CN111336873B - 一种弹上点火的芯片及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹上点火的芯片（简称弹芯）及应用。该弹芯管脚包含但不限于MBUS/IDBUS总线、供电/充电、时钟/复位、总线模式、UART/SPI数据接口、直控点火、点火供电、地等，该弹芯结构由电源管理、UART/SPI、开关、总线信号收发、片上时钟、可编程存储器、DPU等模块组成，并组合实现弹芯点火控制；弹芯应用于电子时间引信和弹类产品，实现弹上点火数字化、电子控制芯片化；本发明能实现弹管控数字化、点火精准化、控制远程化、作业组网化、服务高效化、场景多样化、体积小型化、使用便捷化、高集成度低功耗、引信自毁等，拓展应用场景，提高点火可靠性与安全性，降低综合成本，助力弹类产品数字化转型与产业升级。

Description

一种弹上点火的芯片及应用

技术领域

本发明涉及数字点火技术领域，特别是涉及一种弹上点火的芯片及应用。

背景技术

随着科技发展与电子技术进步，数字点火技术应用越来越广，如汽车/摩托车发电机点火，电子雷管点火等，数字化点火技术已倒逼传统弹类产品进行产业转型升级。

引信作为弹上的一种引爆装置，是利用目标和环境信息，在预设条件下引爆或引燃装药的控制装置；弹基于种类和目标需要会选择不同的引信，包括碰炸引信、时间引信（包括机械时间引信、火药延期时间引信、电子时间引信等）、非接触式时间引信等。

微电子、通信、计算机、物联网等技术发展为引信提供了技术基础 ，为适应弹对引信定时精度、作用时间、通用化、系列化、标准化等要求，电子时间引信以高精度、高安全性和可靠性、可数字化管控、可无损检测、可组网联动、产品一致性好、通用户程度高、生产工艺简单等优点得到快速发展。

电子时间引信主要由控制装置、储能装置、点火装置、安全装置等部分构成，其中控制装置为最核心部分，数字化弹对高集成度、小型化、低功耗、高精度、高安全、高可靠、低成本等提出了需求，也使单芯片解决方案成为电子时间引信的重要发展方向。

常见弹（如降雨弹、灭虫弹、灭火弹、礼花弹、催泪弹、炮弹等）都是采用碰炸引信（击针机械式撞击火帽点燃起爆药）或火药延期引信（击针撞击火帽点燃延期药，延期药产生火焰引爆起爆药），或碰炸和火药延期双引信，没有使用任何电子机构。

上述传统弹的引信占重比较大，浪费较多弹重；延期定时精度低，产品质量一致性不高，战术灵活性不足； 生产成本较高；无有效控制风险手段，误爆或非法引爆风险成本高，如在生产、储存、流通、作业时，易发生意外引爆，特别是被非法获取后引爆可能造成社会危害；管理手段有限，易出现监管盲区，如弹管理涉及人员多、工作量大，容易造成漏报 、瞒报、多报等情况，无法解决使用单位少报、漏报、不报等虚假行为发生；使用便捷性不足，应用场景受限，如弹不能设置点火延时、点火密码，基于目标信息和环境信息选择手掷/固定/炮射式/空投等方式发射等；不能现场组网通信、充电与远程控制引爆操作等。

传统弹需要点火数字化，电子控制芯片化，才能提高点火安全可靠性、精准性，拓展应用场景，降低综合成本，实现弹的转型和升级换代。

发明内容

鉴于上述现有传统弹存在的不足，引信控制装置的芯片化发展趋势，本发明目的是提供一种弹上点火的芯片及应用，弹的管控数字化、点火精准化、控制远程化、作业组网化、服务高效化、场景多样化、流程规范化、体积小型化、使用便捷化、高集成度低功耗等，拓展弹的应用场景，提高弹上点火可靠性与安全性，降低综合成本，助力弹类产品数字化转型与产业升级。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种弹上点火的芯片（以下简称“弹芯”）及应用，包括。

