CN112393652A - 一种提高通信可靠性的电子雷管爆破控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高通信可靠性的电子雷管爆破控制系统，所述电子雷管爆破控制系统包括起爆器和若干个电子雷管模块，各个电子雷管模块以并联方式与起爆器连接，其特征在于，每个电子雷管模块上设有开关结构，当电子雷管模块接收到起爆器发出的起爆指令并开始执行起爆后，所述电子雷管模块控制开关结构处于断开状态，使得这时电子雷管模块与起爆器及其它电子雷管模块之间均处于物理隔断状态。本发明解决了在小断面、金属矿山、井下和隧道等复杂场景使用时，在接收起爆指令并执行起爆的过程中因电信号干扰导致的电子雷管拒爆的问题，大大提高了电子雷管的抗干扰性能和安全性。

Description

一种提高通信可靠性的电子雷管爆破控制系统

技术领域

本发明涉及电子雷管，具体涉及一种提高通信可靠性的电子雷管爆破控制系统。

背景技术

电子雷管，又称数码电子雷管、数码雷管或工业数码电子雷管，一般采用电子雷管爆破控制系统控制电子雷管进行爆破。

电子雷管爆破控制系统基本上由雷管和起爆器两部分组成，多个电子雷管模块以并联方式与起爆器连接，起爆器可同时控制多个电子雷管工作。

电子雷管一般是通过收到起爆器的起爆信号后进行爆破，电子雷管与起爆器之间的信号传输一般都是通过有线传输，但是当在小断面、金属矿山、井下和隧道等复杂工作环境使用时，电子雷管与起爆器之间的信号传输经常受到干扰，从而导致电子雷管出现拒爆的问题，不利于电子雷管的安全性。

发明内容

本发明为了解决上述问题，从而提供一种提高通信可靠性的电子雷管爆破控制系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种提高通信可靠性的电子雷管爆破控制系统，所述电子雷管爆破控制系统包括起爆器和若干个电子雷管模块，各个电子雷管模块以并联方式与起爆器连接，其特征在于，每个电子雷管模块上设有开关结构，当电子雷管模块接收到起爆器发出的起爆指令并开始执行起爆后，所述电子雷管模块控制开关结构处于断开状态，使得这时电子雷管模块与起爆器及其它电子雷管模块之间均处于物理隔断状态。

在本发明的一个优选实施例中，所述起爆器连接有第一母线和第二母线，所述第一母线和第二母线的长度大于500m，每个电子雷管模块通过支线与第一母线和第二母线连接，所述支线的长度为3m～25m。

在本发明的一个优选实施例中，所述开关结构包括第一开关和第二开关，所述第一开关连接第一母线，所述第二开关连接第二母线，所述第一开关和第二开关由电子雷管模块控制，当第一开关和第二开关处于断开状态时，电子雷管模块与起爆器及其它电子雷管模块之间均处于物理隔断状态。

在本发明的一个优选实施例中，所述电子雷管模块包括芯片、储能电容、起爆管和桥丝电阻，所述芯片包括电源模块、通信模块、充放电模块、控制模块、功能检测模块和点火模块，所述电源模块和通信模块分别与第一母线和第二母线连接，所述充放电模块与电源模块连接，所述控制模块分别连接电源模块、通信模块、第一开关、第二开关、充放电模块，所述功能检测模块与控制模块连接，所述点火模块分别连接控制模块和起爆管，所述储能电容分别连接充放电模块和桥丝电阻，所述桥丝电阻连接起爆管。

在本发明的一个优选实施例中，所述芯片还包括NVM存储模块，所述NVM存储模块与控制模块连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述芯片还包括POR上电复位模块，所述POR上电复位模块与控制模块连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述芯片还包括OSC时钟模块，所述OSC时钟模块与控制模块连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述起爆器上设有身份验证模块。

在本发明的一个优选实施例中，所述开关结构为NMOS开关或PMOS开关或CMOS开关或带限流和下拉电阻的NMOS开关或带限流和上拉电阻的PMOS开关或NPN开关或PNP开关或NPN和PNP的复合开关。

