CN114812304A - 发火控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发火控制系统及方法，包括：发火控制逻辑器、抗干扰逻辑器、施密特触发器、下拉电阻R3、充电控制器、放电控制器、储能电容C、发火元件电阻R1、发火开关Q和下拉电阻R2；发火控制逻辑器与抗干扰逻辑器信号连接，施密特触发器分别与下拉电阻R3、下拉电阻R2、发火开关Q、发火元件电阻R1和储能电容C相连接，发火开关Q的发射极接地，发火开关Q的基极与发火元件电阻R1相连接，储能电容C接地。本发明从芯片和模块两方面同时着手，在芯片内部通过多比特反极性信号控制、抗干扰逻辑器的设计、施密特触发器的使用、芯片和模块下拉电阻冗余设计等多重方法保证了电子雷管模块的可靠发火，避免了雷管误爆引发的安全事故。
Description
技术领域
本发明涉及电子雷管的技术领域，具体地，涉及发火控制系统及方法，尤其涉及一种高可靠发火控制的方法。
背景技术
为了保证组网的电子雷管连接的可靠性，一般性的，起爆器都会对起爆现场的电子雷管进行点名操作。电子雷管模块在出厂前，会通过模块测试仪来进行独立的功能测试。但实际使用时，都是在现场进行数百发雷管模块的组网实爆，有些模块的问题只会在组网阶段暴露出来。所以，如何在实验室模拟现场实爆的环境，并对模块进行大规模的组网测试，是一个具有现实意义的工程问题。
芯电子雷管芯片应用于爆破行业，电子雷管模块是在电子雷管芯片外围增加了相关的电路之后的功能模块，在雷管模块上通常采用MOS管来作为发火控制元件，而MOS管的栅极控制信号由电子雷管片直接输出控制。在电子雷管模块实际应用中，经常出现一些误爆，产生很大的安全隐患。而引起误爆的原因有多方面的，比如爆破现场的电磁干扰，芯片管脚FIRE异常，MOS管虚焊等。
在公开号为CN104457453A的专利文献中公开了一种数码电子雷管发火控制件组，由多个通过连接件连接在一起的发火控制件构成，尤其是，发火控制件组包含多个雷管管塞构成的雷管管塞组、多个点火控制电路板、多个引火件、以及多个封装体，雷管管塞组由多个雷管管塞通过连接件连接而成，雷管管塞、点火控制电路板、引火件、以及封装体一一对应，形成多个发火控制件，雷管管塞的一端与一点火控制电路板的第一端焊接，点火控制电路板的第二端与一引火件焊接，通过低压注塑的方式形成的封装体包裹在雷管管塞的焊接部位、引火件的焊接部位、及点火控制电路板的外表面。
因此，需要提出一种新的技术方案。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种发火控制系统及方法。
根据本发明提供的一种发火控制系统，包括：发火控制逻辑器、抗干扰逻辑器、施密特触发器、下拉电阻R3、充电控制器、放电控制器、储能电容C、发火元件电阻R1、发火开关Q和下拉电阻R2；
所述发火控制逻辑器通过五个开关信号与抗干扰逻辑器信号连接，所述抗干扰逻辑器与施密特触发器相连接，所述施密特触发器分别与下拉电阻R3、下拉电阻R2、发火开关Q、发火元件电阻R1和储能电容C相连接，所述下拉电阻R3和下拉电阻R2接地，所述发火开关Q的发射极接地，所述发火开关Q的基极与发火元件电阻R1相连接，所述储能电容C接地。
优选地，所述发火控制逻辑器、抗干扰逻辑器、施密特触发器、下拉电阻R3、充电控制器、放电控制器组成电子雷管芯片。
优选地，电子雷管芯片接收到主机的起爆命令之后，通过检查起爆命令的合法性、起爆密码是否匹配、储能电容C是否充满、延期倒计时是否已满足来确定是否要输出有效的发火控制开关信号，包含至少5路以上开关信号，开关信号以高、低、高、低电平交替输出。
优选地，所述抗干扰逻辑器对5路以上开关信号进行的抗干扰处理逻辑；
所述施密特触发器消除幅值较低的干扰信号。
优选地，通过在点火控制信号FIRE上增加下拉电阻R3，在芯片刚上电时输出一个确定的低电平；
发火元件电阻R1采用桥丝电阻或贴片金属电阻；
在雷管模块上增加一个冗余的下拉电阻R2。
优选地，所述充电控制器对储能电容C的充电控制；
所述放电控制器对储能电容C的放电控制。
优选地，所述储能电容C在电子雷管芯片进入延期之后给芯片供电，并在起爆时提供能量引爆发火元件电阻R1；
所述发火开关Q控制储能电容C释放能量的电流通路，引爆发火元件。
本发明还提供一种发火控制方法，所述方法应用上述中的发火控制系统，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：电子雷管芯片完成正常的通信、配置、高压电容充电、延期时间设置之后进入延期状态；
步骤S2：电子雷管芯片延期结束时，通过检查起爆命令的合法性、起爆密码是否匹配、储能电容C是否充满、延期倒计时是否已满足来确定是否要输出发火控制开关信号；