（1）弹芯管脚，包含但不限于管脚（pin）有：MBUS/IDBUS双线总线、时钟/复位、总线模式、UART/SPI数据接口、直控点火、点火供电、地等构成。

（2）弹芯结构，内部功能模块主要有电源管理、UART/SPI、开关、总线信号收发、片上时钟、可编程存储、DPU（数字处理单元）等；

弹芯模块功能：电源管理，包括全波整流、电荷泵升压、LDO、电压状态检测，复位（上电和欠压）信号生成等功能；UART/SPI，自适应处理SPI或UART总线通信协议；开关，包含点火开关和紧急放电开关，开关状态检测电路；总线信号收发，接收下行电压调制信号并转化为数字bit流信号；上行信息通过总线电流调制方式反馈；片上时钟，高精度可在线校准的时钟电路；可编程存储器，芯片参数和点火必需参数的配置与读取；DPU（数字处理单元）：主要包括MBUS/IDBUS总线下行信号的接收与解调，上行调制信号的生成和发送，生成并发送反馈数据帧到UART/SPI，读写可编程存储器，对片上时钟进行校准，芯片状态检测，对来自双线总线下行解调后数据帧或UART/SPI的数据进行指令识别、执行和处理，芯片状态寄存器数据读取，对电源管理控制，控制开关闭合与断开，点火延时倒计时、保险解除计时，点火控制处理，指令集处理，时钟与复位管理等。

（3）弹芯点火控制，弹芯复位（上电或欠压或外部复位）信号有效时复位到初始状态，获取芯片缺省参数和状态值；弹芯通过“MBUS/IDBUS总线”或“UART/SPI总线”接收和发送各种指令，并进行内部识别、执行、处理、反馈等各种操作；当DPU控制点火准备完毕，弹被发射或布设好时，收到点火指令或直控点火命令时，弹芯进入点火延时倒计和保险解除计时状态，当点火延时倒计时为0且保险已经解除时，弹芯控制“开关”中点火开关处于闭合状态，芯片外部的储能装置通过“电源管理”和“开关”为外部点火装置供电，实现点火。

（4）电子时间引信结构，由弹芯、储能装置、时钟/复位（可选）、感测装置（可选）、点火装置、无线模块（可选）等组件构成。

电子时间引信功能：弹芯，完成指令收发、参数配置、数据存取、计时处理、点火控制等功能；储能装置，为弹芯和点火供电；时钟/复位，可选组件，为弹芯提供外部输入时钟和复位信号，保证弹芯进入确定初始状态；感测装置，由温度、碰撞等传感器组件，保险栓监测组件，GPS&BD定位组件等构成，根据应用需要选择1个或多个组合，感测目标和环境信息与对应预先配置的阈值参数值进行比较判断，使能直控点火信号；点火装置，“桥丝与引火药组合”或“半导体桥SCB点火器”，根据实际应用需要选择；无线模块，可选模块，通过UART/SPI接口与弹芯连接，用于主控设备无线远程控制点火作业，无线模块可以是WiFi/5G/4G/天通卫星等通信模块中任意几种的组合。

（5）电子时间引信点火控制：主控设备（装定器）通过MBUS/IDBUS双线总线给电子时间引信供电，弹发射前，通过双线总线或无线模块或UART/SPI接口与电子时间引信进行信息交互，进行参数（包括点火延时时间、保险解除时间等）配置、指令发送等，弹一离开炮口就激活点火延时倒计时和保险解除时间计数，当点火延时倒计时为0且保险已经解除输出点火命令，点火开关闭合，存储装置为点火装置供电，引信发火。

（6）弹类产品：由电子时间引信、引爆剂、其他装置控部件（可选）、等构成，其中引爆剂由气爆剂或火药组成，其他装置由弹体、弹壳、装药等组成，电子时间引信含弹芯；弹类产品基于弹芯的通信方式分为：有线控制/无线控制/自控三类弹。

（7）弹点火控制，有线控制弹应用，主控设备（装定器）通过“MBUS/IDBUS”总线对有线控制弹进行一主多从的通信与供电；无线控制弹应用，主控设备（带无线模块）与多个无线控制弹之间可实现一主多从无线组网通信；自控弹，主控部件通过“UART/SPI数据接口”发送指令；上述三类弹应用中都要进行参数配置、注册与检测等操作，充电完成后发射到目标区域，发射同时“电子时间引信”启动点火延时倒计时和保险解除计时，当点火延时倒计时为0，且保险已解除时，点火装置发火点燃引爆剂，再引爆其他装置中的装药或弹片等；对于触发和延时复合电子时间引信中，如果感测装置触发直控点火失效，未能引爆弹，点火延时倒计时引爆功能可实现弹在目标区域内自毁。

