CN115371505B - 适用浅孔爆破的电子雷管通信速率自适应调整方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用浅孔爆破的电子雷管通信速率自适应调整方法及系统，包括电子雷管组网前通过扫码完成注册，起爆器记录每一发雷管的用户识别码UID、雷管数量N及雷管的孔位值；起爆器输出通信电压U，对组网的电子雷管进行供电，电子雷管正常上电经初始化之后进入待机状态，等待接收起爆器命令；起爆器采集到当前网络中的所有雷管的静态电流总和I0；起爆器选取最大孔位值的雷管进行操作，估算出通信线路的电阻；根据通信线路电阻Rb和雷管发数N进行查表，得到对应的理想通信频率，对起爆器的通信频率进行调整；并完成后续的组网、起爆完整流程。本发明可以完成对线路阻抗的正确估算，自动完成通信速率的调整，不需人工参与，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及电子雷管的技术领域，具体地，涉及适用浅孔爆破的电子雷管通信速率自适应调整方法及系统。
背景技术
在电子雷管的现场实爆中，浅孔爆破俗称"浅眼爆破”或者“露天浅孔爆破”，是指岩矿等开挖、二次破碎大块时采用的炮孔直径小于或等于50mm、深度小于或等于5m的爆破作业。这类爆破一般具备长距离(1km以上)和组网雷管发数多(200以上)的特征，长距离母线会引入较大的线路阻抗和容抗，而组网雷管发数多，脚线接入时也会引入额外较大的容抗，这些线路里面产生的电阻电容会给电子雷管通信带来不良的影响。因为电子雷管采用二总线通信方式，总线上既要传输电源，也用于传输信号，而信号传输是要依靠总线上高低电压的频繁切换来完成的，由于线路上过大的阻容(R、C),在总线高低电压切换的时候会对线路上的电容进行充放电操作，这个充放电的速度受时间常数R*C限制，R、C越大，充放电时间越长，总线恢复到正常高、低电压所需要的时间就越长。为了保证通信的可靠性，通常都需要调低通信速率，保证电容充放电完成之后才进行通信的读写操作。这样带来的问题就是因为通信速率过低，雷管组网通信时间长，完成一次起爆所需要的时间会很长，有时候甚至达到几十分钟。而实际上很多时候针对短距离实爆、或者雷管组网发数比较少的场景，通信速率是不需要大幅降低的，现场操作时间可以大幅缩短，极大地提升现场的效率，同时也提升通信的可靠性。
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适用浅孔爆破的电子雷管通信速率自适应调整方法及系统。
根据本发明提供的一种适用于浅孔爆破的电子雷管通信速率自适应调整方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：电子雷管组网前通过扫码完成注册，扫码完成后起爆器内会记录每一发雷管的用户识别码UID、雷管数量N及雷管的孔位值；
步骤S2：电子雷管组网完成之后，起爆器输出通信电压U，对组网的电子雷管进行供电，所有电子雷管正常上电经初始化之后进入待机状态，等待接收起爆器命令；
步骤S3：起爆器通过采样电阻Rs采集到当前网络中的所有雷管的静态电流总和I0；
步骤S4：起爆器选取最大孔位值的雷管进行操作，估算出通信线路的电阻；
步骤S5：根据通信线路电阻Rb和雷管发数N进行查表，得到对应的理想通信频率，对起爆器的通信频率进行调整；并完成后续的组网、起爆完整流程。
优选地，所述步骤S1中的孔位值即雷管的预期安装位置，孔位值越大，越靠近线路末端。
优选地，所述步骤S3中的状态对应为反馈开关1、2为断开状态。
优选地，所述步骤S4包括如下步骤：
步骤S4.1：起爆器对雷管下发选择反馈档位1的命令，通过采样电阻Rs采集到当前网络中的电流I1，满足：
U-I1*(Rs+Rb)-U1＝(I1-I0)*Rm
其中，U1是雷管芯片内部整流桥的压降；Rm是芯片内部控制反馈档位的MOS管的导通电阻；
步骤S4.2：起爆器对雷管下发选择反馈档位2的命令，通过采样电阻Rs采集到当前网络中的电流I2，满足：