步骤S3：5路以上的开关信号经过抗干扰逻辑器处理；
步骤S4：将抗干扰逻辑器输出的信号进一步经过施密特触发器过滤，消除幅值较低的干扰信号；
步骤S5：经过施密特触发器过滤的信号通过发火控制引脚FIRE输出，同时在该引脚上集成了下拉电阻功能，保证芯片上电时输出稳定的低电平，防止开关误动作；
步骤S6：在雷管模块上增加一个冗余的下拉电阻，防止芯片的发火控制引脚FIRE内部的下拉电阻异常导致发火开关Q误触发；
步骤S7：发火控制引脚FIRE雷管模块上通过最短的距离连接到发火开关QMOS管的栅极G端，控制起爆时打开MOS管，通过释放储能电容C的能量来引爆发火药头。
优选地，所述步骤S2中的发火控制开关信号包含至少5路以上的开关信号，所述开关信号以高、低、高、低电平交替输出。
优选地，所述步骤S3中每相邻两个开关信号进行异或操作，每组输出信号最终再做相与的操作。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供了一种电子雷管模块可靠发火的控制系统及方法，该方法从芯片着手，首先设计了多比特反极性开关信号，这些开关信号经过抗干扰逻辑器的处理，可以有效地防止单个信号受干扰引发的误动作；
2、本发明通过施密特触发器的运用，消除了非常小概率的小幅度的干扰信号；芯片内部和模块上的下拉电阻冗余设计进一步防止了芯片内部下拉电阻或者模块贴片电阻异常导致的误动作；
3、本发明消除了电子雷管模块发火环节的所有隐患，提高了电子雷管模块发火的可靠性和雷管的安全性，从而避免了雷管误爆引发的安全事故。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的电路组成结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明实现的方法，是一种系统的解决方法，从电子雷管芯片和模块两方面综合考虑，实现最可靠的发火控制。具体而言，就是芯片内部实现发火控制信号的逻辑采用多比特反极性信号、抗干扰逻辑器处理、施密特触发器过滤、芯片和模块上双电阻下拉冗余设计，同时在模块上，MOS管和芯片FIRE引脚尽可能靠近。
本发明提供一种发火控制系统，包括发火控制逻辑器、抗干扰逻辑器、施密特触发器、下拉电阻R3、充电控制器、放电控制器、储能电容C、发火元件电阻R1、发火开关Q和下拉电阻R2；发火控制逻辑器通过五个开关信号与抗干扰逻辑器信号连接，抗干扰逻辑器与施密特触发器相连接，施密特触发器分别与下拉电阻R3、下拉电阻R2、发火开关Q、发火元件电阻R1和储能电容C相连接，下拉电阻R3和下拉电阻R2接地，发火开关Q的发射极接地，发火开关Q的基极与发火元件电阻R1相连接，储能电容C接地。
发火控制逻辑器：电子雷管芯片接收到主机的起爆命令之后，通过检查起爆命令的合法性、起爆密码是否匹配、储能电容C是否充满、延期倒计时是否以满足等状态来确定是否要输出有效的发火控制开关信号，包含至少5路以上开关信号，这些开关信号以高、低、高、低电平交替输出。
抗干扰逻辑器：对5路以上开关信号进行的抗干扰处理逻辑。
施密特触发器：施密特触发器，消除大部分幅值较低的干扰信号。
下拉电阻R3：通过在点火控制信号FIRE上增加下拉电阻R3，可以在芯片刚上电时输出一个确定的低电平，防止外部发火开关Q误打开。
充电控制器：实现对储能电容C的充电控制。
放电控制器：实现对储能电容C的放电控制。
储能电容C：用于在电子雷管芯片进入延期之后给芯片供电，并在起爆时提供能量引爆发火元件。
发火元件电阻R1：一般采用桥丝电阻或贴片金属电阻，用于发火，点燃药头。
发火开关Q：用于控制储能电容C释放能量的电流通路，引爆发火元件。
下拉电阻R2：在雷管模块上增加一个冗余的下拉电阻，防止芯片的发火控制引脚FIRE内部的下拉电阻异常导致发火开关Q误触发。
本发明提供的一种发火控制方法包括如下步骤：
步骤S1：电子雷管芯片完成正常的通信、配置、高压电容充电、延期时间设置等操作之后进入延期状态。延期状态是指雷管进入起爆前的倒计时状态。
步骤S2：电子雷管芯片延期结束时，通过检查起爆命令的合法性、起爆密码是否匹配、储能电容C是否充满、延期倒计时是否以满足等状态来确定是否要输出有效的发火控制开关信号，包含至少5路以上开关信号，这些开关信号以高、低、高、低…电平交替输出。检查是硬件电路自动完成的，通过硬件比较器自动完成：比如起爆命令控制字与芯片内存储的起爆命令完全一致；起爆密码与芯片内部存储的密码相等；储能电容的电压与预设的充电电压档位一样；延期倒计时计数器与预设的延期时间一样。