从上述技术方案可以看出，本发明针对弹上点火的实际应用场景，通过支持MBUS/IDBUS总线、UART/SPI总线通信，高集成度、低功耗、高电压大电流放电、精准计时和控制等的弹芯实现高精度点火、高性价比、多用途的电子时间引信，满足电子时间引信自动装配和检测的需求，促进弹点火数字化与精准化，作业组网化、场景多样化、流程规范化，高安全高可靠，易用、易管，降低综合成本，提高弹的管控信息化水平，助力传统弹转型升级。

附图说明

图1是本发明的弹芯结构原理图。

图2是本发明应用实施例的电子时间引信结构原理图。

图3是本发明应用实施例的弹结构原理图。

具体实施方式

本发明的核心思想：

（1）弹上点火通过高集成度、小体积、低成本、低功耗、高电压大电流放电点火等的弹芯芯片，实现弹上点火数字化与精准化，管控远程化、作业组网化、场景多样化、高安全高可靠；

（2）弹芯支持无极性双线总线通信与供电：包括MBUS总线，IDBUS总线（发明专利申请公布号：CN109587022A）；

（3）弹芯支持UART/SPI数据接口、片外时钟与复位信号、外部供电与充电、多种点火方式（直控/通信指令）、点火延时值（根据弹的战术使命和使用要求决定）可配置等；

（4）弹芯控制与信息传输：通过片内DPU对有线（MBUS/IDBUS总线）和无线模块（通过UART/SPI数据接口）的指令信号进行识别、执行、处理，并进行反馈；配置芯片参数；控制存储装置充放电；执行直控点火、通信指令点火；通过点火延时倒计时、保险解除计时实现安全距离外点火引爆；通过感测装置输出直控点火（即触发点火）和点火延时点火复合作用，实现弹自毁等；

（5）电子时间引信：以弹芯为基础，引信电子控制装置芯片化，增加储能装置、感测装置、点火装置、无线模块（可选）、时钟与复位（可选）、自控组件（可选）等组成，实现有线/无线组网作业；

通过上述方式实现“一种弹上点火的芯片及应用”。

现结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明的弹芯结构原理图，该芯片可以应用于各类弹上点火起爆装置中，如数码灭火弹、灭虫弹、降雨弹、礼花弹、催泪弹、智能炮弹、固定炸弹等。

具体地，在本实施例中，如图1所示的处理过程实质如下。

（1）弹芯管脚

参见图1，弹芯管脚（pin）包含但不限于以下管脚：MBUS/IDBUS双线总线、时钟/复位、总线模式、数据接口、直控点火、点火供电、地等。

供电/充电管脚：芯片外部为“弹芯和点火”稳定供电的输入管脚，支持从MBUS/IDBUS总线取电并为芯片外部供电的输出管脚。

时钟/复位管脚：芯片外部为弹芯提供“时钟和复位信号”输入管脚。

总线模式管脚：该输入管脚信号值（0和1）用于判断采用MBUS/IDBUS总线，还是UART/SPI总线进行收发通信指令。

数据接口管脚： UART的接口包括接收（Rx）、发送（Tx）；SPI接口包括MISO（MasterInput Slave Output，主设备输入，从设备输出）、MOSI（Master Output Slave Input，主设备输出，从设备输入），SCLK（Serial Clock串行时钟信号，由主设备产生），CS（ChipSelect，从设备使能信号，由主设备控制），其中UART总线的Rx管脚与SPI总线的MOSI管脚复用，UART总线的Tx管脚与SPI总线的MISO管脚复用。

直控点火管脚：感测装置（温度/碰撞/位置传感器组件、保险栓监测脚等）的“直控点火”的输入管脚，弹芯输出状态信息到感测装置的输出管脚。

点火供电管脚：当点火开关闭合，储能装置通过点火开关供到电点火装置的管脚，实现点火起爆。

地管脚：包括弹芯的数字地和模拟地。

（2）弹芯结构

参见图1，内部功能模块主要有：电源管理（所属结构10）、UART/SPI（所属结构11）、开关（所属结构12）、总线信号收发（所属结构13）、片上时钟（所属结构14）、可编程存储（所属结构15）、DPU（所属结构16）等。

所属结构10，电源管理模块：是模拟电路，包含对来自MBUS/IDBUS总线进行全波整流的电路，实现总线取电，并为芯片外部低压供电；当外部MBUS/IDBUS总线断开或不供电时，控制芯片外部为弹芯供电；通过电荷泵（charge pump）实现升压，为芯片外部高压供电；当启动点火命令后，控制芯片外部电源为点火起爆供电；采用多个LDO（low dropoutregulator，低压差线性稳压器）分别为芯片内部数字电路和模拟电路供电；电压（LDO输出电压、储能装置电压）状态的检测；产生复位（上电和欠压）信号等。

