CN115235303A - 用于电子雷管的抗干扰方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于电子雷管的抗干扰方法及系统，包括：起爆器给电子雷管模块供电，上电复位电路输出复位信号POR，等待接收指令；起爆器完成正常的通信、芯片配置和延期时间设置操作之后发送高压电容充电命令；电子雷管芯片开始对储能电容充电，当电容电压超过8V比较器输出为高，并通过或门将上电复位电路输出的POR信号固定在无效的高电平；起爆器发送起爆命令给电子雷管模块，电子雷管模块接收到起爆命令之后进入起爆前倒计时的延期模式，开始倒计时计数；计时器倒计数到零后，输出点火控制信号引爆药头。本发明的电子雷管芯片自身的抗干扰能力大幅度提升，电子雷管模块上芯片前级的防静电抗干扰电路可以大幅减少，大幅降低了模块成本。
Description
技术领域
本发明涉及电子雷管的技术领域，具体地，涉及用于电子雷管的抗干扰方法及系统。
背景技术
随着电子雷管的广泛应用，电子雷管在一些爆破现场尤其是地下矿的小断面掘进爆破时，出现明显的盲炮问题。
根据对盲炮的进一步分析，基本可推断与电子雷管的工作特性有关。电子雷管在组网爆破时，通常需要设置不同的延时，尤其是小断面掘进爆破的面积较小，组网的电子雷管之间的间距比较近，先爆破的电子雷管爆炸后产生的强电磁波或静电等干扰信号会从还未爆的电子雷管的两根脚线进入电子雷管模块内部，从而瞬时击穿电子雷管芯片或引起芯片复位，导致电子雷管模块停止工作，出现拒爆。
现有技术有很多电子雷管模块在芯片前级通过额外的防护电路或放电装置，来抑制或者减弱干扰的影响，但是实际上由于干扰信号频率过高很难完全消除，残留的信号还是容易进入芯片内部引发芯片复位。
因此，需要提出一种新的技术方案以改善上述技术问题。
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用于电子雷管的抗干扰方法及系统。
根据本发明提供的一种用于电子雷管的抗干扰方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：起爆器通过A、B总线给电子雷管模块供电，电子雷管芯片上电后，上电复位电路输出复位信号POR，电子雷管芯片进入正常模式，等待接收指令；
步骤S2：起爆器完成正常的通信、芯片配置和延期时间设置操作之后发送高压电容充电命令；
步骤S3：电子雷管芯片接收到高压电容充电命令之后开始对储能电容充电，储能电容电压经过电阻R1、R2分压之后的采样电压进入比较器和0.8V的电压基准进行比较，当电容电压超过8V比较器输出为高，并通过或门将上电复位电路输出的POR信号固定在无效的高电平；
步骤S4：起爆器发送起爆命令给电子雷管模块，电子雷管模块接收到起爆命令之后进入起爆前倒计时的延期模式，开始倒计时计数；
步骤S5：计时器倒计数到零后，输出点火控制信号引爆药头。
优选地，所述起爆器对电子雷管芯片进行起爆控制；
所述电子雷管模块通过脚线接收起爆器的指令，完成起爆引爆炸药；所述电子雷管模块包括电子雷管芯片和前级保护电路；
所述前级保护电路包括瞬态高压抑制管和静电保护管，抑制从脚线进入的瞬态高压信号。
优选地，所述电子雷管芯片是电子雷管模块的主控芯片，所述电子雷管芯片接收指令和控制延期，并完成起爆；
所述上电复位电路以VCCL为工作电源，基于电源模块输出的高压基准电压REF_1P2和基准电压电路输出的低压基准电压REF_1P8进行芯片复位，当REF_1P8低于REF_1P2时，芯片处于复位状态，POR输出为低电平，反之，则芯片复位结束，POR输出为高。
