2-IB3、电阻R1-R4、电容C1-C3所组成；当电磁开关JK1.1闭合时连通高压触发电路IB1，高压触发电路IB1的Vr端经电阻R1、光耦合器IB3、电容CD3、电阻RD9-RD10接入微处理芯片IC1的I/O口组成高压电源工作状态检测；高压触发电路IB1的Vf端经电阻R2-R3、电容C1、光耦合器IB2输出端、电阻R4、电容C2组成触发信号接入高压触发电路IB1的VG端，使高压触发电路IB1内部高压开关电导通输出。
所述数字延时微处理电路（200-B）中的微处理芯片ID1经过编程可以向数字延时启动电雷管发送起爆发火信号，设定延时的时间可以在0-990ms或0-10000ms任意设定，延时精度为0.1ms；延时的触发信号是通过微处理芯片ID1的I/O口输出高电平、经电阻RD2-RD3使三极管TD3、光耦合器IB2输出端导通触发高压触发电路IB1的VG端，此时高压接线端子E+和E-、起爆馈线电缆插座、起爆馈线电缆连接的电雷管进行大电流瞬时放电起爆电雷管发火；所述的电磁开关JK1的电磁线圈一端通过三极管TD1、电阻RD8-RD11连接微处理芯片ID1的I/O口，由程序控制电磁开关JK1的开和关；所述的电磁开关JK2的电磁线圈一端通过三极管TD2、电阻RD5-RD6连接微处理芯片ID1的I/O口，由程序控制电磁开关JK2.2的触点（1、3）转换到触点（2、4），此时1mA电流经起爆馈线电缆及连接的电雷管形成的回路信号经电阻RD1、电容CD1输入到微处理芯片ID1的ADC口自动检测起爆馈线电缆及连接的电雷管是否开路、短路故障；所述的微处理芯片ID1的SDA、SCL通过电阻RD12、RD13形成通信I2C接口与主机（100）的I2C接口相连；所述的微处理芯片ID1中选择一8位P口（0-7脚）连接显示器XS。
如图6所示，具体为多路智能数字延时起爆器及其工程爆破物联网的系统图，所述的网络计算机（10）是作为工程爆破现场最高控制管理机，并且网络计算机（10）可以通过移动通信网（4G/3G/2G/NB-IoT/LoRa）与监控中心计算机（11）进行通信联网管理；所述的网络计算机（10）可以通过RS-485现场通信总线连接多台多模块智能数码起爆器（20），RS-485现场通信总线长度L1≥1KM；所述的每台多模块智能数码起爆器（20）连接的多芯起爆馈线电缆（20-1）长度L2≥300M；所述的每个多路雷管电线接线盒（20-2）可以连接8个瞬发电雷管（20-3），每个瞬发电雷管（20-3）的连接电线长度≤100M。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (2)
1.多模块智能数码起爆器组成的工程爆破物联网系统，其特征在于：包括：网络计算机（10）、监控中心计算机（11）、起爆器（20），所述网络计算机（10）通过无线网络与监控中心计算机（11）无线连接，所述网络计算机（10）通过RS-485通信线缆与至少一个起爆器（20）相连；
所述起爆器（20）的内部设置有高电压发生器控制主机（100）和触发电雷管控制从机（200），所述高电压发生器控制主机（100）的信号输出端与至少一个触发电雷管控制从机（200）相连；
所述起爆器（20）的输出端通过起爆馈线电缆（20-1）与雷管电线接线盒（20-2）相连，所述雷管电线接线盒（20-2）通过雷管电线连接有多个瞬发电雷管（20-3）；
所述高电压发生器控制主机（100）的高压接线端子V+、V-、1mA端分别与触发电雷管控制从机（200）的高压接线端子V+、V-、1mA端相连，所述高电压发生器控制主机（100）的低压接线端子VE、VCC、GND、I2C、INT1端分别与触发电雷管控制从机（200）的低压接线端子VE、VCC、GND、I2C、INT1端相连；
所述高电压发生器控制主机（100）包括高压电路（100-A）、DC/DC隔离稳压电路（100-B）和微处理电路（100-C）；
所述高压电路（100-A）包括开关变换控制电路IA1，具体为采用mc34063开关变换控制芯片及内部元件所组成的升压电源变换控制电路；
所述DC/DC隔离稳压电路（100-B）包括隔离稳压电路W1，具体为采用mc34063开关变换控制芯片及微型隔离变压器所组成的隔离稳压电路；
所述微处理电路（100-C）包括微处理芯片IE1，具体为采用51系列8位或RAM系列16/32位的微处理芯片；
所述触发电雷管控制从机（200）包括高压放电控制电路（200-A）和数字延时微处理电路（200-B）；
所述高压放电控制电路（200-A）包括控制触发电路IB1，具体为采用IGBT或MOS高压开关管所组成的控制触发电路；
所述数字延时微处理电路（200-B）包括微处理器芯片ID1，具体为51系列的8位微处理器芯片；
所述起爆器还包括多芯起爆馈线电缆插座，所述多芯起爆馈线电缆插座的数量为1-64个。
2.根据权利要求1所述的多模块智能数码起爆器组成的工程爆破物联网系统，其特征在于：所述瞬发电雷管（20-3）具体为使用高压放电等离子体流起爆的安全电雷管或工业瞬发电雷管。
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