CN116149415A - 电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路及其控制方法，该电路包括：LDO供电电路、MCU控制器、高精度加速仪和DC/DC控制电路，其中，所述LDO供电电路分别与所述MCU控制器、高精度加速仪连接，所述LDO供电电路用于给所述MCU控制器、高精度加速仪器供电，所述高精度加速仪用于实时检测所述电子雷管起爆卡的加速度值，当有异常情况发生时，输出中断信号至所述MCU控制器，所述MCU控制器用于根据所述中断信号控制所述DC/DC控制电路输出低电平，以防止电子雷管误爆。本发明解决了在使用过程中，正在充电或组网的起爆器因跌落、撞击、挤压而导致的“误爆雷管”问题。

Description

电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路及控制方法

技术领域

本发明涉及电子雷管技术领域，特别涉及一种电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路及控制方法。

背景技术

电子雷管是采用数字控制芯片对起爆过程进行精确控制的新型雷管，其优势为：技术成熟，性能更优，易于管控。其精确多段式的延时设置，为大规模的精确爆破提供可行条件，其三码绑定技术使得电子雷管在具体使用过程中，信息能够闭环处理，安全监管智能高效。而电子雷管必须搭配专用的起爆器才能使用。起爆器中最为关键的部件为起爆卡，它负责与电子雷管通讯，并为电子雷管中的储能元件充电，控制电子雷管中的发火开关等。因实际爆破场景及其复杂，起爆卡的安全性设计显得极为重要，如起爆器的结构可靠性设计、电路安全性设计、软件安全控制逻辑设计等。

目前的起爆器及起爆卡存在以下缺陷：

1、只支持正常流程起爆功能，异常状态下无防护机制，存在误爆风险；

2、部分起爆器及起爆卡支持软件保护功能，但不支持“硬件防跌落检测”功能。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路及控制方法，旨在解决在使用过程中，正在充电或组网的起爆器因跌落、撞击、挤压而导致的“误爆雷管”问题。

为实现上述目的，本发明提出一种电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路，包括：LDO供电电路、MCU控制器、高精度加速仪和DC/DC控制电路，其中，所述LDO供电电路分别与所述MCU控制器、高精度加速仪连接，所述LDO供电电路用于给所述MCU控制器、高精度加速仪器供电，所述高精度加速仪用于实时检测所述电子雷管起爆卡的加速度值，当有异常情况发生时，输出中断信号至所述MCU控制器，所述MCU控制器用于根据所述中断信号控制所述DC/DC控制电路输出低电平，以防止电子雷管误爆。

本发明进一步的技术方案是，所述LDO供电电路包括电阻R29、电容C15、电容C16、电容C17和芯片U5，其中，所述芯片U5的引脚1连接所述电阻R29的一端、所述电容C15的一端，所述芯片U5的引脚2接地，所述芯片U5的引脚3连接所述电阻R29的另一端，所述电容C15的另一端接地，所述芯片U5的引脚4连接所述电容C16的一端，所述电容C16的另一端接地，所述芯片U5的引脚5连接所述电容C17的一端，输出3.3V电压至所述MCU控制器、高精度加速仪，所述电容C17的另一端接地。

本发明进一步的技术方案是，所述MCU控制器包括芯片U8、电容C19、电容C22、电阻R47、电阻R49，所述芯片U8的引脚1、引脚5以及引脚17与所述LDO供电电路以及所述电容C19的一端连接，所述电容C19的另一端接地，所述芯片U8的引脚31连接所述电阻R49的一端，所述电阻R49的另一端接地，所述芯片U8的引脚4连接所述电阻R47的一端、所述电容C22的一端，所述电阻R47的另一端连接所述LDO供电电路，所述电容C22的另一端接地，所述芯片U8的引脚15连接所述高精度加速仪，所述芯片U8的引脚14连接所述DC/DC控制电路的MOS管Q2，异常状况下输出高电平导通所述MOS管Q2，使得32V高压无法输出SAFE_EN；所述芯片U8的引脚4连接所述DC/DC控制电路，控制DCEN，输出10V检测电压；所述芯片U8的引脚21连接所述DC/DC控制电路，控制16V_CTR，输出16V通信电压；所述芯片U8的引脚22连接所述DC/DC控制电路，控制32V_CTR，输出32V充电电压。

