ES2285548T3 - Caracterizacion dinamica en la comunicaciones basadas en modulacion de la corriente. - Google Patents

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ES2285548T3 ES04799202T ES04799202T ES2285548T3 ES 2285548 T3 ES2285548 T3 ES 2285548T3 ES 04799202 T ES04799202 T ES 04799202T ES 04799202 T ES04799202 T ES 04799202T ES 2285548 T3 ES2285548 T3 ES 2285548T3
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Abstract

Un método de caracterización dinámica de las comunicaciones basadas en modulación de la corriente consistente en las fases siguientes: a) establecimiento de un sistema de conexión eléctrica que incluye un dispositivo maestro (40) y al menos un dispositivo subordinado (20) que se comunica con el dispositivo maestro utilizando intercomunicación basada en modulación de la corriente; caracterizándose dicho método por b) provocar que dicho dispositivo maestro mida periódicamente el nivel de caracterización de la corriente de intercomunicación; y c) provocar que dicho dispositivo maestro en adelante reciba la intercomunicación compensada con arreglo a dicho nivel de caracterización medido para la corriente de intercomunicación.

Description

Caracterización dinámica en las comunicaciones basadas en modulación de la corriente.
La presente solicitud de patente es la continuación parcial de la solicitud de patente estadounidense con número de serie 10/619.687, titulada Current Modulation-Based Communication from Slave Device, presentada el 15 de julio de 2003.
Antecedentes del invento
El presente invento hace referencia en términos generales a la transferencia electrónica de datos y, más particularmente, a la caracterización dinámica en comunicaciones basadas en modulación de la corriente, por ejemplo las originadas por un dispositivo subordinado en un sistema electrónico de detonación.
En los sistemas electrónicos de detonación conocidos en la técnica actual, la comunicación originada en los detonadores subordinados y dirigida a una máquina detonadora se consigue mediante modulación del voltaje en el detonador. Algunos de los inconvenientes asociados con esta técnica son la necesidad de disponer de suficiente potencia en el detonador para conseguir que los voltajes modulados lleguen a la máquina detonadora (lo que supone un incremento del consumo eléctrico y una mayor complejidad del circuito), así como las posibles interferencias provocadas por factores medioambientales como las interferencias electromagnéticas (EMI), por electricidad estática (ESD) y/o por radiofrecuencia (RFI), que limitan la capacidad de transmisión necesaria.
Si bien los sistemas de intercomunicación actuales basados en modulación de la corriente entre un dispositivo subordinado y un dispositivo maestro han sido utilizados en otros sectores (normalmente con el dispositivo maestro manteniendo muy elevado el voltaje del bus) como en RS-485, en los sistemas electrónicos de detonación (y en algunas otras aplicaciones), el ruido suele representar un obstáculo importante, en el sentido de que provoca interferencias que dificultan una recepción satisfactoria y precisa de los datos por parte del dispositivo. Así, por ejemplo, las interferencias EMI, ESD, RFI o las fugas intermitentes del cable pueden limitar la integridad de la transmisión al alterar la caracterización de la corriente de la intercomunicación. Por otro lado, el consumo de corriente de fondo en estos sistemas puede resultar especialmente ruidoso cuando el voltaje es elevado, dado que los detonadores podrían estar realizando en ese momento tareas como la carga activa y/o la carga plena de los condensadores de activación, la carga de los condensadores de compensación para evitar irregularidades en el consumo de corriente de cada detonador, etc. Posiblemente por todos estos motivos no se ha considerado eficaz utilizar la intercomunicación basada en modulación de la corriente en los sistemas electrónicos de detonación, especialmente cuando el voltaje en el bus es muy elevado. A partir de la patente DE-4201468-A1 se conoce un sistema que consta de un dispositivo maestro y de varios dispositivos subordinados, en el que las señales de control se transmiten de los maestros a los subordinados mediante modulación del voltaje y
se transmiten de los subordinados a los maestros utilizando intercomunicación basada en modulación de la corriente.