所属结构11，UART/SPI模块：是数字电路，支持UART总线通信协议，SPI总线通信协议；自适应判断处理UART/SPI总线中一种，即通过自动检测SPI管脚CS是否使能，选择SPI总线或UART总线通信协议处理；UART的波特率可以通过配置芯片参数实现，如果未配置波特率，按照芯片参数中缺省波特率值进行UART的收发处理；UART/SPI处理后获得以字节为计量单位的数据发送到DPU（所属结构16）；把来自DPU（所属结构16）需要反馈的数据帧（以字节为计量单位）按照UART/SPI通信协议要求，转化为bit流输出到弹芯数据接口Tx/MISO管脚上。

所属结构12，开关模块，是模拟电路，包括受控于DPU（所属结构16）的点火开关和紧急放电开关，为DPU（所属结构16）提供状态检测时开关状态信息。

所属结构13，总线信号收发模块，是模拟电路，接收MBUS/IDBUS总线的下行电压调制信号（MBUS电压幅度调制、IDBUS电压宽度调制）并数字化后bit流发送到DPU（所属结构16）；接收来自DPU所要反馈以字节为单位的数据，按照MBUS/IDBUS协议要求调制成数字bit流，控制总线发送模块（恒流源电路）的断开和闭合，使总线电流增加11mA~20mA或保持不变，实现弹芯通过电流调制方式反馈信息。

所属结构14，片上时钟模块，是模拟电路，可校准的RC振荡器产生时钟信号，校准值由DPU（所属结构16）控制，弹芯出厂以芯片参数方式把时钟校准值写入可编程存储其中，弹芯每次上电复位后从可编程存储器中读出时钟校准值控制片上时钟（所属结构14），实现时钟误差低，频率精度高；在线校准通过校准指令实现，由DPU（所属结构16））控制执行。

所属结构15，可编程存储器，是模拟电路，可编程的非易失性存储器，存储器的数据存取由DPU（所属结构16）控制执行；存取数据包括芯片参数和弹芯点火过程的必需参数；其中芯片参数包括但不限于UART波特率值、点火电压值、时钟校准值、IDBUS总线的下行标准脉宽值、上行标准脉宽值、弹芯UID码等；弹芯点火的必需参数，包括但不限于点火延时值、保险解除时间值、温度阈值、碰撞强度阈值、位置阈值、点火密码等；复位后，DPU（所属结构16）从可编程存储器（所属结构15）中读出参数缺省值保证芯片正常工作等。

所属结构16，DPU（数字处理单元）：是数字电路，主要功能包括MBUS/IDBUS总线下行数据解调，即对来自“总线信号收发”（所属结构13）输出的下行数字调制bit流信号进行解调并输出字节数据；MBUS/IDBUS总线上行数据调制，即生成并发送上行数字调制bit流信号到总线信号收发（所属结构13）；生成并发送反馈数据帧到UART/SPI（所属结构11）；读写可编程存储器（所属结构15）；对片上时钟（所属结构14）进行时钟校准；芯片状态检测（包括开关状态、开关两端电压、存储装置的电压、LDO输出电压，电荷泵电压等）；对来自双线总线下行数据帧或UART/SPI（所属结构11）的数据进行指令识别和处理；支持指令集处理；指令集编码可根据需要以参数方式写到可编程存储器中，如指令状态值+指令代码写入固定的存储器地址空间；芯片状态寄存器数据读取；对电源管理（所属结构10）中电荷泵输出电压配置；LDO输出电压及储能装置电压检测的使能控制；控制开关（所属结构12）中点火开关与放电开关的闭合与断开；点火控制相关处理等。

（3）弹芯点火控制

A、指令通信方式

通过配置“总线模式”管脚信号值，使弹芯选择MBUS/IDBUS总线或UART/SPI总线通信方式，如果采用UART/SPI总线通信，总线不能供电，必须芯片外部为弹芯供电。

B、参数配置

参数包括芯片参数和点火必需参数；弹芯接收MBUS/IDBUS总线或UART/SPI总线发送的写参数指令，DPU（所属结构16）识别并执行指令，直接把参数写入存储器固定的地址空间；对于时钟校准值，需要片上时钟（所属结构14）配合完成时钟校准，然后DPU把最终时钟校准值写入存储器固定地址空间内；通常时钟校准值在芯片出厂时写入存储器中，其他弹芯点火必需参数根据实际应用需要在适当时候写入；参数也可以通过数据接口经UART/SPI进行配置。

