CN115493464B - 提高电子雷管通信组网能力的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高电子雷管通信组网能力的方法和系统，包括：起爆器通过发送多次扫描指令进行组网雷管的在线点名，每次扫描进行一发雷管的信息读取；电子雷管芯片接收到起爆器的扫描指令，开始逐位通过电流反馈的方式上传数据给起爆器；如果当前上传数据为1，则闭合反馈开关；如果当前上传数据为0，则不闭合反馈开关；监测总线上其他雷管的反馈状况，如果已有其他雷管在反馈，则当前雷管退出当前扫描过程，并且将供电通路开关断开，暂时由通信电容供电维持工作；如果没有其他雷管反馈，则继续维持在反馈模式。本发明解决了电子雷管通信组网中在线扫描点名的通信可靠性问题，支持长距离和大数量雷管组网，提升通信组网能力和可靠性。

Description

提高电子雷管通信组网能力的方法和系统

技术领域

本发明涉及电子雷管的技术领域，具体地，涉及提高电子雷管通信组网能力的方法和系统。

背景技术

电子雷管系统采用二总线的方式实现网络的供电和通信，在实际爆破中，通常需要支持长距离(1km以上)和大规模组网(组网雷管发数300以上)，长距离的母线会引入较大的线路阻抗和容抗，而组网雷管发数多，雷管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。

电子雷管实爆现场，第一步就是进行组网，起爆器发出扫描命令对网络内的电子雷管进行在线点名，网络内的电子雷管会逐位反馈本雷管的信息，包括雷管识别码UID、孔位值和其他状态信息，同时电子雷管也会监测总线上其他雷管的反馈状态，如果当前雷管返回的数据为0，同时监测到总线上已经有其他雷管反馈数据1，则所有反馈为0的雷管全部会退出反馈，这样直到有一发雷管完整返回所有信息给起爆器。然后起爆器再次发出扫描命令，直到所有的雷管完成点名为止。

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，尤其是起爆器在读取电子雷管数据的时候，雷管是通过电流反馈(二总线短接的方式)来实现数据上传的，此时因为雷管输入端电源失电，由雷管模块的通信电容短时给雷管芯片供电，当总线上电源恢复供电的时候，总线电源不仅给雷管模块供电，同时也会给通信电容充电，而对通信电容的充电就会导致总线上电流的增加，起爆器内部采集电流的地电平会被抬高，同时对通信电容充电的雷管越多，这个电平抬升越大，就会对后面正常的数据反馈影响更大，导致通信可靠性的下降。

在公开号为CN109764779A的专利文献中公开了一种基于双线总线的数码电子雷管起爆系统及方法，构建了起爆系统网络拓扑结构，包含了起爆器、雷管信息注入设备、数码电子雷管、可通信与供电的无极性双线总线等组成单元；定义了起爆器结构、必选模块与可选模块的功能、支持的通信指令集；列出了数码电子雷管信息注入需要的设备和具体流程；定义并规范了起爆流程，包括工作码申请与解密、起爆现场作业、起爆后信息回传。

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提高电子雷管通信组网能力的方法和系统。

根据本发明提供的一种提高电子雷管通信组网能力的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：起爆器通过发送多次扫描指令进行组网雷管的在线点名，每次扫描进行一发雷管的信息读取；

步骤S2：电子雷管芯片接收到起爆器的扫描指令，开始逐位通过电流反馈的方式上传数据给起爆器，数据包括多个数据位；

步骤S3：如果当前上传数据位为1，则闭合反馈开关以发送电流反馈脉冲；如果当前上传数据为0，则不闭合反馈开关；

步骤S4：监测总线上其他雷管的反馈状况，如果已有其他雷管在反馈，则当前雷管退出当前扫描过程，并且将供电通路开关断开，并在此后所有数据位上传过程中均保持供电通路开关断开，暂时由通信电容供电维持工作；如果没有其他雷管反馈，则继续维持在反馈模式，等待处理下一位信息，重复步骤S3-步骤S4；