步骤S4.3：求解出通信线路电阻：
优选地，所述步骤S4.1中的对应状态为对应MOS开关1合上；
所述步骤S4.2中的对应状态为对应MOS开关1、2同时合上，两个Rm电阻并联。
本发明还提供一种适用于浅孔爆破的电子雷管通信速率自适应调整系统，所述系统包括如下模块：
模块M1：电子雷管组网前通过扫码完成注册，扫码完成后起爆器内会记录每一发雷管的用户识别码UID、雷管数量N及雷管的孔位值；
模块M2：电子雷管组网完成之后，起爆器输出通信电压U，对组网的电子雷管进行供电，所有电子雷管正常上电经初始化之后进入待机状态，等待接收起爆器命令；
模块M3：起爆器通过采样电阻Rs采集到当前网络中的所有雷管的静态电流总和I0；
模块M4：起爆器选取最大孔位值的雷管进行操作，估算出通信线路的电阻；
模块M5：根据通信线路电阻Rb和雷管发数N进行查表，得到对应的理想通信频率，对起爆器的通信频率进行调整；并完成后续的组网、起爆完整流程。
优选地，所述模块M1中的孔位值即雷管的预期安装位置，孔位值越大，越靠近线路末端。
优选地，所述模块M3中的状态对应为反馈开关1、2为断开状态。
优选地，所述模块M4包括如下模块：
模块M4.1：起爆器对雷管下发选择反馈档位1的命令，通过采样电阻Rs采集到当前网络中的电流I1，满足：
U-I1*(Rs+Rb)-U1＝(I1-I0)*Rm
其中，U1是雷管芯片内部整流桥的压降；Rm是芯片内部控制反馈档位的MOS管的导通电阻；
模块M4.2：起爆器对雷管下发选择反馈档位2的命令，通过采样电阻Rs采集到当前网络中的电流I2，满足：
模块M4.3：求解出通信线路电阻：
优选地，所述模块M4.1中的对应状态为对应MOS开关1合上；
所述模块M4.2中的对应状态为对应MOS开关1、2同时合上，两个Rm电阻并联。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、传统的固定通信速率的起爆系统而言，因为没法有效地获得线路的阻抗数据，所以为了解决长距离和大数量雷管组网，一般只能把通信速率调整得很低，这就不同距离、不同规模地爆破场景下耗时都很长，效率极低，整个爆破过程地可靠性也相应较低，而本发明可以完成对线路阻抗的正确估算，并自动完成通信速率的调整，不需人工参与，安全可靠；
2、本发明中涉及的电子雷管芯片只需要包含2档以上反馈电流档位，实现简单，成本极低；
3、采用本发明的方法，起爆器硬件不需做任何修改，只需要对起爆器软件做个简单的升级，加入快速测量母线电阻和自动调整通信速率的功能；
4、采用本发明的方法还能有效消除芯片内部MOS开关电阻精度差异及温度的影响，起爆器可以在线地完成对母线电阻的精确测量，为通信速率的调整提供可靠的依据。
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为本发明电子雷管组网示意图；
图2为本发明起爆器与电子雷管系统示意图；
图3为本发明二总线驱动电路图；
图4为本发明反馈电流采样电路图；
图5为本发明测量原理等效电路示意图；
图6为本发明二总线通信波形受阻抗影响示意图。
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适用浅孔爆破的电子雷管通信速率自适应调整方法，方法包括如下步骤：
步骤S1：电子雷管组网前通过扫码完成注册，扫码完成后起爆器内会记录每一发雷管的用户识别码UID、雷管数量N及雷管的孔位值；孔位值即雷管的预期安装位置，孔位值越大，越靠近线路末端。
步骤S2：电子雷管组网完成之后，起爆器输出通信电压U，对组网的电子雷管进行供电，所有电子雷管正常上电经初始化之后进入待机状态，等待接收起爆器命令；
步骤S3：起爆器通过采样电阻Rs采集到当前网络中的所有雷管的静态电流总和I0；对应为反馈开关1、2为断开状态。
步骤S4：起爆器选取最大孔位值的雷管进行操作，估算出通信线路的电阻；
步骤S4.1：起爆器对雷管下发选择反馈档位1的命令，对应MOS开关1合上；通过采样电阻Rs采集到当前网络中的电流I1，满足：
