CN115289923B - 提高电子雷管发火可靠性的系统、方法、电子雷管及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提高电子雷管发火可靠性的系统、方法、电子雷管及介质,涉及电子雷管技术领域,包括:起爆器和电子雷管模块;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;包括:电子雷管芯片和前级保护电路元件;其中,前级保护电路:包括瞬态高压抑制管、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:电子雷管模块的主控芯片,接收指令,控制延期,完成起爆。本发明能够彻底排除通信异常问题,避免了长距离大规模组网下通信波形畸变引发的各雷管接收到的起爆信号之间的时间偏差,做到真正完全同步。
Description
技术领域
本发明涉及电子雷管技术领域,具体地,涉及一种提高电子雷管发火可靠性的系统、方法、电子雷管及介质。
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。
电子雷管通过收到起爆器的起爆命令进行爆破。目前电子雷管与起爆器之间的信号传输一般都是通过二总线的有线传输方式来完成,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容易受到外界干扰,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。
传统的起爆流程包括电子雷管的组网通信、延期配置、起爆密码验证、高压电容充电、及接收起爆命令后起爆,在起爆命令之前的每个阶段,起爆器都会有相应的确认机制来保证每一步被正确执行,但是发送起爆命令之后,电子雷管立刻进入延期模式,不会对起爆命令有任何响应,同时起爆器也会切断总线供电,这样如果电子雷管在接收起爆命令过程中受到干扰,起爆命令没被正确接收,就会导致电子雷管无法正常起爆。所以需要有更好的起爆机制来提高电子雷管的可靠性,避免拒爆。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明提供一种提高电子雷管发火可靠性的系统、方法、电子雷管及介质。
根据本发明提供的一种提高电子雷管发火可靠性的系统、方法、电子雷管及介质,所述方案如下:
第一方面,提供了一种提高电子雷管发火可靠性的系统,所述系统包括:起爆器与其相连接的电子雷管模块;
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;包括:前级保护电路和与其相连接的电子雷管芯片元件;
其中,前级保护电路:包括瞬态高压抑制管、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:电子雷管模块的主控芯片,接收指令,控制延期,完成起爆。
优选地,所述电子雷管模块具体包括:
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和低压VCCL;电源模块输出的VCCH作为充放电通路的输入VIN,输出的VCCL作为基准电压电路的供电输入VIN、上电复位电路的供电输入VIN及振荡器电路的供电输入VIN;
基准电压电路: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的电压基准:REF_1P8、REF_0P4;基准电压电路输出的REF_1P8与上电复位电路相连,作为内部电路的基准电压,基准电压电路输出的REF_0P4与比较器的输入IN1相连;
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;充放电通路的充放电控制信号CHG_EN、DSG_EN分别受数字逻辑电路CHG、DSG控制;
上电复位电路:基于低压VCCL和基准电压REF_1P8来实现芯片复位;输入VIN和电源模块的VCCL相连;输出POR和数字逻辑电路的RESET输入相连;
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;输入VIN和电源模块的VCCL相连;输出CLK和数字逻辑电路的CLK输入相连;
比较器:对芯片输入电源VDD进行电阻十分之一分压采样之后和基准电压输出REF_0P4进行比较,高于基准电压则输出低电平,反之,输出高电平;输入IN1和基准电压电路的REF_0P4相连,输入IN2来自VDD经过R1、R2分压后的电压,输出OUT和数字逻辑电路的START输入相连,作为起爆启动信号;
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将反馈给起爆器进行确认;数字逻辑电路的RESET来自上电复位电路POR,CLK来自振荡器电路CLK,LIN来自通信电路OUT,START来自比较器输出OUT,CHG、DSG来自充放电通路的CHG_EN、DSG_EN,点火控制信号FIRE输出与点火控制电路OUT相连;
通信电路:电子雷管内部与起爆器完成通信功能的电路,负责接收起爆器指令和返回数据给起爆器;输入A、B来自总线,输出OUT与数字逻辑电路LIN相连,作为指令输入;