步骤S5：每条扫描指令完成，所有雷管芯片控制将供电通路开关闭合，恢复雷管的正常供电，同时对雷管的通信电容进行充电；

步骤S6：起爆器在连续两次扫描命令之间设置间隔，短时失电的雷管将通信电容电能充满，进行下一次的扫描。

优选地，所述步骤S6中的间隔时间小于50毫秒。

优选地，所述起爆器完成对电子雷管的起爆控制，所述起爆器包括主控单元、二总线电路及反馈电流采样电路，所述二总线电路产生A、B总线电源和信号。

优选地，所述电子雷管包括整流桥、通信电容和控制逻辑电路；

所述整流桥将交流信号转换为直流信号；

所述通信电容在电子雷管上传数据时因总线失电而给雷管供电；

控制逻辑电路接收起爆器的命令进行相应的逻辑控制，在需要反馈的时闭合反馈电流开关MOS3和供电通路开关MOS2，MOS2的闭合会自动断开MOS1开关；当不需要反馈的时候，打开反馈电流开关MOS3和供电通路开关MOS2，MOS2的断开会自动实现MOS1的闭合；电阻R1为MOS1栅极的上拉电阻；电阻R2为MOS2栅极的下拉电阻；电阻R1和电阻R2的阻值是Mohm级。

优选地，所述B总线的采样电路中的D1为3V稳压管；运算放大器的运放倍数为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。

本发明还提供一种提高电子雷管通信组网能力的系统，所述系统包括如下模块：

模块M1：起爆器通过发送多次扫描指令进行组网雷管的在线点名，每次扫描进行一发雷管的信息读取；

模块M2：电子雷管芯片接收到起爆器的扫描指令，开始逐位通过电流反馈的方式上传数据给起爆器，数据包括多个数据位；

模块M3：如果当前上传数据位为1，则闭合反馈开关以发送电流反馈脉冲；如果当前上传数据为0，则不闭合反馈开关；

模块M4：监测总线上其他雷管的反馈状况，如果已有其他雷管在反馈，则当前雷管退出当前扫描过程，并且将供电通路开关断开，并在此后所有数据位上传过程中均保持供电通路开关断开，暂时由通信电容供电维持工作；如果没有其他雷管反馈，则继续维持在反馈模式，等待处理下一位信息，重复调用模块M3-模块M4；

模块M5：每条扫描指令完成，所有雷管芯片控制将供电通路开关闭合，恢复雷管的正常供电，同时对雷管的通信电容进行充电；

模块M6：起爆器在连续两次扫描命令之间设置间隔，短时失电的雷管将通信电容电能充满，进行下一次的扫描。

优选地，所述模块M6中的间隔时间小于50毫秒。

优选地，所述起爆器完成对电子雷管的起爆控制，所述起爆器包括主控单元、二总线电路及反馈电流采样电路，所述二总线电路产生A、B总线电源和信号。

优选地，所述电子雷管包括整流桥、通信电容和控制逻辑电路；

所述整流桥将交流信号转换为直流信号；

所述通信电容在电子雷管上传数据时因总线失电而给雷管供电；

控制逻辑电路接收起爆器的命令进行相应的逻辑控制，在需要反馈的时闭合反馈电流开关MOS3和供电通路开关MOS2，MOS2的闭合会自动断开MOS1开关；当不需要反馈的时候，打开反馈电流开关MOS3和供电通路开关MOS2，MOS2的断开会自动实现MOS1的闭合；电阻R1为MOS1栅极的上拉电阻；电阻R2为MOS2栅极的下拉电阻；电阻R1和电阻R2的阻值是Mohm级。

优选地，所述B总线的采样电路中的D1为3V稳压管；运算放大器的运放倍数为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。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明有效地解决了电子雷管通信组网中在线扫描点名的通信可靠性问题，可以支持长距离和大数量雷管组网，大幅提升通信组网能力和可靠性；

2、本方法中涉及的电子雷管芯片只需要在电源通路上增加一个供电通路开关和部分控制电路，实现简单，成本极低；

3、采用该方法，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，在连续两次扫描指令之间加入适当的延时(不超过50毫秒)即可。

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为本发明反馈通路控制电路图；

图6为本发明数字电路状态机及相应的处理流程图；

图7为本发明B总线电压波形图。

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提高电子雷管通信组网能力的方法，方法包括如下步骤：

步骤S1：起爆器通过发送多次扫描指令进行组网雷管的在线点名，每次扫描进行一发雷管的信息读取；

步骤S2：电子雷管芯片接收到起爆器的扫描指令，开始逐位通过电流反馈的方式上传数据给起爆器，数据包括多个数据位；

步骤S3：如果当前上传数据位为1，则闭合反馈开关以发送电流反馈脉冲；如果当前上传数据为0，则不闭合反馈开关；

步骤S4：监测总线上其他雷管的反馈状况，如果已有其他雷管在反馈，则当前雷管退出当前扫描过程，并且将供电通路开关断开，并在此后所有数据位上传过程中均保持供电通路开关断开，暂时由通信电容供电维持工作；如果没有其他雷管反馈，则继续维持在反馈模式，等待处理下一位信息，重复步骤S3-步骤S4；