优选地，所述比较器对储能电容电压VB进行电阻分压采样之后和基准电压输出REF_0P8进行比较，高于基准电压则输出高电平，反之，输出低电平；
所述或门将上电复位电路输出POR与VB比较器输出结果相或，在储能电容充电超过8V之后自动将POR信号固定在高电平，使之对数字逻辑电路失效。
优选地，所述数字逻辑电路为电子雷管芯片内部的数字逻辑控制电路，处理经通信电路解析之后的指令，控制充放电通路进行储能电容的充放电，并在接收到起爆命令之后启动延时计数器，进行倒计时，并在计时结束之后输出发火控制信号FIRE；
所述通信电路为电子雷管芯片内部与起爆器完成通信功能的电路，接收起爆器指令和返回数据给起爆器。
本发明还提供一种用于电子雷管的抗干扰系统，所述系统包括如下模块：
模块M1：起爆器通过A、B总线给电子雷管模块供电，电子雷管芯片上电后，上电复位电路输出复位信号POR，电子雷管芯片进入正常模式，等待接收指令；
模块M2：起爆器完成正常的通信、芯片配置和延期时间设置操作之后发送高压电容充电命令；
模块M3：电子雷管芯片接收到高压电容充电命令之后开始对储能电容充电，储能电容电压经过电阻R1、R2分压之后的采样电压进入比较器和0.8V的电压基准进行比较，当电容电压超过8V比较器输出为高，并通过或门将上电复位电路输出的POR信号固定在无效的高电平；
模块M4：起爆器发送起爆命令给电子雷管模块，电子雷管模块接收到起爆命令之后进入起爆前倒计时的延期模式，开始倒计时计数；
模块M5：计时器倒计数到零后，输出点火控制信号引爆药头。
优选地，所述起爆器对电子雷管芯片进行起爆控制；
所述电子雷管模块通过脚线接收起爆器的指令，完成起爆引爆炸药；所述电子雷管模块包括电子雷管芯片和前级保护电路；
所述前级保护电路包括瞬态高压抑制管和静电保护管，抑制从脚线进入的瞬态高压信号。
优选地，所述电子雷管芯片是电子雷管模块的主控芯片，所述电子雷管芯片接收指令和控制延期，并完成起爆；
所述上电复位电路以VCCL为工作电源，基于电源模块输出的高压基准电压REF_1P2和基准电压电路输出的低压基准电压REF_1P8进行芯片复位，当REF_1P8低于REF_1P2时，芯片处于复位状态，POR输出为低电平，反之，则芯片复位结束，POR输出为高。
优选地，所述比较器对储能电容电压VB进行电阻分压采样之后和基准电压输出REF_0P8进行比较，高于基准电压则输出高电平，反之，输出低电平；
所述或门将上电复位电路输出POR与VB比较器输出结果相或，在储能电容充电超过8V之后自动将POR信号固定在高电平，使之对数字逻辑电路失效。
优选地，所述数字逻辑电路为电子雷管芯片内部的数字逻辑控制电路，处理经通信电路解析之后的指令，控制充放电通路进行储能电容的充放电，并在接收到起爆命令之后启动延时计数器，进行倒计时，并在计时结束之后输出发火控制信号FIRE；
所述通信电路为电子雷管芯片内部与起爆器完成通信功能的电路，接收起爆器指令和返回数据给起爆器。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明方法易于实现，只需要增加一个简单的比较器和或门就可以实现复位信号的抗干扰处理；
2、本发明的抗干扰电路完全由模拟电路实现，不需要数字逻辑电路参与，从而避免了数字逻辑电路本身受复位POR控制可能导致的逻辑死锁的风险；
3、采用本发明之后，电子雷管芯片自身的抗干扰能力大幅度提升，电子雷管模块上芯片前级的防静电抗干扰电路可以大幅减少，大幅降低了模块成本；
4、采用本发明之后，可以达到很好的抗电磁脉冲或静电干扰效果，从而解决电子雷管爆破尤其是小断面掘进爆破中频繁发生的拒爆问题。
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为本发明起爆系统电路组成结构图；