本发明进一步的技术方案是，所述高精度加速仪包括芯片U1306、电阻R9、电阻R11、电阻R1321电容C1340、电容C1341，所述芯片U1306的引脚1和引脚14连接所述电阻R9、电阻R1、电容C1340的一端以及所述LDO供电电路，所述电容C1340的另一端接地，所述芯片U1306的引脚4连接所述芯片U8的引脚29，所述芯片U1306的引脚6连接所述芯片U8的引脚30，所述芯片U1306的引脚7连接所述电阻R1321的一端，所述电阻R1321的另一端接地，所述芯片U1306的引脚5、引脚10、引脚12接地，所述芯片U1306的引脚2连接所述电容C1341的一端，所述电容C1341的另一端接地，所述芯片1306的引脚11连接所述芯片U8的引脚15。

本发明进一步的技术方案是，所述DC/DC控制电路芯片U1、电阻R6、MOS管Q2、电阻R10、电阻R3、MOS管Q1和电阻R5，其中，所述芯片U1的引脚4连接所述芯片U8的引脚18，所述芯片U1的引脚9连接所述电阻R6的一端、所述电阻R3的一端，电阻R6的另一端连接所述MOS管Q2的引脚3，所述MOS管Q2的引脚1接地，所述MOS管Q2的引脚2连接所述电阻R10的一端、所述芯片U8的引脚14，所述电阻R10的另一端连接所述芯片U8的引脚22，所述电阻R3的另一端连接所述MOS管Q1的引脚3，所述MOS管Q1的引脚1接地，所述MOS管Q1的引脚2连接所述电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接所述芯片U8的引脚21。

为实现上述目的，本发明还提出一种电子雷管起爆卡的防跌落误爆控制方法，所述方法应用于如上所述的电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路，所述方法包括以下步骤：

在起爆器进入高压工作模式，对雷管网络起爆前进行充电时，所述高精度加速仪检测电子雷管起爆卡的加速度数值；

所述高精度加速仪将所述加速度数值与预设阈值相比对；

若所述加速度数字超过所述预设阈值，所述高精度加速仪则产生中断信号上报给所述MCU控制器；

所述MCU控制器响应所述中断信号，执行中断处理程序，将SAFE_EN 端口快速拉至低电平，使得所述MOS管Q2的G极稳定在低电平，所述MOS管Q2处于截止状态。

本发明电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路及控制方法的有益效果是：

1）起爆器能适用于更恶劣的施工环境；

2）起爆器的使用普适性得到增强；

3）起爆器的使用安全性大大提高，支持全硬件异常动作状态监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路的整体结构框图；

图2是LDO供电电路的电路结构示意图；

图3是MCU控制器的电路结构示意图；

图4是高精度加速仪的电路结构示意图；

图5是DC/DC控制电路的电路结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决在使用过程中，正在充电或组网的起爆器因跌落、撞击、挤压而导致的“误爆雷管”问题，本发明设计了一种专用的防护电路，确保在上述异常的情况下，起爆器中的起爆卡无法进入高压工作模式。这样起爆器就无法给雷管充电，雷管就不可能起爆。这就从源头上避免了异常状态下的“雷管误爆”问题。

具体地，本发明提出一种电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路，如图1所示，本发明电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路较佳实施例包括：LDO供电电路、MCU控制器、高精度加速仪和DC/DC控制电路，其中，所述LDO供电电路分别与所述MCU控制器、高精度加速仪连接，所述LDO供电电路用于给所述MCU控制器、高精度加速仪器供电，所述高精度加速仪用于实时检测所述电子雷管起爆卡的加速度值，当有异常情况发生时，输出中断信号至所述MCU控制器，所述MCU控制器用于根据所述中断信号控制所述DC/DC控制电路输出低电平，以防止电子雷管误爆。

本实施例中，该电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路包括四个部分：LDO供电电路、MCU控制器、高精度加速仪和DC/DC控制电路。本实施例中，所述MCU控制器可以采用8位MCU。