C、弹芯点火控制

弹芯复位（上电或欠压或外部复位）到初始状态，缺省使用“片上时钟”（所属结构14）产生时钟信号，根据应用需要可使用外部输入时钟，弹芯接收MBUS/IDBUS总线或UART/SPI总线信号，并进行处理、识别、反馈等各种操作（包括芯片状态检测、在线时钟校准、储能装置充电、UID码的读取与选择、点火延时值与保险解除时间配置、寄存器或可编程存储器中数据的读写、指令处理等）；当DPU（所属结构16）控制点火准备完毕（如外部电源达到点火放电要求电压、点火延时值和保险解除时间已设置等），接收到“来自MBUS/IDBUS双线总线或UART/SPI总线的点火指令”或直控点火有效信号时，立即进入点火延时倒计时和保险解除计时状态，当点火延时倒计时为0且保险已经解除（弹发射后已在炮口安全距离之外，即离开炮口时间“保险解除计时值”大于设置保险解除时间参数值），控制“开关（所属结构12）”中点火开关处于闭合状态，芯片外部电源通过“电源管理（所属结构10）”和“开关（所属结构12）”，以及“点火供电”接口为外部点火装置供电，实现点火。

图2是本发明应用实施例的电子时间引信结构原理图，具体地，在本实施例中，电子时间引信实质如下。

（1）电子时间引信结构

电子时间引信，由弹芯（所属结构23）、储能装置（所属结构20）、时钟/复位（可选，所属结构21）、感测装置（可选，所属结构22）、点火装置（所属结构24）、无线模块（可选，所属结构25）等组件构成，为说明电子时间引信的结果原理，引入了外部的主控设备（所属结构2-0）、主控部件（所属结构2-1）、引爆剂（所属结构2-2）。

所属结构23，弹芯原理结构图参见图1具体实施方式的详细说明；

所属结构20，储能装置，由储能电容/充电电池/普通电池中任一种组成，为“弹芯和点火”供电，弹芯可为储能装置充电。

所属结构21，时钟/复位，可选组件，根据应用场景需求为弹芯提供外部输入时钟和复位信号，特别是系统复位可使弹芯和电子时间引信上其他电路模块进入确定初始状态，并保证软硬件正常工作。

所属结构22，感测装置，根据应用场景需求选择合适的感测组件进行组合，感测组件包括温度、碰撞等传感器组件，保险栓监测组件，GPS&BD定位组件等；以下任一情况条件满足时使能“直控点火”信号有效，即“温度传感器组件”获得电子时间引信周围环境温度大于预设“点火阈值温度”时，或者“碰撞传感器组件”在电子时间引信受到碰撞时获得碰撞强度值大于预设“点火阈值碰撞强度值”时，或者“保险栓监测组件”的保险栓被拉开时，或者GPS&BD定位组件的高度低于预设“点火阈值高度”时；其他情况不使能“指控点火信号”；上述所讲预设各种阈值参数既可以是其组件内部设置，也可以由弹芯可编程存储器中配置与提供。

所属结构24，点火装置，根据实际应用场景需求选择适当的点火器，点火器为“桥丝与引火药组合”或“半导体桥SCB点火器”。

所属结构25，无线模块，可选模块，主控设备无线远程控制点火作业时，无线模块是弹芯与无线主控设备之间通信桥梁；无线模块接收来自无线主控设备的无线信号、处理后把获得的数据信息通过UART/SPI接口发送到弹芯；无线模块接收来自弹芯UART/SPI接口的数据信息、处理后通过无线方式发送反馈到无线主控设备；无线模块可以是带有UART/SPI接口的WiFi/5G/4G/天通卫星等通信模块中的任一种。

图2中辅助说明电子时间引信，引入外部设备如下：

主控设备（又称装定器，所属结构2-0）通过MBUS/IDBUS总线与电子时间引信进行通信与供电，也可以进行一主多从组网作业；主控设备通过无线模块与电子时间引信上的弹芯进行信息交互，不能在线远程供电，需要储能装置预先充满电；主控设备包括但不限于点火相关指令生成与发送，电子时间引信反馈信号接收、指令识别与处理等，禁止点火、准许点火、自毁，点火方案的生成，弹芯相关参数的配置等。