图2为本发明不集成桥堆和点火开关MOS管的雷管芯片示意图；
图3为本发明集成桥堆和点火开关MOS管的雷管芯片示意图。
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。
实施例1：
根据本发明提供的一种用于电子雷管的抗干扰方法，方法包括如下步骤：
步骤S1：起爆器通过A、B总线给电子雷管模块供电，电子雷管芯片上电后，上电复位电路输出复位信号POR，电子雷管芯片进入正常模式，等待接收指令；
步骤S2：起爆器完成正常的通信、芯片配置和延期时间设置操作之后发送高压电容充电命令；
步骤S3：电子雷管芯片接收到高压电容充电命令之后开始对储能电容充电，储能电容电压经过电阻R1、R2分压之后的采样电压进入比较器和0.8V的电压基准进行比较，当电容电压超过8V比较器输出为高，并通过或门将上电复位电路输出的POR信号固定在无效的高电平；
步骤S4：起爆器发送起爆命令给电子雷管模块，电子雷管模块接收到起爆命令之后进入起爆前倒计时的延期模式，开始倒计时计数；
步骤S5：计时器倒计数到零后，输出点火控制信号引爆药头。
起爆器对电子雷管芯片进行起爆控制；电子雷管模块通过脚线接收起爆器的指令，完成起爆引爆炸药；电子雷管模块包括电子雷管芯片和前级保护电路；前级保护电路包括瞬态高压抑制管和静电保护管，抑制从脚线进入的瞬态高压信号。
电子雷管芯片是电子雷管模块的主控芯片，电子雷管芯片接收指令和控制延期，并完成起爆；上电复位电路以VCCL为工作电源，基于电源模块输出的高压基准电压REF_1P2和基准电压电路输出的低压基准电压REF_1P8进行芯片复位，当REF_1P8低于REF_1P2时，芯片处于复位状态，POR输出为低电平，反之，则芯片复位结束，POR输出为高。
比较器对储能电容电压VB进行电阻分压采样之后和基准电压输出REF_0P8进行比较，高于基准电压则输出高电平，反之，输出低电平；或门将上电复位电路输出POR与VB比较器输出结果相或，在储能电容充电超过8V之后自动将POR信号固定在高电平，使之对数字逻辑电路失效。
数字逻辑电路为电子雷管芯片内部的数字逻辑控制电路，处理经通信电路解析之后的指令，控制充放电通路进行储能电容的充放电，并在接收到起爆命令之后启动延时计数器，进行倒计时，并在计时结束之后输出发火控制信号FIRE；通信电路为电子雷管芯片内部与起爆器完成通信功能的电路，接收起爆器指令和返回数据给起爆器。
实施例2：
实施例2为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。
本发明还提供一种用于电子雷管的抗干扰系统，系统包括如下模块：
模块M1：起爆器通过A、B总线给电子雷管模块供电，电子雷管芯片上电后，上电复位电路输出复位信号POR，电子雷管芯片进入正常模式，等待接收指令；
模块M2：起爆器完成正常的通信、芯片配置和延期时间设置操作之后发送高压电容充电命令；
模块M3：电子雷管芯片接收到高压电容充电命令之后开始对储能电容充电，储能电容电压经过电阻R1、R2分压之后的采样电压进入比较器和0.8V的电压基准进行比较，当电容电压超过8V比较器输出为高，并通过或门将上电复位电路输出的POR信号固定在无效的高电平；
模块M4：起爆器发送起爆命令给电子雷管模块，电子雷管模块接收到起爆命令之后进入起爆前倒计时的延期模式，开始倒计时计数；
模块M5：计时器倒计数到零后，输出点火控制信号引爆药头。
起爆器对电子雷管芯片进行起爆控制；电子雷管模块通过脚线接收起爆器的指令，完成起爆引爆炸药；电子雷管模块包括电子雷管芯片和前级保护电路；前级保护电路包括瞬态高压抑制管和静电保护管，抑制从脚线进入的瞬态高压信号。