其中，LDO供电电路部分，能把起爆器输入的8.7V高压降低至3.3V给 MCU、加速仪供电，使其正常工作；

8位MCU部分，主要接收加速仪产生的异常中断，控制DCDC及其匹配电路输出或关闭各类电压；

高精度加速仪部分，能监测到纳秒级别的加速度变化，针对跌落、剧烈震动等异常动作能做到快速精确感应。

DC/DC控制电路部分，电压转换效率高达90%，升压范围达到8至40V，能有效满足雷管检测、通信、高压模式的工作要求。

具体地，LDO供电电路用于给所述MCU控制器、高精度加速仪提供工作电压。

如图2所示，所述LDO供电电路包括电阻R29、电容C15、电容C16、电容C17和芯片U5，其中，所述芯片U5的引脚1连接所述电阻R29的一端、所述电容C15的一端，所述芯片U5的引脚2接地，所述芯片U5的引脚3连接所述电阻R29的另一端，所述电容C15的另一端接地，所述芯片U5的引脚4连接所述电容C16的一端，所述电容C16的另一端接地，所述芯片U5的引脚5连接所述电容C17的一端，输出3.3V电压至所述MCU控制器、高精度加速仪，所述电容C17的另一端接地。

如图3所示，所述MCU控制器包括芯片U8、电容C19、电容C22、电阻R47、电阻R49，所述芯片U8的引脚1、引脚5以及引脚17与所述LDO供电电路以及所述电容C19的一端连接，所述电容C19的另一端接地，所述芯片U8的引脚31连接所述电阻R49的一端，所述电阻R49的另一端接地，所述芯片U8的引脚4连接所述电阻R47的一端、所述电容C22的一端，所述电阻R47的另一端连接所述LDO供电电路，所述电容C22的另一端接地，所述芯片U8的引脚15连接所述高精度加速仪，所述芯片U8的引脚14连接所述DC/DC控制电路的MOS管Q2，异常状况下输出高电平导通所述MOS管Q2，使得32V高压无法输出SAFE_EN；所述芯片U8的引脚4连接所述DC/DC控制电路，控制DCEN，输出10V检测电压；所述芯片U8的引脚21连接所述DC/DC控制电路，控制16V_CTR，输出16V通信电压；所述芯片U8的引脚22连接所述DC/DC控制电路，控制32V_CTR，输出32V充电电压。

所述MCU控制器的作用具体如下：

1）接收加速仪的中断：EINT5_GSENSOR2；

2）控制高压MOS，异常状况下输出高电平导通MOS，使得32V高压无法输出：SAFE_EN；

3）控制DCEN，输出10V检测电压；

4）控制16V_CTR，输出16V通信电压；

5）控制32V_CTR，输出32V充电电压。

如图4所示，所述高精度加速仪包括芯片U1306、电阻R9、电阻R11、电阻R1321电容C1340、电容C1341，所述芯片U1306的引脚1和引脚14连接所述电阻R9、电阻R1、电容C1340的一端以及所述LDO供电电路，所述电容C1340的另一端接地，所述芯片U1306的引脚4连接所述芯片U8的引脚29，所述芯片U1306的引脚6连接所述芯片U8的引脚30，所述芯片U1306的引脚7连接所述电阻R1321的一端，所述电阻R1321的另一端接地，所述芯片U1306的引脚5、引脚10、引脚12接地，所述芯片U1306的引脚2连接所述电容C1341的一端，所述电容C1341的另一端接地，所述芯片1306的引脚11连接所述芯片U8的引脚15。

本实施例中，所述高精度加速仪通过I2C接口与所述MCU控制器通信。所述高精度加速仪实时检测加速度值，当有异常情况发生时，加速度超过预设阈值时，输出中断信号至所述MCU控制器。