U-I1*(Rs+Rb)-U1＝(I1-I0)*Rm
其中，U1是雷管芯片内部整流桥的压降；Rm是芯片内部控制反馈档位的MOS管的导通电阻；
步骤S4.2：起爆器对雷管下发选择反馈档位2的命令，对应MOS开关1、2同时合上，两个Rm电阻并联，通过采样电阻Rs采集到当前网络中的电流I2，满足：
步骤S4.3：求解出通信线路电阻：
步骤S5：根据通信线路电阻Rb和雷管发数N进行查表，得到对应的理想通信频率，对起爆器的通信频率进行调整；并完成后续的组网、起爆完整流程。
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。
本发明还提供一种适用浅孔爆破的电子雷管通信速率自适应调整系统，系统包括如下模块：
模块M1：电子雷管组网前通过扫码完成注册，扫码完成后起爆器内会记录每一发雷管的用户识别码UID、雷管数量N及雷管的孔位值；孔位值即雷管的预期安装位置，孔位值越大，越靠近线路末端。
模块M2：电子雷管组网完成之后，起爆器输出通信电压U，对组网的电子雷管进行供电，所有电子雷管正常上电经初始化之后进入待机状态，等待接收起爆器命令；
模块M3：起爆器通过采样电阻Rs采集到当前网络中的所有雷管的静态电流总和I0；对应为反馈开关1、2为断开状态。
模块M4：起爆器选取最大孔位值的雷管进行操作，估算出通信线路的电阻；
模块M4.1：起爆器对雷管下发选择反馈档位1的命令，对应MOS开关1合上；通过采样电阻Rs采集到当前网络中的电流I1，满足：
U-I1*(Rs+Rb)-U1＝(I1-I0)*Rm
其中，U1是雷管芯片内部整流桥的压降；Rm是芯片内部控制反馈档位的MOS管的导通电阻；
模块M4.2：起爆器对雷管下发选择反馈档位2的命令，对应MOS开关1、2同时合上，两个Rm电阻并联，通过采样电阻Rs采集到当前网络中的电流I2，满足：
模块M4.3：求解出通信线路电阻：
模块M5：根据通信线路电阻Rb和雷管发数N进行查表，得到对应的理想通信频率，对起爆器的通信频率进行调整；并完成后续的组网、起爆完整流程。
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。
本发明公开的是一种适用于浅孔爆破的电子雷管通信速率自适应调整方法。该方法中起爆器利用单发雷管通信受线路长度影响不大的特性，先对网络末端的电子雷管发出多次反馈电流档位选择的指令，起爆器通过在雷管不同反馈档位下的电流采样值来估算出母线的电阻。进一步地，根据起爆器内预存的母线长度、雷管数量和通信速率的映射表，来完成通信速率的调整，从而保证后续组网及起爆的整个流程都能以最合适的通信速率进行，既保证了通信的可靠性，也可以最大程度地减少现场操作时间，提升效率和爆破的可靠性。本方法所涉及的电子雷管芯片包含至少两个反馈电流档位，同时该电流档位的选择可以通过起爆器下发指令来实现。
该方法中涉及的电子雷管芯片包含至少两个反馈电流档位，同时该电流档位的选择可以通过起爆器下发指令来实现。起爆器通过在三种场景下(雷管没有反馈、雷管通过反馈档位1进行反馈、雷管通过反馈档位2反馈)的电流采样值，可以精准计算出母线的电阻。
采用该测量方法，可以有效地消除芯片内部MOS管电阻精度差异及温度的影响，起爆器可以在实际爆破现场完成对母线电阻的精确测量，从而对母线的质量做出精准的判断，是否适用于当前的爆破，避免出现通信异常或更严重的盲炮问题。
起爆器：完成对电子雷管的起爆控制，一般包含了主控单元、二总线电路(产生A、B总线电源和信号)及反馈电流采样功能。
整流桥：实现交流信号到直流信号的转换。
控制逻辑：通过接收起爆命令调整反馈档位，即通过控制MOS开关1、MOS开关2的开关来实现电流反馈功能。MOS开关1和MOS开关2在芯片内部实现的电路完全一样，并且进行了精确的电路匹配，可以保证两个开关在任何情况下的导通电阻是完全一样的。
二总线驱动电路产生A、B总线电源和信号；B总线的采样电路，D1为3V稳压管，运放倍数为7.8倍，RC滤波为200Ω+22nF，截止频率约36K，B_ADC_TEST接单片机的模数采样ADC通道。