电子雷管芯片是电子雷管模块的主控芯片，电子雷管芯片接收指令和控制延期，并完成起爆；上电复位电路以VCCL为工作电源，基于电源模块输出的高压基准电压REF_1P2和基准电压电路输出的低压基准电压REF_1P8进行芯片复位，当REF_1P8低于REF_1P2时，芯片处于复位状态，POR输出为低电平，反之，则芯片复位结束，POR输出为高。
比较器对储能电容电压VB进行电阻分压采样之后和基准电压输出REF_0P8进行比较，高于基准电压则输出高电平，反之，输出低电平；或门将上电复位电路输出POR与VB比较器输出结果相或，在储能电容充电超过8V之后自动将POR信号固定在高电平，使之对数字逻辑电路失效。
数字逻辑电路为电子雷管芯片内部的数字逻辑控制电路，处理经通信电路解析之后的指令，控制充放电通路进行储能电容的充放电，并在接收到起爆命令之后启动延时计数器，进行倒计时，并在计时结束之后输出发火控制信号FIRE；通信电路为电子雷管芯片内部与起爆器完成通信功能的电路，接收起爆器指令和返回数据给起爆器。
实施例3：
实施例3为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。
本发明提供一种用于电子雷管的抗干扰方法、系统，电子雷管芯片接收到高压充电命令之后开始对储能电容进行充电，一旦储能电容电压达到一定阈值(阈值可调整，默认8V)，储能电容电压比较器会输出一个标志信号，该信号用于将芯片内部的复位电路输出的POR复位信号固定在无效的电平(默认高电平无效)，这样即使有外部干扰进入芯片，芯片也不会复位，保证雷管在接收到起爆命令之后的延期倒计时能正常工作，从而实现了雷管芯片不被爆炸引起的电磁脉冲或静电信号干扰。
本发明提供的一种用于电子雷管的抗干扰方法及系统，包括：
起爆器：用于完成对电子雷管的起爆控制的主控设备。
电子雷管模块：通过脚线接收起爆器的指令，完成起爆引爆炸药。包含了电子雷管芯片、前级保护电路等元件。
前级保护电路：一般包含一些瞬态高压抑制管、静电保护管等，抑制从脚线进入的瞬态高压信号。
电子雷管芯片：电子雷管模块的主控芯片，接收指令，控制延期，完成起爆。
桥堆：完成交直流转换的电路模块。
电源模块：电源模块将输入的高压VDD进行转换，输出为所述电子雷管芯片提供稳定的工作电压，包含高压VCCH、低压VCCL和高压基准电压REF_1P2。VCCH电压范围6V-40V，芯片上电稳定之后，VCCL输出固定在3.3V左右,REF_1P2在1.2V左右
基准电源：电子雷管芯片内部基于低压VCCL产生的低压基准电源，输出有1.8V、0.8V的电压基准：REF_1P8、REF_0P8。
充放电通路：对储能电容进行充放电的控制电路，输入电压VIN来自电源模块的VCCH，输出端给储能电容充电，主要包含了充电、放电MOS管、充放电限流电阻(充放电电流限制在10mA以下)，MOS管的开关信号CHG_EN、DSG_EN由逻辑控制电路控制。
上电复位电路：上电复位电路以VCCL为工作电源，基于电源模块输出的高压基准电压REF_1P2和基准电压电路输出的低压基准电压REF_1P8进行芯片复位，当REF_1P8低于REF_1P2时，芯片处于复位状态，POR输出为低电平，反之，则芯片复位结束，POR输出为高。
振荡器电路：产生时钟信号给数字逻辑电路使用。输入来自电源模块的低压电源VCCL，输出CLK。
比较器：对储能电容电压VB进行电阻分压(R1、R2)采样之后和基准电压输出REF_0P8进行比较，高于基准电压则输出高电平(OUT＝1)，反之，输出低电平(OUT＝0)。