Resumen del invento
El presente invento presenta, en términos generales, una innovadora aplicación de intercomunicación basada en modulación de la corriente en un sistema en el que el ruido de fondo en el nivel del consumo de corriente se minimiza hasta tal punto que resulta posible la intercomunicación con una relación señal-ruido satisfactoriamente alta, y en el que la "caracterización" de la corriente de intercomunicación se supervisa constantemente para detectar cualquier variación y aplicar las compensaciones pertinentes. Para conseguir una intercomunicación basada en modulación, el dispositivo subordinado modula su consumo de corriente de tal forma que éste se adapta a los datos que deben comunicarse al dispositivo maestro (preferentemente siguiendo el mismo protocolo de comunicaciones que se utiliza para la comunicación de datos entre el dispositivo maestro y el dispositivo subordinado). El dispositivo maestro capta entonces la modulación de la corriente y descifra los datos correspondientes.
De este modo, el dispositivo maestro puede utilizar intercomunicación basada en modulación de la corriente mientras mantiene el voltaje del sistema bajo, de modo que los dispositivos subordinados no llevarán a cabo ninguna tarea susceptible de requerir un consumo de corriente en el sistema que genere ruidos de fondo no deseados, y sólo el dispositivo encargado de la intercomunicación basada en modulación de la corriente requerirá un volumen importante de consumo de corriente (cambiante).
Opcionalmente, la intercomunicación basada en modulación de la corriente podría ser utilizada en un sistema electrónico de detonación para impedir que todos los demás detonadores lleven a cabo tareas susceptibles de provocar un consumo de corriente de fondo no deseado durante la comunicación de un detonador específico. Para conseguirlo, el dispositivo maestro (ya sea una máquina detonadora o un registrador) mantiene en un nivel bajo el voltaje del sistema y en este caso, por ejemplo, pueden equiparse los demás detonadores con un circuito que les permita obtener cualquier nivel de corriente de funcionamiento necesario desde un condensador de acumulación en placa y no desde el bus del sistema (es decir, los diodos del puente rectificador de la interfaz de comunicaciones del circuito de detonación tienen polarización invertida cuando el voltaje del sistema es bajo, contrariamente a tener polarización directa cuando el voltaje del sistema es elevado). Esto podría conseguirse también permitiendo la intercomunicación mientras el voltaje del sistema se mantiene elevado, con el sistema y los detonadores configurados y/o programados de tal modo que se impida que los detonadores puedan llevar a cabo otras tareas susceptibles de provocar niveles de ruido de fondo molestos durante la intercomunicación de cualquier detonador.
La caracterización dinámica descrita en el presente invento podría obtenerse mediante supervisión continua del nivel de corriente de intercomunicación analógica en el sistema de detonadores electrónicos para garantizar que los bits digitales sean "0" (o "1").
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra una vista general del diseño de un sistema electrónico de detonación al que podría aplicarse el presente invento;
La figura 2 muestra una vista general del diseño de una configuración alternativa de dicho sistema electrónico de detonación;
La figura 3 muestra una vista en sección de un detonador preferente que podría utilizarse en el sistema electrónico de detonación de las figuras 1 y 2;
La figura 4 muestra una representación esquemática de los principales aspectos eléctricos del módulo de ignición electrónica (EIM) del detonador de la figura 3, incluyendo un circuito integrado específico para esta aplicación (ASIC);
La figura 5 muestra una representación esquemática del diseño preferente de un circuito para el ASIC de la figura 4;
La figura 6a muestra un diagrama de voltaje versus tiempo que ilustra un modelo preferente de comunicación basada en modulación del voltaje entre una máquina detonadora y uno o varios detonadores del sistema electrónico de detonación de las figuras 1 y 2;
La figura 6b muestra un diagrama de voltaje versus tiempo que ilustra un modelo preferente de comunicación basada en modulación del voltaje entre un registrador y uno o varios detonadores del sistema electrónico de detonación de las figuras 1 y 2;
La figura 7a muestra un diagrama de corriente versus tiempo que ilustra un modelo preferente de respuesta basada en modulación de la corriente entre un detonador y la máquina detonadora del sistema electrónico de detonación de las figuras 1 y 2;