参照图5，总线输出电压U是已知的通信电压，根据不同应用取值在6-16V之间；采样电阻Rs是一个已知的精确电阻，通常取10ohm-20ohm左右；桥堆压降U1也是固定已知的，在1V左右；在线雷管等效电流源用于模拟在线所有雷管的待机静态电流总和，这个值在多次连续测量过程也是不变的；两个MOS管电阻Rm是未知的，总线电阻Rb是未知的。
系统工作原理：
步骤1：电子雷管组网前会先通过扫码完成注册，扫码完成之后起爆器内会记录每一发雷管的用户识别码UID、雷管数量N及雷管的孔位值(即雷管的预期安装位置，孔位置越大，越靠近线路末端)。
步骤2：电子雷管组网完成之后，起爆器输出通信电压U，给组网的电子雷管供电，所有电子雷管正常上电经初始化之后进入待机状态，等待接收起爆器命令。
步骤3：起爆器先通过采样电阻Rs，采集到当前网络中的所有雷管的静态电流总和I0。(此时反馈开关1、2都是断开状态)。
步骤4：起爆器选取最大孔位值的雷管进行以下的操作，估算出通信线路的电阻。
步骤4.1：起爆器对雷管下发选择反馈档位1的命令(对应MOS开关1合上)，再次通过采样电阻Rs，采集到当前网络中的电流I1，满足：
U-I1*(Rs+Rb)-U1＝(I1-I0)*Rm
步骤4.2：起爆器对某发雷管下发选择反馈档位2的命令(对应MOS开关1、2同时合上，两个Rm电阻并联)，再次通过采样电阻Rs，采集到当前网络中的电流I2，满足：
步骤4.3：上述两个式里面只有Rb和Rm是未知的，因此可以求解出通信线路电阻：
步骤5：根据通信线路电阻Rb和雷管发数N进行查表，得到对应的理想通信频率，对起爆器的通信频率进行调整。并完成后续的组网、起爆完整流程。
电子雷管通信线路的线材是标准的，每米电阻在0.6ohm，考虑到A、B线路回路，每米电阻在1.2ohm左右。所以根据线路电阻也可以简单推算出通信距离；针对浅孔爆破，电子雷管脚线一般小于5米，电容不超过0.375nF。
以下是起爆器内根据雷管数量和线路电阻来确定通信速率的一个具体实施例：
| Index | 雷管数量N(发) | 线路电阻(ohm) | 通信频率(kHz) |
| 0 | <＝200 | <120(对应<1km) | 8 |
| 1 | <＝200 | 120-240(对应1-2km) | 4 |
| 2 | 200-500 | <120(对应<1km) | 4 |
| 3 | 200-500 | 120-240(对应1-2km) | 2 |
| 4 | 500-800 | <120(对应<1km) | 2 |
| 5 | 500-800 | 120-240(对应1-2km) | 1 |
| 6 | 800-1000 | <120(对应<1km) | 1 |
| 7 | 800-1000 | 120-240(对应1-2km) | 0.5 |
以上具体通信频率数值的确定及起爆器调整的具体方式不在本专利范围之内涉及。
线路阻容特性对通信总线电平翻转的影响说明：
参照图6，理想的通信波形的电平翻转如上图，高低电平翻转是极短时间内完成的，而由于线路中电阻和电容的存在，在电平切换(从高到低，从低到高)过程中就必然存在一次完整的电容的放电及再次充电的过程，体现在通线总线的波形上就是高电平上不去、低电平下不来，特别是低电平没法回到地电平(如图中的电平抬升dV)会导致后续的通信都会异常，所以必须调整通信速率(如图中的高电平脉冲宽度的虚线部分)，让电压降低到地电平，后续通信才能正常进行。
本发明公开的是一种适用于浅孔爆破的电子雷管通信速率自适应调整方法。该方法中起爆器利用单发雷管通信受线路长度影响不大的特性，先对网络末端的电子雷管发出多次反馈电流档位选择的指令，起爆器通过在雷管不同反馈档位下的电流采样值来估算出母线的电阻。进一步的地，根据起爆器内预存的母线长度、雷管数量和通信速率的映射表，来完成通信速率的调整，从而保证后续组网及起爆的整个流程都能以最合适的通信速率进行，既保证了通信的可靠性，也可以最大程度地减少现场操作时间，提升效率和爆破的可靠性。本方法所涉及的电子雷管芯片包含至少两个反馈电流档位，同时该电流档位的选择可以通过起爆器下发指令来实现。