或门：将上电复位电路输出POR与VB比较器输出结果相或，确保在储能电容充电超过8V之后即自动将POR信号固定在高电平，使之对数字逻辑电路失效。
数字逻辑电路：雷管芯片内部的数字逻辑控制电路，负责处理经通信电路解析之后的指令，控制充放电通路进行储能电容的充放电，并在接收到起爆命令之后启动延时计数器，进行倒计时，并在计时结束之后输出发火控制信号FIRE。
通信电路：电子雷管内部与起爆器完成通信功能的电路，主要负责接收起爆器指令和返回数据给起爆器。
点火控制电路：输入来自数字逻辑电路的控制信号FIRE，经过处理之后产生最终的发火控制信号，连接芯片外接的发火MOS开关的栅极。
系统工作原理：
步骤S1：起爆器通过A、B总线给电子雷管模块供电，雷管芯片上电后，上电复位电路输出复位信号POR，雷管芯片进入正常模式，等待接收指令；
步骤S2：起爆器完成正常的通信、芯片配置和延期时间设置操作之后发送高压电容充电命令；
步骤S3：电子雷管芯片接收到高压电容充电命令之后开始对储能电容充电，储能电容电压经过R1、R2分压之后的采样电压(1/10的VB电压)进入比较器和0.8V的电压基准进行比较，当电容电压超过8V比较器输出为高，并通过或门将上电复位电路输出的POR信号固定在无效的高电平；
步骤S4：起爆器发送起爆命令给电子雷管模块，雷管接收到起爆命令之后进入起爆前倒计时的延期模式，开始倒计时计数；
步骤S5：计时器倒计数到零后，输出点火控制信号引爆药头。
高压充电达到阈值(默认8V)之后，所有的电子雷管芯片的上电复位信号POR都会被固定在无效的高电平，雷管芯片用于延期倒计时的逻辑电路和时钟振荡器都不再受复位信号POR的影响。这样在雷管现场爆破中即使先爆破的雷管即使产生了干扰信号进入后爆破的雷管，也不会引起芯片复位，从而保证了雷管不会拒爆。
本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。
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)
1.一种用于电子雷管的抗干扰方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：起爆器通过A、B总线给电子雷管模块供电，电子雷管芯片上电后，上电复位电路输出复位信号POR，电子雷管芯片进入正常模式，等待接收指令；
步骤S2：起爆器完成正常的通信、芯片配置和延期时间设置操作之后发送高压电容充电命令；
步骤S3：电子雷管芯片接收到高压电容充电命令之后开始对储能电容充电，储能电容电压经过电阻R1、R2分压之后的采样电压进入比较器和0.8V的电压基准进行比较，当电容电压超过8V比较器输出为高，并通过或门将上电复位电路输出的POR信号固定在无效的高电平；
步骤S4：起爆器发送起爆命令给电子雷管模块，电子雷管模块接收到起爆命令之后进入起爆前倒计时的延期模式，开始倒计时计数；
步骤S5：计时器倒计数到零后，输出点火控制信号引爆药头。
2.根据权利要求1所述的用于电子雷管的抗干扰方法，其特征在于，
所述起爆器对电子雷管芯片进行起爆控制；
所述电子雷管模块通过脚线接收起爆器的指令，完成起爆引爆炸药；所述电子雷管模块包括电子雷管芯片和前级保护电路；
所述前级保护电路包括瞬态高压抑制管和静电保护管，抑制从脚线进入的瞬态高压信号。
3.根据权利要求1所述的用于电子雷管的抗干扰方法，其特征在于，
所述电子雷管芯片是电子雷管模块的主控芯片，所述电子雷管芯片接收指令和控制延期，并完成起爆；
所述上电复位电路以VCCL为工作电源，基于电源模块输出的高压基准电压REF_1P2和基准电压电路输出的低压基准电压REF_1P8进行芯片复位，当REF_1P8低于REF_1P2时，芯片处于复位状态，POR输出为低电平，反之，则芯片复位结束，POR输出为高。
