CN213238638U - 一种电子雷管起爆器接收回路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子雷管起爆器接收回路，包括依次连接的信号放大单元、滤波单元和输出单元；信号放大单元连接电子雷管芯片，接收电子雷管芯片发送的数据；输出单元连接上位机，接收上位机传输的动态参考电压，并向上位机传输电压数字信号和数字电平信号。在滤波单元采用有源滤波电路能高效抑制信号波动，提高信号采集传输的准确性，同时引入动态参考电压在输出单元进行采集电压信号的解析获得准确的数据信号，而动态参考电压是根据采集电压信号在上位机进行计算获得的，能够根据采集电压信号进行动态调整，使得解析出的数据更加稳定，提高可信度。

Description

一种电子雷管起爆器接收回路

技术领域

本实用新型涉及工业爆破技术领域，更具体的说是涉及一种电子雷管起爆器接收回路。

背景技术

目前，工业爆破技术领域对雷管的延期时间、精确性、可靠性提出了越来越严格的要求，传统化学药物雷管由于延期时间存在较大误差，稳定性差，可控性差等问题，逐渐被电子雷管所取代。电子雷管和其配套的起爆器通过一对双绞线进行通信，包括发送回路和接收回路，在现有技术里，起爆器对电子雷管的发送回路中，一般采用差分电压信号的方式对电子雷管进行通信控制；在接收回路中，电子雷管由于自身的能量比较弱，大多是采用拉高总线电流使总线电流变化的方式对起爆器进行数据通信，传统的接收回路是通过总线接口电路采样输入电压，然后经过仪表放大器放大后经过RC无源高频滤波电路滤波传输至ADC转换器，最后ADC转换器转换产生数字信号传输给 MCU控制器进行解析控制。

但是，在数据通信过程中因为电压信号在传输过程可能是不规则的信号，每个数据比特位必须进行多次采样，与专有模型进行数据比对分析后，最终给出数据的比特位的值。需要MCU控制器不间断地对数据进行采样，进行大量的数据比对分析，非常占用系统的资源，软件开发工作量非常大，另外无源滤波电路虽然能滤除一些高频杂波，但没有对信号波动进行完好的抑制，信号存在某些波动，则会导致数据接收传输不准确。

因此，如何提高电子雷管起爆器接收回路数据解析的效率，以及数据接收的可靠性是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种电子雷管起爆器接收回路，包括依次连接的信号放大单元、滤波单元和输出单元；信号放大单元连接电子雷管芯片，接收电子雷管芯片发送的数据；输出单元连接上位机，接收上位机传输的动态参考电压，并向上位机传输电压数字信号和数字电平信号。在滤波单元采用有源滤波电路能高效抑制信号波动，提高信号采集传输的准确性，同时引入动态参考电压在输出单元进行采集电压信号的解析获得准确的数据信号，而动态参考电压是根据采集电压信号在上位机进行计算获得的，能够根据采集电压信号进行动态调整，使得解析出的数据更加稳定，提高可信度。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种电子雷管起爆器接收回路，包括依次连接的信号放大单元、滤波单元和输出单元；所述信号放大单元连接电子雷管芯片，接收所述电子雷管芯片发送的数据；所述输出单元连接上位机，接收所述上位机传输的动态参考电压，并向所述上位机传输电压数字信号和数字电平信号。

优选的，所述信号放大单元包括总线接口电路、仪表放大模块、滤波模块和第一基准电源模块；所述总线接口电路连接所述电子雷管芯片，采集变化电压传输至所述滤波模块进行滤波并传输至所述仪表放大模块；所述第一基准电源模块连接所述仪表放大模块，提供基准电压信号，滤波后的所述变化电压经过所述仪表放大模块放大生成以及放大电压信号，并传输至所述滤波单元。

优选的，所述滤波单元包括比例放大滤波电路和有源积分滤波电路；所述比例放大滤波电路接收一级放大电压信号，经过滤波和放大后生成二级放大电压信号并传输至所述有源积分滤波电路；所述二级放大电压信号经过所述有源积分滤波电路滤波后传输至输出单元。

优选的，所述输出单元包括比较器模块、ADC数模转换模块和第二基准电源模块；所述比较器模块和所述ADC数模转换模块接收滤波后的所述二级放大电压信号；所述第二基准电源模块连接所述ADC数模转换模块，提供基准电压信号；所述ADC数模转换模块将所述二级放大电压信号转换成所述电压数字信号并通过SPI接口传输至所述上位机；所述上位机接收所述电压数字信号后进行运算处理获得所述动态参考电压，并传输至所述比较器模块；所述比较器模块对所述二级放大电压信号和所述动态参考电压进行对比分析获得所述数字电平信号，并传输至所述上位机。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种电子雷管起爆器接收回路，包括信号放大单元、滤波单元和输出单元，在滤波单元采用有源滤波电路对信号方法单元输出的放大后的电信号进行滤波处理，在输出单元采用电压比较器，将接收到的电压信号与动态参考电压进行比较来解析电子雷管发送的数据，利用采集到的电压信号传输到上位机进行动态参考电压的计算，从而实现根据实际采集的电压信号动态调整动态参考电压，提高数据接收的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型提供的电子雷管起爆器接收回路结构框图；