本发明的有益效果是：

本发明解决了在小断面、金属矿山、井下和隧道等复杂场景使用时，在接收起爆指令并执行起爆的过程中因电信号干扰导致的电子雷管拒爆的问题，大大提高了电子雷管的抗干扰性能和安全性。

另外，本发明结构简单，可在现有的爆破控制系统上直接设置，不需要将爆破控制系统重新设计，节约了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为起爆器与电子雷管模块的连接示意图；

图2为电子雷管模块的结构示意图；

图3为NMOS开关的结构示意图；

图4为PMOS开关的结构示意图；

图5为CMOS开关的结构示意图；

图6为带限流和下拉电阻的NMOS开关的结构示意图；

图7为带限流和上拉电阻的PMOS开关的结构示意图；

图8为NPN开关的结构示意图；

图9为PNP开关的结构示意图

图10为NPN和PNP的复合开关的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。

参见图1，本发明提供的提高抗干扰性能的电子雷管爆破控制系统，其包括起爆器100和若干个电子雷管模块200，各个电子雷管模块200以并联方式与起爆器100连接，起爆器100可同时控制各个电子雷管模块200工作。

起爆器100与各个电子雷管模块200连接方式具体可为：起爆器100连接有第一母线A和第二母线B，每个电子雷管200模块通过支线与第一母线A和第二母线B连接。

电子雷管模块200的个数具体可大于500，为了保证现场爆破操作人员安全，第一母线A和第二母线B的长度大于500m，同时各电子雷管模块200通过支线接入第一母线A和第二母线B的长度，也会根据现场情况不同，具体可为3m～25m。

参见图2，在每个电子雷管模块200上设有开关结构，当电子雷管模块接收到起爆器100发出的起爆指令后，电子雷管模块200控制开关结构处于断开状态，使得这时电子雷管模块200与起爆器100及其它电子雷管模块之间处于物理隔断状态，以隔绝执行起爆过程中可能产生的干扰信号，而其他状态时，电子雷管模块200控制开关结构处于闭合状态，电子雷管模块200与起爆器100之间可进行信号传输。

开关结构包括第一开关S1和第二开关S2，第一开关S1两端分别连接第一母线A和电子雷管模块200，第二开关S2的两端分别连接第二母线B和电子雷管模块200，电子雷管模块200可控制第一开关S1和第二开关S2进行断开或闭合。

电子雷管模块200具体包括芯片210、滤波电容C2、储能电容C1、起爆管Q1和桥丝电阻YT，芯片210包括电源模块220、通信模块230、充放电模块240、控制模块250、功能检测模块260和点火模块270。

电源模块220和通信模块230分别连接第一母线A和第二母线B，两者分别通过第一母线A和第二母线B接收起爆器100提供的电源和控制信号，而第一开关S1和第二开关S2位于电源模块220、通信模块230与第一母线A和第二母线B之间，这样当第一开关S1和第二开关S2处于断开状态时，电源模块220和通信模块230就无法通过第一母线A和第二母线B接收起爆器100提供的电源和控制信号，处于物理隔断状态。

充放电模块240与电源模块220连接，控制模块250分别连接电源模块220、通信模块230、第一开关S1、第二开关S2和充放电模块240，功能检测模块260与控制模块250连接，点火模块270分别连接控制模块250和起爆管Q1，滤波电容C2与电源模块220连接，储能电容C1分别连接充放电模块240和桥丝电阻YT，桥丝电阻YT连接起爆管Q1。

通信模块230用于实现控制模块250与起爆器100之间的信息传输，控制模块250通过通信模块230将控制信息发送给控制模块250，控制模块250根据接受到的信息进行对应的操作，控制模块250也可将检测到的信息通过通信模块230发送给起爆器100。

控制模块250通过充放电模块240可控制储能电容C1充电或放电和控制电源模块220为各个用电模块供电。

控制模块250通过点火模块270可打开起爆管Q1，储能电容C1储存的能量通过桥丝电阻YT到地，完成爆破。

功能检测模块260用于实时检测电子雷管模块200内各个模块的状态，并将检测信息发送给控制模块250，控制模块250再将信息反馈给起爆器100，这样可保证起爆器100在发出起爆指令前，电子雷管模块200处于正常状态。