如图5所示，所述DC/DC控制电路芯片U1、电阻R6、MOS管Q2、电阻R10、电阻R3、MOS管Q1和电阻R5，其中，所述芯片U1的引脚4连接所述芯片U8的引脚18，所述芯片U1的引脚9连接所述电阻R6的一端、所述电阻R3的一端，电阻R6的另一端连接所述MOS管Q2的引脚3，所述MOS管Q2的引脚1接地，所述MOS管Q2的引脚2连接所述电阻R10的一端、所述芯片U8的引脚14，所述电阻R10的另一端连接所述芯片U8的引脚22，所述电阻R3的另一端连接所述MOS管Q1的引脚3，所述MOS管Q1的引脚1接地，所述MOS管Q1的引脚2连接所述电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接所述芯片U8的引脚21。

所述DC/DC控制电路的工作原理具体如下：

1）DCEN：由所述MCU控制器的IO口控制，默认输出为高电平，输出10V的检测电压；

2）16V_CTR：由所述MCU控制器的IO口控制，默认状态为低电平，需要输出16V通信电压时，单片机输出高电平；

3）32V_CTR：由所述MCU控制器的IO口控制，默认状态为低电平，需要输出32V充电电压时，单片机输出高电平；

4）SAFE_EN：由所述MCU控制器的IO口控制，默认状态为高电平，受单片机中断控制，单片机产生中断后，立即输出低电平，使得所述MOS 管Q2一直处于截止状态，所述DC/DC控制电路的分压电阻无法减小，使其无法输出32V高电压。

本发明电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路的有益效果是：

1）起爆器能适用于更恶劣的施工环境；

2）起爆器的使用普适性得到增强；

3）起爆器的使用安全性大大提高，支持全硬件异常动作状态监测。

为实现上述目的，本发明还提出一种电子雷管起爆卡的防跌落误爆控制方法，所述方法应用于如上实施例所述的电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路，所述方法包括以下步骤：

在起爆器进入高压工作模式，对雷管网络起爆前进行充电时，所述高精度加速仪检测电子雷管起爆卡的加速度数值；

所述高精度加速仪将所述加速度数值与预设阈值相比对；

若所述加速度数字超过所述预设阈值，所述高精度加速仪则产生中断信号上报给所述MCU控制器；

所述MCU控制器响应所述中断信号，执行中断处理程序，将SAFE_EN 端口快速拉至低电平，使得所述MOS管Q2的G极稳定在低电平，所述MOS管Q2处于截止状态。

本发明电子雷管起爆卡的防跌落误爆控制方法的具体的流程如下：

步骤一：起爆器（含起爆卡）按标准的操作流程，对多发雷管进行单发检测、组网；

步骤二：起爆器进入高压工作模式，对雷管网络进行起爆前的充电；

步骤三：操作人员不慎将起爆器跌落，此时尚未解除雷管的充电流程，存在误爆风险；

步骤四：起爆卡中的高精度加速仪检测到超出既定阈值的加速度数值， 产生中断上报给MCU；

步骤五：MCU响应中断处理程序，将 SAFE_EN 端口快速拉至低电平，使得NMOS管的G极稳定在低电平，NMOS管处于截止状态。DCDC的FB脚的分压电阻 R12和R6无法形成并联效果，无法形成更低的电阻值。DCDC就无法将输出电压调整至更高的32V充电电压；

步骤六：起爆器无法输出高电压，就无法对雷管网络进行充电，进而保证雷管不会出现因起爆器异常跌落导致的误爆现象。

本发明电子雷管起爆卡的防跌落误爆控制方法的有益效果是：

1）起爆器能适用于更恶劣的施工环境；

2）起爆器的使用普适性得到增强；

3）起爆器的使用安全性大大提高，支持全硬件异常动作状态监测。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路，其特征在于，包括：LDO供电电路、MCU控制器、高精度加速仪和DC/DC控制电路，其中，所述LDO供电电路分别与所述MCU控制器、高精度加速仪连接，所述LDO供电电路用于给所述MCU控制器、高精度加速仪器供电，所述高精度加速仪用于实时检测所述电子雷管起爆卡的加速度值，当有异常情况发生时，输出中断信号至所述MCU控制器，所述MCU控制器用于根据所述中断信号控制所述DC/DC控制电路输出低电平，以防止电子雷管误爆。