步骤S5：每条扫描指令完成，所有雷管芯片控制将供电通路开关闭合，恢复雷管的正常供电，同时对雷管的通信电容进行充电；

步骤S6：起爆器在连续两次扫描命令之间设置间隔，短时失电的雷管将通信电容电能充满，进行下一次的扫描，间隔时间小于50毫秒。

起爆器完成对电子雷管的起爆控制，起爆器包括主控单元、二总线电路及反馈电流采样电路，二总线电路产生A、B总线电源和信号。

电子雷管包括整流桥、通信电容和控制逻辑电路；整流桥将交流信号转换为直流信号；通信电容在电子雷管上传数据时因总线失电而给雷管供电；控制逻辑电路接收起爆器的命令进行相应的逻辑控制，在需要反馈的时闭合反馈电流开关MOS3和供电通路开关MOS2，MOS2的闭合会自动断开MOS1开关；当不需要反馈的时候，打开反馈电流开关MOS3和供电通路开关MOS2，MOS2的断开会自动实现MOS1的闭合；电阻R1为MOS1栅极的上拉电阻；电阻R2为MOS2栅极的下拉电阻；电阻R1和电阻R2的阻值是Mohm级。

B总线的采样电路中的D1为3V稳压管；运算放大器的运放倍数为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。

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。

本发明还提供一种提高电子雷管通信组网能力的系统，系统包括如下模块：

模块M1：起爆器通过发送多次扫描指令进行组网雷管的在线点名，每次扫描进行一发雷管的信息读取；

模块M2：电子雷管芯片接收到起爆器的扫描指令，开始逐位通过电流反馈的方式上传数据给起爆器，数据包括多个数据位；

模块M3：如果当前上传数据位为1，则闭合反馈开关以发送电流反馈脉冲；如果当前上传数据为0，则不闭合反馈开关；

模块M4：监测总线上其他雷管的反馈状况，如果已有其他雷管在反馈，则当前雷管退出当前扫描过程，并且将供电通路开关断开，并在此后所有数据位上传过程中均保持供电通路开关断开，暂时由通信电容供电维持工作；如果没有其他雷管反馈，则继续维持在反馈模式，等待处理下一位信息，重复调用模块M3-模块M4；

模块M5：每条扫描指令完成，所有雷管芯片控制将供电通路开关闭合，恢复雷管的正常供电，同时对雷管的通信电容进行充电；

模块M6：起爆器在连续两次扫描命令之间设置间隔，短时失电的雷管将通信电容电能充满，进行下一次的扫描，间隔时间小于50毫秒。

起爆器完成对电子雷管的起爆控制，起爆器包括主控单元、二总线电路及反馈电流采样电路，二总线电路产生A、B总线电源和信号。

电子雷管包括整流桥、通信电容和控制逻辑电路；整流桥将交流信号转换为直流信号；通信电容在电子雷管上传数据时因总线失电而给雷管供电；控制逻辑电路接收起爆器的命令进行相应的逻辑控制，在需要反馈的时闭合反馈电流开关MOS3和供电通路开关MOS2，MOS2的闭合会自动断开MOS1开关；当不需要反馈的时候，打开反馈电流开关MOS3和供电通路开关MOS2，MOS2的断开会自动实现MOS1的闭合；电阻R1为MOS1栅极的上拉电阻；电阻R2为MOS2栅极的下拉电阻；电阻R1和电阻R2的阻值是Mohm级。

B总线的采样电路中的D1为3V稳压管；运算放大器的运放倍数为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。