控制模块250连接第一开关S1和第二开关S2，第一开关S1和第二开关S2断开或闭合的切换直接由控制模块250控制，本系统中，只有当控制模块250接收到起爆器100起爆指令，并且功能检测模块260检测电子雷管模块200内各个模块的状态正常后，控制模块250才会开始执行起爆，并控制第一开关S1和第二开关S2断开，其余情况下则控制第一开关S1和第二开关S2均处于闭合状态。这样既保证了电子雷管模块200在执行起爆时不会受到干扰，又使得电子雷管模块200与起爆器100能在起爆前进行正常的信息及电源传输。

第一开关S1和第二开关S2可以有多种不同的具体实现方式，这些实现方式包括：NMOS开关、PMOS开关、CMOS开关、带限流和下拉电阻的NMOS开关、带限流和上拉电阻的PMOS开关、NPN开关、PNP开关、NPN和PNP的复合开关。

参见图3-图10，下面是开关结构的各种具体实现方式

(1)当开关结构为NMOS开关时，控制模块250发出的控制信号ENN为高电平时，开关导通，ENN为低电平时，开关断开；

(2)当开关结构为PMOS开关时，控制模块250发出的控制信号ENP为低电平时，开关导通，ENP为高电平时，开关断开；

(3)当开关结构为CMOS开关时，控制模块250发出的控制信号ENN为高电平，ENP为低电平时，开关导通；控制信号ENN为低电平，ENP为高电平时，开关断开；

(4)当开关结构为带限流和下拉电阻的NMOS开关时，控制模块250发出的控制信号ENN为高电平时，开关导通；其它状态，下拉电阻R9接地，开关断开；

(5)当开关结构为带限流和上拉电阻的PMOS开关时，控制模块250发出的控制信号ENP为低电平时，开关导通；其它状态，上拉电阻R11接电源，开关断开；

(6)当开关结构为NPN开关时，控制模块250发出的控制信号ENN为高电平时，NPN三极管QN导通，输出Vout短接到地，相当于开关断开；当ENN为其它状态时，下拉电阻R2接地，NPN三极管QN断开，Vin＝Vout，相当于开关导通；

(7)当开关结构为PNP开关时，控制模块250发出的控制信号ENP为低电平时，PNP三极管QP导通，Vin＝Vout,相当于开关导通；当ENP为其它状态时，上拉电阻R5接至Vin，PNP三极管QP断开，相当于开关断开；

(8)当开关结构为NPN和PNP的复合开关时，控制模块250发出的控制信号_ENN为高电平时，NPN三极管QN导通，PNP三极管QP的基级接地，QP导通，Vin＝Vout,相当于开关导通，当ENN为其它状态时，下拉电阻R2接地，上拉电阻R7接Vin,三极管QN和QP都断开，相当于开关断开。

对于开关结构的具体选择可根据实际需求而定，并且上述开关结构的实现方式也并不只局限于上述8种方式，只需能够实现当电子雷管模块接收到起爆器100发出的起爆指令后，电子雷管模块200可控制开关结构处于闭合状态的开关结构的实现方式都可采用。

参见图2，另外，芯片210还包括OSC时钟模块、POR上电复位模块和NVM存储模块。

OSC时钟模块与控制模块250连接，用于提供时钟，POR上电复位模块与控制模块250连接，用于提供上电复位信号，NVM存储模块与控制模块250连接，用于存储芯片210所需要的关键信息和状态，控制模块250可读取NVM存储模块内存储的数据，并将读取的数据反馈给起爆器100。

下面是本申请的具体工作过程：

起爆器100会先发送扫描广播指令给各个与之连接的电子雷管模块200，各个电子雷管模块200收到扫描指令后，每个电子雷管模块200的芯片210中的通信模块230将处理后的数据发给控制模块250，控制模块250读取NVM模块的数据后，将数据传给通信模块230，通信模块230再以电流反馈的形式，通过第一母线A和第二母线B将数据返回到起爆器100，以确认电子雷管模块200的关键信息；

起爆器100确认电子雷管模块200的关键信息后，发送一系列指令，进行电子雷管模块的验证，并确认各个电子雷管模块200的关键状态。

电子雷管模块200的关键状态确认后，起爆器100会发送充电指令，芯片210中的控制模块250收到充电指令后，控制充放电模块240，对储能电容C1进行充电，当储能电容C1的电压达到预期的电压值时，充放电模块240发出充电完毕的信号给控制模块250并停止充电；