2.根据权利要求1所述的电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路，其特征在于，所述LDO供电电路包括电阻R29、电容C15、电容C16、电容C17和芯片U5，其中，所述芯片U5的引脚1连接所述电阻R29的一端、所述电容C15的一端，所述芯片U5的引脚2接地，所述芯片U5的引脚3连接所述电阻R29的另一端，所述电容C15的另一端接地，所述芯片U5的引脚4连接所述电容C16的一端，所述电容C16的另一端接地，所述芯片U5的引脚5连接所述电容C17的一端，输出3.3V电压至所述MCU控制器、高精度加速仪，所述电容C17的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路，其特征在于，所述MCU控制器包括芯片U8、电容C19、电容C22、电阻R47、电阻R49，所述芯片U8的引脚1、引脚5以及引脚17与所述LDO供电电路以及所述电容C19的一端连接，所述电容C19的另一端接地，所述芯片U8的引脚31连接所述电阻R49的一端，所述电阻R49的另一端接地，所述芯片U8的引脚4连接所述电阻R47的一端、所述电容C22的一端，所述电阻R47的另一端连接所述LDO供电电路，所述电容C22的另一端接地，所述芯片U8的引脚15连接所述高精度加速仪，所述芯片U8的引脚14连接所述DC/DC控制电路的MOS管Q2，异常状况下输出高电平导通所述MOS管Q2，使得32V高压无法输出SAFE_EN；所述芯片U8的引脚4连接所述DC/DC控制电路，控制DCEN，输出10V检测电压；所述芯片U8的引脚21连接所述DC/DC控制电路，控制16V_CTR，输出16V通信电压；所述芯片U8的引脚22连接所述DC/DC控制电路，控制32V_CTR，输出32V充电电压。

4.根据权利要求3所述的电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路，其特征在于，所述高精度加速仪包括芯片U1306、电阻R9、电阻R11、电阻R1321电容C1340、电容C1341，所述芯片U1306的引脚1和引脚14连接所述电阻R9、电阻R1、电容C1340的一端以及所述LDO供电电路，所述电容C1340的另一端接地，所述芯片U1306的引脚4连接所述芯片U8的引脚29，所述芯片U1306的引脚6连接所述芯片U8的引脚30，所述芯片U1306的引脚7连接所述电阻R1321的一端，所述电阻R1321的另一端接地，所述芯片U1306的引脚5、引脚10、引脚12接地，所述芯片U1306的引脚2连接所述电容C1341的一端，所述电容C1341的另一端接地，所述芯片1306的引脚11连接所述芯片U8的引脚15。

5.根据权利要求4所述的电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路，其特征在于，所述DC/DC控制电路芯片U1、电阻R6、MOS管Q2、电阻R10、电阻R3、MOS管Q1和电阻R5，其中，所述芯片U1的引脚4连接所述芯片U8的引脚18，所述芯片U1的引脚9连接所述电阻R6的一端、所述电阻R3的一端，电阻R6的另一端连接所述MOS管Q2的引脚3，所述MOS管Q2的引脚1接地，所述MOS管Q2的引脚2连接所述电阻R10的一端、所述芯片U8的引脚14，所述电阻R10的另一端连接所述芯片U8的引脚22，所述电阻R3的另一端连接所述MOS管Q1的引脚3，所述MOS管Q1的引脚1接地，所述MOS管Q1的引脚2连接所述电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接所述芯片U8的引脚21。

6.一种电子雷管起爆卡的防跌落误爆控制方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求5所述的电子雷管起爆卡的防跌落误爆的电路，所述方法包括以下步骤：

在起爆器进入高压工作模式，对雷管网络起爆前进行充电时，所述高精度加速仪检测电子雷管起爆卡的加速度数值；

所述高精度加速仪将所述加速度数值与预设阈值相比对；

若所述加速度数字超过所述预设阈值，所述高精度加速仪则产生中断信号上报给所述MCU控制器；

所述MCU控制器响应所述中断信号，执行中断处理程序，将SAFE_EN 端口快速拉至低电平，使得所述MOS管Q2的G极稳定在低电平，所述MOS管Q2处于截止状态。

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