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提高电子雷管通信组网能力的方法和系统。

该方法中涉及的电子雷管芯片内部设计了专门的MOS开关，用于切断供电通路；而雷管芯片内部设计了专门的数字逻辑电路来实现对该供电通路开关的控制。

起爆器通过发送多次扫描指令来实现组网雷管的在线点名，每次扫描可实现一发雷管的信息读取。电子雷管芯片在接收到起爆器的扫描指令之后的一次完整的数据上传过程中，会监测总线上其他雷管的反馈状况，一旦雷管芯片当前上传数据为0(即不做电流反馈)，同时已有其他雷管在反馈，就会将供电通路开关断开，雷管暂时由通信电容供电维持工作；等到当前扫描指令完成，再控制将供电通路开关闭合，恢复雷管的正常供电，同时给雷管的通信电容进行充电。起爆器在连续两次扫描命令之间也会设置适当的间隔，确保已经短时失电的雷管能将通信电容电能充满，以支持进行下一次的扫描。

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)及反馈电流采样电路。

整流桥：实现交流信号到直流信号的转换。

通信电容：用于在电子雷管上传数据的时候因为总线失电而给雷管供电用的电容。

控制逻辑电路：接收起爆器的命令进行相应的逻辑控制，在需要反馈的时候闭合反馈电流开关MOS3和供电通路开关MOS2，MOS2的闭合也会自动断开MOS1开关；当不需要反馈的时候，打开反馈电流开关MOS3和供电通路开关MOS2，MOS2的断开也会自动实现MOS1的闭合。R1为MOS1栅极的上拉电阻，保证默认状态下MOS1开关时闭合的；R2为MOS2栅极的下拉电阻，保证默认状态下MOS2开关是断开的。R1、R2一般阻值都是Mohm级。

二总线驱动电路产生A、B总线电源和信号，其中R1、R2也作为采样电阻，阻值可根据需要调整，典型取值20ohm。

B总线的采样电路，D1为3V稳压管。以下取值都是给器件的典型值，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。

系统工作原理说明：

供电通路开关的控制信号由雷管芯片内部的专用数字控制电路实现，数字电路状态机及相应的处理流程图参照图6所示。

起爆器通过发送多次扫描指令来实现组网雷管的在线点名，每次扫描可实现一发雷管的信息读取。

电子雷管芯片每次接收到起爆器的扫描指令，会开始逐位通过电流反馈的方式上传数据给起爆器，具体为如果当前上传数据为1，则闭合反馈开关。如果当前上传数据为0，则不闭合反馈开关，同时监测总线上其他雷管的反馈状况，如果已有其他雷管在反馈，则当前雷管退出当前扫描过程，并且将供电通路开关断开，暂时由通信电容供电维持工作；如果没有其他雷管反馈，则继续维持在反馈模式，等待处理下一位信息。

每一条扫描指令完成，所有雷管芯片都控制将供电通路开关闭合，恢复雷管的正常供电，同时给雷管的通信电容进行充电。起爆器在连续两次扫描命令之间也会设置适当的间隔(小于50毫秒)，确保已经短时失电的雷管能将通信电容电能充满，以支持进行下一次的扫描。

线路阻容和雷管通信电容充电电流对通信总线的影响说明，参照图7：

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，尤其是因为叠加了上百发雷管的通信电容充电电流，B总线的地电位会被大幅提升(如图中的电位抬升dV)，会导致反馈波形突变启动门限d1被限制的很小，甚至被淹没，从而无法识别反馈。而图中下半部分的虚线部分就是通过本发明所提方法，不参与反馈的雷管的供电通路被关闭，不会有额外的对通信电容的充电电流影响到总线，B总线的地电位只会受线路阻容的影响，地电位不会被抬得过高，从而不影响起爆器对反馈波形的检测和识别。

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)

1.一种提高电子雷管通信组网能力的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：起爆器通过发送多次扫描指令进行组网雷管的在线点名，每次扫描进行一发雷管的信息读取；

步骤S2：电子雷管芯片接收到起爆器的扫描指令，开始逐位通过电流反馈的方式上传数据给起爆器，数据包括多个数据位；

步骤S3：如果当前上传数据位为1，则闭合反馈开关以发送电流反馈脉冲；如果当前上传数据为0，则不闭合反馈开关；

步骤S4：监测总线上其他雷管的反馈状况，如果已有其他雷管在反馈，则当前雷管退出当前扫描过程，并且将供电通路开关断开，并在此后所有数据位上传过程中均保持供电通路开关断开，暂时由通信电容供电维持工作；如果没有其他雷管反馈，则继续维持在反馈模式，等待处理下一位信息，重复步骤S3-步骤S4；