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OUT,连接芯片外接的发火MOS开关的栅极。
优选地,所述电源模块中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。
优选地,所述充放电通路具体包括: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,包括充电、放电MOS管、充放电限流电阻,MOS管的开关信号CHG_EN、DSG_EN由逻辑控制电路控制。
优选地,所述上电复位电路还包括:当低压VCCL低于REF_1P8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,所述数字逻辑电路还包括:实时监测输入电源VDD的电压,一旦低于基准电压REF_0P4,芯片即进入延期模式,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。
第二方面,提供了一种提高电子雷管发火可靠性的方法,所述方法包括:
步骤S1:电子雷管芯片正常上电之后,芯片的供电电源来自脚线供电,上电之后复位电路输出有效的复位信号POR对芯片完成复位;芯片进入待机状态,等待接收指令;
步骤S2:用于控制电子雷管模块的起爆器完成正常的通信组网、延期配置、起爆密码验证及高压电容充电在内的相关操作并进行确认;
步骤S3:起爆器发送起爆命令之后通过读取雷管芯片状态指令,读取每发电子雷管芯片状态,确认每发雷管已经处于全部收到起爆命令等待最终起爆;
步骤S4:起爆器关闭总线供电,电子雷管芯片检测到总线供电电压降低到阈值以下,主控逻辑控制芯片进入起爆前倒计时的延期模式,并启动延期计时器,开始倒计时;
步骤S5:计时器倒计数到零之后,输出点火控制信号引爆药头,经过2ms之后芯片自动完成复位,重新进入正常通信模式。
优选地,所述步骤S3中通过读取雷管芯片状态指令,读出相应雷管的孔位置及状态信息,只有当所有标志位都已经确认之后才表示所有电子雷管准备就绪,起爆器断开总线电源起爆。
第三方面,提供了一种电子雷管,所述电子雷管包括:
一个或多个处理器;
存储装置,用于存储一个或多个程序,
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行,使得所述一个或多个处理器实现所述方法中的步骤。
第四方面,提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质,所述计算机程序被处理器执行时实现所述方法中的步骤。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1、电子雷管整体起爆流程不需要做大的调整,只需要在发送起爆命令和切断总线电源之间插入一条确认电子雷管起爆命令正确接收的操作,就可以完全避免因为通信异常导致的雷管拒爆问题;
2、电子雷管芯片只需要做较小的调整,接收到起爆命令之后不直接进入延期模式,还是处于正常通信模式,用于起爆器确认每发电子雷管都已经正确接收到起爆命令。芯片内部增加一个比较器监测总线供电电压,一旦低于某个阈值即可控制雷管进入延期模式,开始倒计时。以极小的代价可以获得电子雷管可靠性的大幅提升;
3、雷管芯片引爆的条件严格,可靠性高。即使起爆器非正常断电,也不会引起药头误爆。只有当所有的状态标志都全部确认无误之后,才会真正实现引爆;
4、以物理连接的总线电源的电压变化来作为真正意义上的起爆信号,既可以彻底排除通信异常问题,也避免了长距离大规模组网下通信波形畸变引发的各雷管接收到的起爆信号之间的时间偏差,做到真正完全同步。
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为起爆系统电路组成结构;
图2为电路组成结构;
图3为电子雷管的两种工作模式;
图4为电子雷管芯片内部延期计时器的逻辑电路实现;
图5为工作波形示例。
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。
本发明实施例提供了一种提高电子雷管发火可靠性的系统,参照图1所示,该系统包括:起爆器和与其相连接的电子雷管模块。
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;包括:电子雷管芯片和前级保护电路等元件。
其中,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。
参照图2所示,电子雷管模块具体电路组成结构包括:
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和低压VCCL。电源模块输出的VCCH作为充放电通路的输入VIN,输出的VCCL作为基准电压电路的供电输入VIN、上电复位电路的供电输入VIN及振荡器电路的供电输入VIN。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。
基准电压电路: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的电压基准:REF_1P8、REF_0P4。基准电压电路输出的REF_1P8与上电复位电路相连,作为内部电路的基准电压,基准电压电路输出的REF_0P4与比较器的输入IN1相连。