所属结构2-1，主控部件，可选部件，当电子时间引信与主控部件等组成一个整机系统时，受主控部件控制引信实现点火，如微型无人战机上电子控制系统控制电子时间引信点火。

所属结构2-2，引爆剂，可以是气爆剂或火药，点火装置发火后引爆引爆剂，使弹爆炸，实现弹的目标，如弹头射出，或弹片飞散，或灭火粉/杀虫剂/烟花火焰飞撒等。

（2）电子时间引信点火控制

主控设备（装定器）通过MBUS/IDBUS双线总线或已充电的储能装置给电子时间引信供电，弹发射前，主控设备通过三种通信方式（MBUS/IDBUS总线、无线模块、UART/SPI总线）任一种接口与电子时间引信进行信息交互，电子时间引信中弹芯进行参数配置、指令发送等，弹一离开炮口就激活点火延时倒计时和保险解除计时，当点火延时倒计时为0且保险已经解除，输出点火命令，点火开关闭合，储能装置为点火装置供电，电子时间引信发火；感测装置触发直控点火失效情况下，点火延时倒计时引爆功能可实现弹在目标区域内自毁，避免未爆弹造成人员伤亡事故。

图3本发明应用实施例的弹结构原理图，具体实质如下

（1）弹结构

图3是应用实施例的弹结构原理图，基于弹芯的通信方式，分为有线控制弹/无线控制弹/自控弹，弹的结构都由电子时间引信、引爆剂、其他装置、主控部件（可选）等构成，具体地，图3实施例中弹结构，实质如下表1。

表1不同弹的结构异同。

表2有线控制弹中装药的构成。

（2）弹点火控制

根据实际应用场景，综合考量效率、效果、成本、战术目标等因素，选择合适通信控制方式（如有线/无线/自控），点火方式（指令、感测“温度传感器、碰撞传感器、位置定位、保险栓监测” 等），实施方式（炮射、空投、手掷、固定等）实现弹作业目的 。

图3A是有线控制弹点火控制，有线控制弹包含但不限于降雨弹/灭火弹/灭虫弹/催泪弹/礼花弹等的应用；主控设备通过MBUS/IDBUS总线与多个有线控制弹进行组网供电和一主多从通信，完成对有线控制弹进行注册、参数配置与状态检测、充电等操作；通过“手掷/固定/炮射/空投”任一方式把弹从作业位置送到目标点火引爆区域，送出同时弹的感测装置输出点火命令，使电子时间引信进入点火延时倒计时和保险解除计时开始，当接近目标点火引爆区域点火延时倒计时为0，且保险已解除（保险解除计时大于保险解除时间参数值，此时弹离开炮口超过安全距离）时，点火引爆；如果出现意外未能引爆，对于近地点火引爆的应用场景，可利用弹的感测（如温度或碰撞传感器）输出第二次点火命令，多重保证可靠点火，实现有线控制弹作业目的。

图3B是无线控制弹的点火控制，无线控制弹包含但不限于固定炸弹/无线工程爆破弹的应用；主控设备（带无线模块）通过WiFi/5G/4G/天通卫星与多个无线控制弹通信，实现一主多从组网，完成对无线控制弹进行注册、配置（如预先设置点火延时值）与检测（如弹芯状态是否正常）等操作；主控设备通过发射无线点火指令使电子时间引信进入点火延时倒计时状态和保险解除计时开始，当点火延时倒计时为0且且保险已解除，点火引爆，实现无线控制弹作业目的。

图3C是自控弹的点火控制，自控弹包含但不限于智能炮弹/微型无人战机的应用；自控弹上的主控部件通过UART/SPI数据接口发送指令，实现参数配置、检测和控制电子时间引信，完成点火前准备工作；采用合适点火方式输出点火命令（如主控部件发点火指令、感测“碰撞传感器、位置定位、保险栓监测”）等，使电子时间引信进入点火延时倒计时状态，当点火延时倒计时为0时，点火引爆，实现自控弹作业目的。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种弹上点火的芯片，其特征在于，所述芯片的管脚包括电压幅度调制MBUS或电压宽度调制IDBUS点火驱动总线管脚、UART或SPI总线管脚、时钟复位管脚、总线模式管脚、直控点火管脚、供电充电管脚、点火供电管脚、地管脚；