当起爆器100收到所有电子雷管模块200都充电完毕的信号后，起爆器100发出起爆指令，各个电子雷管模块200的芯片210内的控制模块250通过通信模块230收到起爆指令后，将EN信号电平翻转，使第一开关S1和第二开关S2断开，这时起爆器100与电子雷管模块200之间的信号传输被直接物理断开，不会有干扰信号进入各个电子雷管模块200，影响起爆指令的后续执行。此时，储能电容C1，滤波电容C2给电子雷管模块200供电，控制模块250完成设置的延期等操作后，控制点火模块270打开起爆管Q1，储能电容C1储存的能量通过桥丝电阻YT释放到地，引起桥丝电阻YT发热并引燃桥丝电阻上的起爆药头，完成爆破。

另外，在起爆器100上设有身份验证模块，现场操作人员在操作起爆器100前，需要通过身份验证模块核实身份和对网络中的电子雷管模块进行“点名”，等认证通过后，方可执行起爆流程，从而提高安全性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种提高通信可靠性的电子雷管爆破控制系统，其特征在于，所述电子雷管爆破控制系统包括起爆器和若干个电子雷管模块，各个电子雷管模块以并联方式与起爆器连接，其特征在于，每个电子雷管模块上设有开关结构，当电子雷管模块接收到起爆器发出的起爆指令并开始执行起爆后，所述电子雷管模块控制开关结构处于断开状态，使得这时电子雷管模块与起爆器及其它电子雷管模块之间均处于物理隔断状态。

2.根据权利要求1所述的一种提高通信可靠性的电子雷管爆破控制系统，其特征在于，所述起爆器连接有第一母线和第二母线，所述第一母线和第二母线的长度大于500m，每个电子雷管模块通过支线与第一母线和第二母线连接，所述支线的长度为3m～25m。

3.根据权利要求1所述的一种提高通信可靠性的电子雷管爆破控制系统，其特征在于，所述开关结构包括第一开关和第二开关，所述第一开关连接第一母线，所述第二开关连接第二母线，所述第一开关和第二开关由电子雷管模块控制，当第一开关和第二开关处于断开状态时，电子雷管模块与起爆器及其它电子雷管模块之间均处于物理隔断状态。

4.根据权利要求3所述的一种提高通信可靠性的电子雷管爆破控制系统，其特征在于，所述电子雷管模块包括芯片、储能电容、起爆管和桥丝电阻，所述芯片包括电源模块、通信模块、充放电模块、控制模块、功能检测模块和点火模块，所述电源模块和通信模块分别与第一母线和第二母线连接，所述充放电模块与电源模块连接，所述控制模块分别连接电源模块、通信模块、第一开关、第二开关、充放电模块，所述功能检测模块与控制模块连接，所述点火模块分别连接控制模块和起爆管，所述储能电容分别连接充放电模块和桥丝电阻，所述桥丝电阻连接起爆管。

5.根据权利要求4所述的一种提高通信可靠性的电子雷管爆破控制系统，其特征在于，所述芯片还包括NVM存储模块，所述NVM存储模块与控制模块连接。

6.根据权利要求4所述的一种提高通信可靠性的电子雷管爆破控制系统，其特征在于，所述芯片还包括POR上电复位模块，所述POR上电复位模块与控制模块连接。

7.根据权利要求4所述的一种提高通信可靠性的电子雷管爆破控制系统，其特征在于，所述芯片还包括OSC时钟模块，所述OSC时钟模块与控制模块连接。

8.根据权利要求1所述的一种提高通信可靠性的电子雷管爆破控制系统，其特征在于，所述起爆器上设有身份验证模块。

9.根据权利要求1所述的一种提高通信可靠性的电子雷管爆破控制系统，其特征在于，所述开关结构为NMOS开关或PMOS开关或CMOS开关或带限流和下拉电阻的NMOS开关或带限流和上拉电阻的PMOS开关或NPN开关或PNP开关或NPN和PNP的复合开关。

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