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;充放电通路的充放电控制信号CHG_EN、DSG_EN分别受数字逻辑电路CHG、DSG控制;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:基于低压VCCL和基准电压REF_1P8来实现芯片复位;输入VIN和电源模块的VCCL相连;输出POR和数字逻辑电路的RESET输入相连。当低压VCCL低于REF_1P8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。输入VIN和电源模块的VCCL相连;输出CLK和数字逻辑电路的CLK输入相连。
比较器:对芯片输入电源VDD进行电阻十分之一分压(R1、R2)采样之后和基准电压输出REF_0P4进行比较,高于基准电压则输出低电平(OUT=0),反之,输出高电平(OUT=1)。输入IN1和基准电压电路的REF_0P4相连,输入IN2来自VDD经过R1、R2分压后的电压,输出OUT和数字逻辑电路的START输入相连,作为起爆启动信号。
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给出正确的反馈给起爆器进行确认。并实时监测输入电源VDD的电压,一旦低于基准电压REF_0P4,芯片即进入延期模式,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。数字逻辑电路的RESET来自上电复位电路POR,CLK来自振荡器电路CLK,LIN来自通信电路OUT,START来自比较器输出OUT,CHG、DSG来自充放电通路的CHG_EN、DSG_EN,点火控制信号FIRE输出与点火控制电路OUT相连。
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。输入A、B来自总线,输出OUT与数字逻辑电路LIN相连,作为指令输入。
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OUT,连接芯片外接的发火MOS开关的栅极。
本发明还提供了一种提高电子雷管发火可靠性的方法,包括:
步骤S1:电子雷管芯片正常上电之后,芯片的供电电源来自脚线供电,上电之后复位电路输出有效的复位信号POR对芯片完成复位;芯片进入待机状态,等待接收指令。
步骤S2:用于控制电子雷管模块的起爆器完成正常的通信组网、延期配置、起爆密码验证及高压电容充电等操作并进行确认。
步骤S3:起爆器发送起爆命令之后通过“读取雷管芯片状态”指令,读取每发电子雷管芯片状态,确认每发雷管已经处于全部收到起爆命令等待最终起爆。
步骤S4:起爆器关闭总线供电,电子雷管芯片检测到总线供电电压降低到阈值以下,主控逻辑控制芯片进入起爆前倒计时的延期模式,并启动延期计时器,开始倒计时。
步骤S5:计时器倒计数到零之后,输出点火控制信号引爆药头,经过2ms之后芯片自动完成复位,重新进入正常通信模式。
其中,电子雷管的两种工作模式参照图3所示,“读取雷管芯片状态”指令如下表:
通过“读取雷管芯片状态”指令,可以读出相应雷管的孔位置及状态信息,只有当所有标志位都已经确认之后才表示所有电子雷管准备就绪,起爆器可以断开总线电源真正起爆。
参照图4所示,为电子雷管芯片内部延期计时器的逻辑电路实现:
CLOCK、POR是延期计时器的时钟和复位输入信号;
CNT_INIT是延期值,雷管芯片通过接收起爆器延期配置命令之后确定的值;
START是来自比较器的输出,用于对芯片输入电源VDD进行电阻十分之一分压采样之后和基准电压输出REF_0P4进行比较,高于基准电压则输出低电平,反之,输出高电平;
CNT_START信号是将START信号经过两级触发器同步之后用于启动延期计数器的信号;
CNT_LOAD是基于CNT_START产生的一个脉冲信号,用于将CNT_INIT延期装载到计数器里面作为计数初值。
CNT是24位延期计数器;
CNT_DONE是将计数器的所有位通过一个24位的或非门来实现是否计数到零的判断,当计数到零的时候,输出为高,否则为低;
SCAN_DONE表示组网已完成标志;DELAY_CFG表示延期值已经配置标志;PASSWD_MATCH表示起爆密码已验证标志;CAP_FULL表示储能电容已经充满的标志;CMD_DONE表示起爆命令已接收到标志。
以上六个信号经过与门处理之后再通过一级触发器进行锁存,然后用于点火控制电路的输入信号FIRE。
以上的处理逻辑确保了即使起爆器非正常断电了,也就是延期计数器启动计数,但最终不会引爆药头。只有当所有的状态都已经全部确认无误之后,才会真正实现引爆,工作波形示例如图5所示。
本发明实施例提供了一种提高电子雷管发火可靠性的系统、方法、电子雷管及介质, 电子雷管在接受到起爆命令之后不会立刻进入延期模式,而是允许起爆器确认每发电子雷管已经正确接收到起爆命令,然后起爆器将给雷管网络的供电电源关闭,每一发电子雷管通过检测供电电源的变化来真正启动延期计时器进行计数,一旦计数器倒计时到零,就打开发火开关,引爆雷管。