所述芯片的结构由电源管理模块、UART或SPI模块、开关模块、总线信号收发模块、片上时钟模块、可编程存储器模块、数字处理单元DPU模块组成；

所述芯片通过所述芯片的管脚与电子时间引信和弹类产品中的其他组件连接，其中，所述电子时间引信的结构由所述芯片、储能装置、时钟复位装置、感测装置、点火装置、无线模块装置组成；其中，所述弹类产品为有线控制弹、无线控制弹或自控弹；所述芯片用于实现所述弹类产品的点火控制；

所述芯片在复位信号有效时复位到初始状态，缺省使用内部时钟，并从所述可编程存储器模块中读出所述芯片参数，所述芯片通过所述MBUS或IDBUS点火驱动总线管脚或者从所述UART或SPI总线管脚接收指令，并进行如下操作：芯片状态检测、在线时钟校准、储能装置充电、可编程存储器中参数的读取、点火必需参数配置、指令集处理或状态寄存器的读写操作，其中所述复位信号为上电或欠压，或外部复位，所述上电或欠压信号由所述电源管理模块生成；

当所述DPU控制点火准备完毕，只要接收到点火指令或直控点火信号有效时，立即进入点火延时倒计时和保险解除计时状态，直到点火延时倒计时为0且保险已经解除，即保险解除计时值大于配置的保险解除时间参数值，所述DPU控制开关中点火开关处于闭合状态，芯片输出瞬间高电压大电流为外部点火装置供电，实现点火，其中所述点火指令是从主控部件获得的，所述直控点火信号是从所述感测装置获得的，所述主控部件通过以下三种通信方式MBUS或IDBUS总线、无线模块、UART或SPI总线中任一种通信接口与所述电子时间引信进行信息交互；在所述点火指令失效的情况下，所述直控点火信号能够用于第二次点火命令；

当所述DPU接收到紧急放电指令时，所述DPU立即输出使能闭合紧急放电开关信号，所述储能装置通过闭合的紧急放电开关放电到地，放电完成后产生软复位信号使所述DPU复位到初始状态，其中所述紧急放电指令为最高优先级。

2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于：

（1）所述供电充电管脚：是所述芯片为所述芯片外部供电的输出管脚，是所述芯片外部为所述芯片供电的输入管脚；

（2）所述时钟复位管脚：是所述芯片外部为所述芯片提供时钟和复位信号的输入管脚；

（3）所述总线模式管脚：是用于判断所述芯片选择MBUS或IDBUS总线，还是UART或SPI总线数据的输入管脚；

（4）所述UART或SPI总线管脚： UART接口包括接收Rx、发送Tx；SPI接口包括主设备输入从设备输出MISO、主设备输出从设备输入MOSI，串行时钟信号SCLK，芯片选择CS，其中所述UART的Rx管脚与所述SPI的MOSI管脚复用，所述UART的Tx管脚与所述SPI的MISO管脚复用；

（5）所述直控点火管脚：是所述感测装置的直控点火输入管脚，所述感测装置包括温度、碰撞或位置传感器、保险栓监测组件，所述芯片输出状态信号到所述感测装置的输出管脚；

（6）所述点火供电管脚：为所述芯片为所述芯片外部提供高电压大电流点火电能的输出管脚；

（7）所述地管脚：包括所述芯片的数字地和模拟地。

3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于：

（1）所述电源管理模块：功能包括全波整流电路，为所述芯片外部低压供电，控制电荷泵升压为所述芯片外部高压供电，通过多个低压差线性稳压器LDO分别为所述芯片内部数字和模拟电路供电，控制点火供电，所述LDO输出电压状态监测，所述储能装置电压状态检测；

（2）所述UART或SPI模块：功能包括实现UART总线通信协议， SPI总线通信协议，自适应判断处理UART总线或SPI总线通信数据；

（3）所述开关模块，由所述DPU控制的点火开关和紧急放电开关构成，所述开关模块包括开关状态检测电路，所述开关状态监测电路用于为所述DPU提供开关检测状态信息；

（4）所述总线信号收发模块，下行表示从所述芯片外部到所述芯片内部的方向，上行表示所述芯片内部到所述芯片外部的方向；功能包括接收电压调制信号并把数字化比特流信号发送到所述DPU，接收所述DPU调制后的数字比特流，控制恒流源电路的断开和闭合，使总线电流增加11毫安至20mA或保持不变，实现所述电流调制方式发送反馈信息，其中所述电压调制信号通过MBUS电压幅度调制或IDBUS电压宽度调制生成；