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 (6)
1.一种适用浅孔爆破的电子雷管通信速率自适应调整方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：电子雷管组网前通过扫码完成注册，扫码完成后起爆器内会记录每一发雷管的用户识别码UID、雷管数量N及雷管的孔位值；
步骤S2：电子雷管组网完成之后，起爆器输出通信电压U，对组网的电子雷管进行供电，所有电子雷管正常上电经初始化之后进入待机状态，等待接收起爆器命令；
步骤S3：起爆器通过采样电阻Rs采集到当前网络中的所有雷管的静态电流总和I0；
步骤S4：起爆器选取最大孔位值的雷管进行操作，估算出通信线路的电阻；
步骤S5：根据通信线路电阻Rb和雷管发数N进行查表，得到对应的理想通信频率，对起爆器的通信频率进行调整；并完成后续的组网、起爆完整流程；
所述步骤S1中的孔位值即雷管的预期安装位置，孔位值越大，越靠近线路末端；
所述步骤S4包括如下步骤：
步骤S4.1：起爆器对雷管下发选择反馈档位1的命令，通过采样电阻Rs采集到当前网络中的电流I1，满足：
U-I1*(Rs+Rb)-U1＝(I1-I0)*Rm
其中，U1是雷管芯片内部整流桥的压降；Rm是芯片内部控制反馈档位的MOS管的导通电阻；
步骤S4.2：起爆器对雷管下发选择反馈档位2的命令，通过采样电阻Rs采集到当前网络中的电流I2，满足：
步骤S4.3：求解出通信线路电阻：
。
2.根据权利要求1所述的适用浅孔爆破的电子雷管通信速率自适应调整方法，其特征在于，所述步骤S3中的状态对应为反馈开关1、2为断开状态。
3.根据权利要求1所述的适用浅孔爆破的电子雷管通信速率自适应调整方法，其特征在于，所述步骤S4.1中的对应状态为对应MOS开关1合上；
所述步骤S4.2中的对应状态为对应MOS开关1、2同时合上，两个Rm电阻并联。
4.一种适用浅孔爆破的电子雷管通信速率自适应调整系统，其特征在于，所述系统包括如下模块：
模块M1：电子雷管组网前通过扫码完成注册，扫码完成后起爆器内会记录每一发雷管的用户识别码UID、雷管数量N及雷管的孔位值；
模块M2：电子雷管组网完成之后，起爆器输出通信电压U，对组网的电子雷管进行供电，所有电子雷管正常上电经初始化之后进入待机状态，等待接收起爆器命令；
模块M3：起爆器通过采样电阻Rs采集到当前网络中的所有雷管的静态电流总和I0；
模块M4：起爆器选取最大孔位值的雷管进行操作，估算出通信线路的电阻；
模块M5：根据通信线路电阻Rb和雷管发数N进行查表，得到对应的理想通信频率，对起爆器的通信频率进行调整；并完成后续的组网、起爆完整流程；
所述模块M1中的孔位值即雷管的预期安装位置，孔位值越大，越靠近线路末端；
所述模块M4包括如下模块：
模块M4.1：起爆器对雷管下发选择反馈档位1的命令，通过采样电阻Rs采集到当前网络中的电流I1，满足：
U-I1*(Rs+Rb)-U1＝(I1-I0)*Rm
其中，U1是雷管芯片内部整流桥的压降；Rm是芯片内部控制反馈档位的MOS管的导通电阻；
模块M4.2：起爆器对雷管下发选择反馈档位2的命令，通过采样电阻Rs采集到当前网络中的电流I2，满足：
模块M4.3：求解出通信线路电阻：
。
5.根据权利要求4所述的适用浅孔爆破的电子雷管通信速率自适应调整系统，其特征在于，所述模块M3中的状态对应为反馈开关1、2为断开状态。
6.根据权利要求4所述的适用浅孔爆破的电子雷管通信速率自适应调整系统，其特征在于，所述模块M4.1中的对应状态为对应MOS开关1合上；
所述模块M4.2中的对应状态为对应MOS开关1、2同时合上，两个Rm电阻并联。
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