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 (9)
1.一种提高电子雷管发火可靠性的系统,其特征在于,包括:起爆器和与其相连接的电子雷管模块;
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;包括:前级保护电路和与其相连接的电子雷管芯片元件;
其中,前级保护电路:包括瞬态高压抑制管、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:电子雷管模块的主控芯片,接收指令,控制延期,完成起爆;
所述电子雷管模块具体包括:电源模块、基准电压电路、充放电通路、上电复位电路、振荡器电路、比较器、数字逻辑电路、通信电路以及点火控制电路;
其中,所述电源模块:将输入的高压VDD进行转换,包含高压VCCH和低压VCCL,电源模块输出的VCCH作为充放电通路的输入VIN,输出的VCCL作为基准电压电路的供电输入VIN、上电复位电路的供电输入VIN及振荡器电路的供电输入VIN;
所述电源模块分别与所述充放电通路、基准电压电路、上电复位电路以及振荡器电路相连接;所述基准电压电路还分别连接上电复位电路和比较器,输出的电压基准包括:REF_1P8、REF_0P4; 所述充放电通路还分别与储能电容和数字逻辑电路相连接;所述振荡器电路还与所述数字逻辑电路相连接;
所述上电复位电路:基于低压VCCL和基准电压REF_1P8实现芯片复位;输入VIN和电源模块的VCCL相连;输出POR和数字逻辑电路的RESET输入相连;
所述比较器:对芯片输入电源VDD进行电阻十分之一分压采样之后和基准电压输出REF_0P4进行比较,高于基准电压则输出低电平,反之,输出高电平;输入IN1和基准电压电路的REF_0P4相连,输入IN2来自VDD经过电阻R1、R2分压后的电压,输出OUT和数字逻辑电路的START输入相连,作为起爆启动信号;
所述数字逻辑电路: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,并在接收到起爆启动信号之后反馈给起爆器进行确认;所述数字逻辑电路还分别与通信电路和点火控制电路连接。
2.根据权利要求1所述的提高电子雷管发火可靠性的系统,其特征在于,所述电源模块中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。
3.根据权利要求1所述的提高电子雷管发火可靠性的系统,其特征在于,所述充放电通路具体包括:对储能电容进行充放电的控制电路,输出端给储能电容充电,包括充电、放电MOS管、充放电限流电阻,MOS管的开关信号CHG_EN、DSG_EN由逻辑控制电路控制。
4.根据权利要求1所述的提高电子雷管发火可靠性的系统,其特征在于,所述上电复位电路还包括:当低压VCCL低于REF_1P8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输出为高电平。
5.根据权利要求1所述的提高电子雷管发火可靠性的系统,其特征在于,所述数字逻辑电路还包括:实时监测输入电源VDD的电压,一旦低于基准电压REF_0P4,芯片即进入延期模式,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。
6.一种提高电子雷管发火可靠性的方法,其特征在于,基于权利要求1-5中任意一项所述的提高电子雷管发火可靠性的系统,包括:
步骤S1:电子雷管芯片正常上电之后,芯片的供电电源来自脚线供电,上电之后复位电路输出有效的复位信号POR对芯片完成复位;芯片进入待机状态,等待接收指令;
步骤S2:用于控制电子雷管模块的起爆器完成正常的通信组网、延期配置、起爆密码验证及高压电容充电在内的相关操作并进行确认;
步骤S3:起爆器发送起爆命令之后通过读取雷管芯片状态指令,读取每发电子雷管芯片状态,确认每发雷管已经处于全部收到起爆命令等待最终起爆;
步骤S4:起爆器关闭总线供电,电子雷管芯片检测到总线供电电压降低到阈值以下,主控逻辑控制芯片进入起爆前倒计时的延期模式,并启动延期计时器,开始倒计时;
步骤S5:计时器倒计数到零之后,输出点火控制信号引爆药头,经过2ms之后芯片自动完成复位,重新进入正常通信模式。
7.根据权利要求6所述的提高电子雷管发火可靠性的方法,其特征在于,所述步骤S3中通过读取雷管芯片状态指令,读出相应雷管的孔位置及状态信息,只有当所有标志位都已经确认之后才表示所有电子雷管准备就绪,起爆器断开总线电源起爆。
8.一种电子雷管,其特征在于,所述电子雷管包括:
一个或多个处理器;
存储装置,用于存储一个或多个程序,
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行,使得所述一个或多个处理器实现如权利要求6至7中任一项所述的方法的步骤。
9.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求6至7中任一项所述的方法的步骤。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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