图2附图为本实用新型提供的电子雷管起爆器接收回路电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种电子雷管起爆器接收回路，包括依次连接的信号放大单元、滤波单元和输出单元；信号放大单元连接电子雷管芯片，接收电子雷管芯片发送的数据；输出单元连接上位机，接收上位机传输的动态参考电压，并向上位机传输电压数字信号和数字电平信号。

为了进一步优化上述技术方案，信号放大单元包括总线接口电路、仪表放大模块、滤波模块和第一基准电源模块；总线接口电路连接电子雷管芯片，采集变化电压传输至滤波模块进行滤波并传输至仪表放大模块；第一基准电源模块连接仪表放大模块，提供基准电压信号，滤波后的变化电压经过仪表放大模块放大生成以及放大电压信号，并传输至滤波单元。

为了进一步优化上述技术方案，滤波单元包括比例放大滤波电路和有源积分滤波电路；比例放大滤波电路接收一级放大电压信号，经过滤波和放大后生成二级放大电压信号并传输至有源积分滤波电路；二级放大电压信号经过有源积分滤波电路滤波后传输至输出单元。

为了进一步优化上述技术方案，输出单元包括比较器模块、ADC数模转换模块和第二基准电源模块；比较器模块和ADC数模转换模块接收滤波后的二级放大电压信号；第二基准电源模块连接ADC数模转换模块，提供基准电压信号；ADC数模转换模块将二级放大电压信号转换成电压数字信号并通过 SPI接口传输至上位机；上位机接收电压数字信号后进行运算处理获得动态参考电压，并传输至比较器模块；比较器模块对二级放大电压信号和动态参考电压进行对比分析获得数字电平信号，并传输至上位机。

为了进一步优化上述技术方案，比较器模块连接上位机的DAC端口和 UART串口，上位机通过DAC端口向比较器模块传输动态参考电压，比较器模块通过UART串口向上位机传输数字电平信号。

为了进一步优化上述技术方案，动态参考电压等于二级放大电压信号的最大平均值和最小平均值之差的二分之一。

实施例

如图2所示，信号放大单元包括总线接口电路、仪表放大模块、滤波模块和第一基准电源模块；

总线接口电路包括总线信号输入端和采样电阻R103；滤波模块包括电阻 R1和R2、电容C1、C2、C3；仪表放大模块包括仪表放大器U1、电阻R3和电容C4；第一基准电源模块包括基准电源芯片U22和电容C6；

总线信号输入端连接采样电阻R103的一端，另一端接地，电阻R1和电阻R2分别连接在采样电阻R103的两端；电容C1、C2、C3串联接地，电阻R1另一端接在电容C1和C2之间，且连接节点连接至仪表放大器U1的2脚，电阻R2另一端接在电容C2和C3之间，且连接节点连接至仪表放大器U1的 3脚；仪表放大器U1的1脚和8脚之间连接电阻R3，7脚连接电容C4，5脚连接基准电源芯片U22的2脚，6脚连接连接滤波单元；基准电源芯片U22 的2脚通过电容C6接地，1脚提供5V电压信号，2脚提供2.5V电压信号；

当总线电流发生变化时，流过总线采样电阻R103的值也将发生变化，假定总线采样电阻两端的电压是V0，经过R1、R2、C1、C2、C3滤除共模噪声和差模噪声信号后，输入到仪表放大器U1.1和U1.2的信号输入端，经过放大器放大N倍后，在U1.6端输出电压信号V1＝A2.5V-V0*N。电阻R3是调节仪表放大器的方大倍数，U1.5是放大器的参考电源，它是由基准电源芯片U22输出产生2.5V电压信号给U1.5。当V0比较大时，U1.6端的输出电压就会达到饱和值0。当电子雷管给起爆器发送数据0时，让总线发送数据0时的拉电流变化适当大些，能够使U1.6的输出电压是饱和值0，这样就使数据0的电平比较稳定，不至于产生毛刺干扰。

滤波单元包括比例放大滤波电路和有源积分滤波电路；

比例放大滤波电路包括电阻R4、R5和R6，电容C5，以及放大器U2-B；有源积分滤波电路包括电阻R7-R10、电容C7-C9和放大器U2-A；

仪表放大器U1的6脚通过R5连接U2-B的5脚；U2-B的6脚通过R4接地，通过R6连接7脚，5脚通过电容C5接地，7脚连接R7的一端；R7的另一端连接R8和C8，R8的另一端连接U2-A的3脚和C7，C7的另一端接地； C8的另一端连接R10和C9的并联节点，R10与R9串联连接至U2-A的2脚， C9并联在R9和R10的串联电路两端；U2-A的1脚连接输出单元；