（5）所述片上时钟模块，带时钟校准控制的时钟振荡电路，时钟校准值由所述DPU输出控制，输出时钟到其他功能模块；

（6）所述可编程存储器模块，为可编程的非易失性的存储器，用于可编程参数的存取，其中所述可编程参数包括芯片参数和点火必需参数；

（7）所述DPU模块：功能包括接收来自所述总线信号收发模块的下行数字化调制比特流信号并解调输出字节数据，生成并发送上行数字调制比特流信号到所述总线信号收发模块；

生成并发送反馈数据帧到所述UART或SPI模块；

读写可编程存储器，芯片参数和点火必需参数的配置与读取，其中所述芯片参数包括UART波特率值、点火电压值、时钟校准值、IDBUS总线的下行标准脉宽值、上行标准脉宽值或弹芯UID码，所述点火必需参数包括点火延时值、保险解除时间值、温度阈值、碰撞强度阈值、位置阈值或点火密码；

对片上时钟进行时钟校准；芯片状态检测；接收MBUS或IDBUS总线解调数据或UART或SPI的数据进行指令识别、执行和处理；芯片状态寄存器数据读取；使能电压状态检测、电荷泵升压、为外部储能装置充电；控制开关的闭合与断开；指令集处理；时钟与复位电路。

4.根据权利要求1所述的芯片, 其特征在于：

（1）所述储能装置：为储能电容、充电电池或非充电普通电池的任一种，为所述芯片供电；

（2）所述时钟复位装置：为所述芯片提供外部输入时钟和复位信号，使电子时间引信所有电路模块进入确定初始状态，并保证软硬件正常工作；

（3）所述感测装置：由1个或多个感测组件组合构成，感测组件温度、碰撞传感器组件、保险栓监测组件、位置定位组件；任一感测组件感测到的目标和环境信息与对应预先配置的阈值参数值进行比较判断，满足条件时使能直控点火信号有效，其他情况不使能；上述预先配置的阈值参数值 由感测组件内部设置或所述芯片配置在可编程存储器中；

（4）所述点火装置：根据应用需求选择桥丝与引火药组合或半导体桥SCB点火器；

（5）无线模块：无线远程控制电子时间引信时，根据应用需要选择带有UART或SPI总线接口的WiFi、5G、4G或天通卫星通信模块中的一种或多种组合。

5.根据权利要求1所述的芯片, 其特征在于：

MBUS或IDBUS总线或已充电的储能装置为电子时间引信供电，弹发射前，电子时间引信进行参数包括点火延时值、保险解除时间值配置、指令接收和发送，点火前各项准备工作完成后，弹一离开炮口就同时激活电子时间引信中点火延时倒计时和保险解除时间计时，当点火延时倒计时为0且保险已经解除，弹芯输出点火命令，点火开关闭合，存储装置为点火装置供电，点火装置发火；感测装置触发直控点火失效情况下，点火延时倒计时引爆功能实现弹在目标区域内自毁。

6.根据权利要求1所述芯片, 其特征在于：

所述弹类产品由所述电子时间引信、主控部件、引爆剂、其他装置构成，其中所述主控部件通过UART或SPI数据接口控制电子时间引信点火，所述引爆剂由气爆剂或火药组成，所述其他装置由弹体、弹壳、装药组成；弹基于控制芯片的通信方式分为有线控制弹、无线控制弹或自控弹三类。

7.根据权利要求1所述的芯片, 其特征在于：

有线控制弹包含降雨弹、灭火弹、灭虫弹、催泪弹或礼花弹的应用，主控部件通过MBUS或IDBUS总线对有线控制弹进行一主多从的组网通信与供电，点火控制各项准备工作完成后，弹往目标区域发射或投掷时，弹芯启动点火延时倒计时和保险解除计时，当点火延时倒计时为0，且保险已解除时，点火装置发火点燃引爆剂，再引爆装药或弹片；

无线控制弹包含固定炸弹、无线工程爆破弹的应用，主控部件带无线模块与多个无线控制弹之间实现一主多从无线组网通信，完成对无线控制弹进行注册、参数配置、状态检测点火准备工作；布设或发射后，主控部件无线发送点火指令使所述芯片进入点火延时倒计时和保险解除计时状态，当点火延时倒计时为0且保险已解除，点火引爆；

自控弹包含智能炮弹或微型无人战机的应用，自控弹主控部件通过UART或SPI数据接口发送指令到所述芯片，实现参数配置、状态检测和控制电子时间引信，完成点火控制准备工作，所述芯片执行点火指令并实现点火起爆。

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