步骤S5：每条扫描指令完成，所有雷管芯片控制将供电通路开关闭合，恢复雷管的正常供电，同时对雷管的通信电容进行充电；

步骤S6：起爆器在连续两次扫描命令之间设置间隔，短时失电的雷管将通信电容电能充满，进行下一次的扫描。

2.根据权利要求1所述的提高电子雷管通信组网能力的方法，其特征在于，所述步骤S6中的间隔时间小于50毫秒。

3.根据权利要求1所述的提高电子雷管通信组网能力的方法，其特征在于，所述起爆器完成对电子雷管的起爆控制，所述起爆器包括主控单元、二总线电路及反馈电流采样电路，所述二总线电路产生A、B总线电源和信号。

4.根据权利要求1所述的提高电子雷管通信组网能力的方法，其特征在于，所述电子雷管包括整流桥、通信电容和控制逻辑电路；

所述整流桥将交流信号转换为直流信号；

所述通信电容在电子雷管上传数据时因总线失电而给雷管供电；

控制逻辑电路接收起爆器的命令进行相应的逻辑控制，在需要反馈的时闭合反馈电流开关MOS3和供电通路开关MOS2，MOS2的闭合会自动断开MOS1开关；当不需要反馈的时候，打开反馈电流开关MOS3和供电通路开关MOS2，MOS2的断开会自动实现MOS1的闭合；电阻R1为MOS1栅极的上拉电阻；电阻R2为MOS2栅极的下拉电阻；电阻R1和电阻R2的阻值是Mohm级。

5.根据权利要求3所述的提高电子雷管通信组网能力的方法，其特征在于，所述B总线的采样电路中的D1为3V稳压管；运算放大器的运放倍数为7.8倍，RC滤波为200Ω+22nF，截止频率36K，B_ADC_TEST接单片机的模数采样ADC通道。

6.一种提高电子雷管通信组网能力的系统，其特征在于，所述系统包括如下模块：

模块M1：起爆器通过发送多次扫描指令进行组网雷管的在线点名，每次扫描进行一发雷管的信息读取；

模块M2：电子雷管芯片接收到起爆器的扫描指令，开始逐位通过电流反馈的方式上传数据给起爆器，数据包括多个数据位；

模块M3：如果当前上传数据位为1，则闭合反馈开关以发送电流反馈脉冲；如果当前上传数据为0，则不闭合反馈开关；

模块M4：监测总线上其他雷管的反馈状况，如果已有其他雷管在反馈，则当前雷管退出当前扫描过程，并且将供电通路开关断开，并在此后所有数据位上传过程中均保持供电通路开关断开，暂时由通信电容供电维持工作；如果没有其他雷管反馈，则继续维持在反馈模式，等待处理下一位信息，重复调用模块M3-模块M4；

模块M5：每条扫描指令完成，所有雷管芯片控制将供电通路开关闭合，恢复雷管的正常供电，同时对雷管的通信电容进行充电；

模块M6：起爆器在连续两次扫描命令之间设置间隔，短时失电的雷管将通信电容电能充满，进行下一次的扫描。

7.根据权利要求6所述的提高电子雷管通信组网能力的系统，其特征在于，所述模块M6中的间隔时间小于50毫秒。

8.根据权利要求6所述的提高电子雷管通信组网能力的系统，其特征在于，所述起爆器完成对电子雷管的起爆控制，所述起爆器包括主控单元、二总线电路及反馈电流采样电路，所述二总线电路产生A、B总线电源和信号。

9.根据权利要求6所述的提高电子雷管通信组网能力的系统，其特征在于，所述电子雷管包括整流桥、通信电容和控制逻辑电路；

所述整流桥将交流信号转换为直流信号；

所述通信电容在电子雷管上传数据时因总线失电而给雷管供电；

控制逻辑电路接收起爆器的命令进行相应的逻辑控制，在需要反馈的时闭合反馈电流开关MOS3和供电通路开关MOS2，MOS2的闭合会自动断开MOS1开关；当不需要反馈的时候，打开反馈电流开关MOS3和供电通路开关MOS2，MOS2的断开会自动实现MOS1的闭合；电阻R1为MOS1栅极的上拉电阻；电阻R2为MOS2栅极的下拉电阻；电阻R1和电阻R2的阻值是Mohm级。

10.根据权利要求8所述的提高电子雷管通信组网能力的系统，其特征在于，所述B总线的采样电路中的D1为3V稳压管；运算放大器的运放倍数为7.8倍，RC滤波为200Ω+22nF，截止频率36K，B_ADC_TEST接单片机的模数采样ADC通道。