4.根据权利要求1所述的用于电子雷管的抗干扰方法，其特征在于，
所述比较器对储能电容电压VB进行电阻分压采样之后和基准电压输出REF_0P8进行比较，高于基准电压则输出高电平，反之，输出低电平；
所述或门将上电复位电路输出POR与VB比较器输出结果相或，在储能电容充电超过8V之后自动将POR信号固定在高电平，使之对数字逻辑电路失效。
5.根据权利要求1所述的用于电子雷管的抗干扰方法，其特征在于，
所述数字逻辑电路为电子雷管芯片内部的数字逻辑控制电路，处理经通信电路解析之后的指令，控制充放电通路进行储能电容的充放电，并在接收到起爆命令之后启动延时计数器，进行倒计时，并在计时结束之后输出发火控制信号FIRE；
所述通信电路为电子雷管芯片内部与起爆器完成通信功能的电路，接收起爆器指令和返回数据给起爆器。
6.一种用于电子雷管的抗干扰系统，其特征在于，所述系统包括如下模块：
模块M1：起爆器通过A、B总线给电子雷管模块供电，电子雷管芯片上电后，上电复位电路输出复位信号POR，电子雷管芯片进入正常模式，等待接收指令；
模块M2：起爆器完成正常的通信、芯片配置和延期时间设置操作之后发送高压电容充电命令；
模块M3：电子雷管芯片接收到高压电容充电命令之后开始对储能电容充电，储能电容电压经过电阻R1、R2分压之后的采样电压进入比较器和0.8V的电压基准进行比较，当电容电压超过8V比较器输出为高，并通过或门将上电复位电路输出的POR信号固定在无效的高电平；
模块M4：起爆器发送起爆命令给电子雷管模块，电子雷管模块接收到起爆命令之后进入起爆前倒计时的延期模式，开始倒计时计数；
模块M5：计时器倒计数到零后，输出点火控制信号引爆药头。
7.根据权利要求6所述的用于电子雷管的抗干扰系统，其特征在于，
所述起爆器对电子雷管芯片进行起爆控制；
所述电子雷管模块通过脚线接收起爆器的指令，完成起爆引爆炸药；所述电子雷管模块包括电子雷管芯片和前级保护电路；
所述前级保护电路包括瞬态高压抑制管和静电保护管，抑制从脚线进入的瞬态高压信号。
8.根据权利要求6所述的用于电子雷管的抗干扰系统，其特征在于，
所述电子雷管芯片是电子雷管模块的主控芯片，所述电子雷管芯片接收指令和控制延期，并完成起爆；
所述上电复位电路以VCCL为工作电源，基于电源模块输出的高压基准电压REF_1P2和基准电压电路输出的低压基准电压REF_1P8进行芯片复位，当REF_1P8低于REF_1P2时，芯片处于复位状态，POR输出为低电平，反之，则芯片复位结束，POR输出为高。
9.根据权利要求6所述的用于电子雷管的抗干扰系统，其特征在于，
所述比较器对储能电容电压VB进行电阻分压采样之后和基准电压输出REF_0P8进行比较，高于基准电压则输出高电平，反之，输出低电平；
所述或门将上电复位电路输出POR与VB比较器输出结果相或，在储能电容充电超过8V之后自动将POR信号固定在高电平，使之对数字逻辑电路失效。
10.根据权利要求6所述的用于电子雷管的抗干扰系统，其特征在于，
所述数字逻辑电路为电子雷管芯片内部的数字逻辑控制电路，处理经通信电路解析之后的指令，控制充放电通路进行储能电容的充放电，并在接收到起爆命令之后启动延时计数器，进行倒计时，并在计时结束之后输出发火控制信号FIRE；
所述通信电路为电子雷管芯片内部与起爆器完成通信功能的电路，接收起爆器指令和返回数据给起爆器。
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2022
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