步骤S3：这5路以上的开关信号经过抗干扰逻辑器处理。典型的方法是每相邻两个开关信号进行异或操作，每组输出信号最终再做相与的操作。这种处理方法可以防止某一路信号受干扰之后误触发打开发火开关Q，而5路以上的开关信号被同一个干扰源影响分别从高电平切到低电平、和从低电平切到高电平的概率是几乎不存在的。
步骤S4：将抗干扰逻辑器输出的信号进一步经过施密特触发器过滤，可以消除大部分幅值较低的干扰信号。过滤这是施密特触发器的电路特性，只有信号超过一定阈值才识别成有效的高电平，否则就是无效信号，完成过滤功能
步骤S5：经过施密特触发器过滤的信号通过发火控制引脚FIRE输出，同时在该引脚上集成了下拉电阻功能，用于保证芯片上电时输出稳定的低电平，防止开关误动作。
步骤S6：在雷管模块上增加一个冗余的下拉电阻，防止芯片的发火控制引脚FIRE内部的下拉电阻异常导致发火开关Q误触发。
步骤S7：发火控制引脚FIRE雷管模块上通过最短的距离连接到发火开关QMOS管的栅极G端，用于控制起爆时打开MOS管，通过释放储能电容C的能量来引爆发火药头。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种发火控制系统，其特征在于，包括：发火控制逻辑器、抗干扰逻辑器、施密特触发器、下拉电阻R3、充电控制器、放电控制器、储能电容C、发火元件电阻R1、发火开关Q和下拉电阻R2；
所述发火控制逻辑器通过五个开关信号与抗干扰逻辑器信号连接，所述抗干扰逻辑器与施密特触发器相连接，所述施密特触发器分别与下拉电阻R3、下拉电阻R2、发火开关Q、发火元件电阻R1和储能电容C相连接，所述下拉电阻R3和下拉电阻R2接地，所述发火开关Q的发射极接地，所述发火开关Q的基极与发火元件电阻R1相连接，所述储能电容C接地。
2.根据权利要求1所述的发火控制系统，其特征在于，所述发火控制逻辑器、抗干扰逻辑器、施密特触发器、下拉电阻R3、充电控制器、放电控制器组成电子雷管芯片。
3.根据权利要求2所述的发火控制系统，其特征在于，电子雷管芯片接收到主机的起爆命令之后，通过检查起爆命令的合法性、起爆密码是否匹配、储能电容C是否充满、延期倒计时是否已满足来确定是否要输出有效的发火控制开关信号，包含至少5路以上开关信号，开关信号以高、低、高、低电平交替输出。
4.根据权利要求1所述的发火控制系统，其特征在于，所述抗干扰逻辑器对5路以上开关信号进行的抗干扰处理逻辑；
所述施密特触发器消除幅值较低的干扰信号。
5.根据权利要求1所述的发火控制系统，其特征在于，通过在点火控制信号FIRE上增加下拉电阻R3，在芯片刚上电时输出一个确定的低电平；
发火元件电阻R1采用桥丝电阻或贴片金属电阻；
在雷管模块上增加一个冗余的下拉电阻R2。
6.根据权利要求1所述的发火控制系统，其特征在于，所述充电控制器对储能电容C的充电控制；
所述放电控制器对储能电容C的放电控制。
7.根据权利要求1所述的发火控制系统，其特征在于，所述储能电容C在电子雷管芯片进入延期之后给芯片供电，并在起爆时提供能量引爆发火元件电阻R1；
所述发火开关Q控制储能电容C释放能量的电流通路，引爆发火元件。
8.一种发火控制方法，其特征在于，所述方法应用如权利要求1-7任一项所述的发火控制系统，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：电子雷管芯片完成正常的通信、配置、高压电容充电、延期时间设置之后进入延期状态；
步骤S2：电子雷管芯片延期结束时，通过检查起爆命令的合法性、起爆密码是否匹配、储能电容C是否充满、延期倒计时是否已满足来确定是否要输出发火控制开关信号；
步骤S3：5路以上的开关信号经过抗干扰逻辑器处理；
步骤S4：将抗干扰逻辑器输出的信号进一步经过施密特触发器过滤，消除幅值较低的干扰信号；
步骤S5：经过施密特触发器过滤的信号通过发火控制引脚FIRE输出，同时在该引脚上集成了下拉电阻功能，保证芯片上电时输出稳定的低电平，防止开关误动作；
步骤S6：在雷管模块上增加一个冗余的下拉电阻，防止芯片的发火控制引脚FIRE内部的下拉电阻异常导致发火开关Q误触发；
步骤S7：发火控制引脚FIRE雷管模块上通过最短的距离连接到发火开关QMOS管的栅极G端，控制起爆时打开MOS管，通过释放储能电容C的能量来引爆发火药头。
9.根据权利要求8所述的发火控制方法，其特征在于，所述步骤S2中的发火控制开关信号包含至少5路以上的开关信号，所述开关信号以高、低、高、低电平交替输出。
10.根据权利要求8所述的发火控制方法，其特征在于，所述步骤S3中每相邻两个开关信号进行异或操作，每组输出信号最终再做相与的操作。
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