电压信号V1再经过滤波单元，输出电压信号V2，第一级调整电阻R4， R6的阻值，可以改变比例放大滤波电路的比例放大系数，第二级R7-R10、 C8-C9、U2-A为有源积分滤波电路消除高频干扰；在U1放大的基础上，采用第二级放大的原因是，第一级仪表放大器U1如果放大倍数太大，输出的波形会失真，因此采用U2-B的第二级放大补偿U1放大倍数不足的问题。

输出单元包括比较器模块、ADC数模转换模块和第二基准电源模块；

比较器模块包括比较器U5、电阻R12和电容C13；ADC数模转换模块包括AD转换芯片U4、电阻R11、电容C12和二极管D1；第二基准电源模块包括基准电源芯片U3和电容C10-C11；

放大器U2-A的1脚连接U5的5脚，并通过R11连接U4的3脚；U4的 3脚通过并联的D1和C12接地，1脚连接U3的6脚；U3的6脚通过C11接地，2脚接入12V电压信号，且通过C10接地；U5的5脚连接上位机的SPI 接口，上位机可以为MCU控制器；U5的8脚输入3.3V电压信号，并通过C13 接地；U5的7脚连接MCU控制器的UART串口，并通过R12接3.3V电源，通过UART串口向MCU控制器传输数字电平信号；U5的6脚连接MCU控制器的DAC输出端口，接收动态参考电压；

电压信号V2连接到比较器的同相输入端U5.5，动态参考电压连接到比较器反相输入端U5.6，动态参考电压是MCU控制器经过运算后，通过MCU的 DAC产生输出。V2与动态参考电压进行比较，如果小于参考电压，比较器输出端U5.7输出数字电平0，如果高于动态参考电压，比较器输出端U5.7输出数字电平1。AD转换芯片U4分别采样v2电压信号的最大和最小平均值，将电压信号转换为数字信号，通过SPI接口给MCU控制器进行运算处理，然后将最大和最小平均值之差除以2，通过MCU控制器控制DAC输出比较器U5 动态参考电压。稳压二极管防止V2电平过高损坏AD转换芯片U4，电阻R11 和C12对V2在进入到AD转换芯片U4前进行滤波处理，基准电源芯片U4通过将A12V降压成5V为AD转换芯片U4提供基准参考电平。比较器输出端 U5.7输出的数字信号传输至MCU控制器，整个指令字节完成后进行CRC校验，如果没有错误，做为正常数据处理，如果产生CRC错误，则起爆器向电子雷管芯片发送二次接收指令，电子雷管芯片重发数据指令至接收回路的总线接口电路再次进行数据分析解析。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种电子雷管起爆器接收回路，其特征在于，包括依次连接的信号放大单元、滤波单元和输出单元；所述信号放大单元连接电子雷管芯片，接收所述电子雷管芯片发送的数据；所述输出单元连接上位机，接收所述上位机传输的动态参考电压，并向所述上位机传输电压数字信号和数字电平信号。

2.根据权利要求1所述的一种电子雷管起爆器接收回路，其特征在于，所述信号放大单元包括总线接口电路、仪表放大模块、滤波模块和第一基准电源模块；

所述总线接口电路连接所述电子雷管芯片，采集变化电压传输至所述滤波模块进行滤波并传输至所述仪表放大模块；

所述第一基准电源模块连接所述仪表放大模块，提供基准电压信号，滤波后的所述变化电压经过所述仪表放大模块放大生成以及放大电压信号，并传输至所述滤波单元。

3.根据权利要求2所述的一种电子雷管起爆器接收回路，其特征在于，所述滤波单元包括比例放大滤波电路和有源积分滤波电路；

所述比例放大滤波电路接收一级放大电压信号，经过滤波和放大后生成二级放大电压信号并传输至所述有源积分滤波电路；

所述二级放大电压信号经过所述有源积分滤波电路滤波后传输至输出单元。

4.根据权利要求3所述的一种电子雷管起爆器接收回路，其特征在于，所述输出单元包括比较器模块、ADC数模转换模块和第二基准电源模块；

所述比较器模块和所述ADC数模转换模块接收滤波后的所述二级放大电压信号；

所述第二基准电源模块连接所述ADC数模转换模块，提供基准电压信号；

所述ADC数模转换模块将所述二级放大电压信号转换成所述电压数字信号并通过SPI接口传输至所述上位机；

所述上位机接收所述电压数字信号后进行运算处理获得所述动态参考电压，并传输至所述比较器模块；

所述比较器模块对所述二级放大电压信号和所述动态参考电压进行对比分析获得所述数字电平信号，并传输至所述上位机。

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