La figura 7b muestra un diagrama de corriente versus tiempo que ilustra un modelo preferente de respuesta basada en modulación de la corriente entre uno o varios detonadores y el registrador del sistema electrónico de detonación de las figuras 1 y 2;
La figura 8 muestra un diagrama que ilustra la comunicación con un detonador y la respuesta del detonador a cualquier orden que genere una respuesta y que no sea la orden de detección automática del bus;
La figura 9 muestra un diagrama que ilustra la comunicación con un detonador y la respuesta del detonador a una orden de detección automática del bus;
Las figuras 10a, 10b, 10c y 10d muestran un diagrama de flujo que ilustra una secuencia lógica preferente para el funcionamiento del sistema electrónico de detonación de las figuras 1 y 2;
La figura 11 muestra un diagrama de flujo que ilustra una secuencia lógica preferente para el funcionamiento de un detonador que podría utilizarse en el sistema electrónico de detonación de las figuras 1 y 2, empezando en el momento en que el detonador recibe una orden de disparar;
La figura 12 muestra un diagrama de voltaje y corriente versus tiempo de un condensador de activación en un detonador como el de la figura 3, que incluye un proceso de carga regulado mediante voltaje de raíl a raíl, con corriente constante;
La figura 13a muestra una intercomunicación ideal basada en corriente y exenta de ruidos, similar a la de la figura 7a;
La figura 13b muestra una intercomunicación "desnivelada", como la que podría producir el ruido ambiental durante la utilización de un sistema de detonación;
La figura 13c muestra una intercomunicación irregular, como la que podría producir el ruido ambiental;
Las figuras 13d y 13e muestran huellas reales sobre el terreno de una intercomunicación irregular.
Descripción detallada de una forma de realización preferente
Para describir el presente invento en relación con los datos de una determinada forma de realización preferente, cabe observar que este invento podría utilizarse en un sistema electrónico compuesto por una red de dispositivos subordinados, por ejemplo, un sistema electrónico de detonación en el que los dispositivos subordinados fueran detonadores electrónicos. Según se representa en la figura 1, una forma de realización de dicho sistema electrónico de detonación podría incluir una serie de detonadores 20, un bus de dos líneas 18, alambres del detonador 19 incluyendo conectores para la conexión del detonador al bus 18, un registrador (que no se ilustra), y una máquina de detonación 40. Los detonadores 20 están conectados preferentemente a la máquina detonadora 40 en paralelo (como en la figura 1) o en otras configuraciones, incluyendo configuración en rama (como en la figura 2), en árbol, en estrella o incluso conexiones múltiples en paralelo. A continuación se describe una forma de realización preferente de un sistema electrónico de detonación, aunque los expertos en la técnica deducirán rápidamente que podrían utilizarse también otros sistemas o dispositivos y que el sistema concreto que se describe aquí podría adoptar muchas configuraciones, variaciones y modificaciones sin alterar necesariamente la naturaleza del ámbito del presente invento.
La máquina detonadora 40 y el registrador tendrían preferentemente, cada uno, un par de terminales aptos para recibir alambre de cobre desnudo (del bus), de un máximo de, por ejemplo, calibre 14. Los terminales del registrador podrían estar configurados también preferentemente para recibir alambres de acero del detonador (no sensibles a la polaridad), y el registrador debería disponer de una interfaz adecuada para conexión a la máquina detonadora 40. La máquina detonadora 40 y el registrador son aptos, preferentemente, para que pueda utilizarlos una persona equipada con la vestimenta que suele ser habitual en las operaciones de minería y detonación, por ejemplo guantes gruesos. La máquina detonadora 40 y el registrador serán preferentemente dispositivos portátiles alimentados con batería cuyo accionamiento requiera el uso de una contraseña y provistos de pantallas luminosas para la presentación de menús, instrucciones, reproducción de teclas y mensajes (incluidos los de error), según sea necesario. La máquina detonadora 40 dispondrá preferentemente de una tapa articulada y de controles e indicadores, incluyendo un sistema de bloqueo de la tecla de encendido, un teclado numérico con flechas arriba/abajo y un botón de "intro", una pantalla, un botón de preparación, pilotos luminosos y un botón de activación.
La máquina detonadora 40 y el registrador deberían estar preparados para funcionamiento fiable en la gama de temperaturas de funcionamiento que se indique y para resistir las temperaturas de almacenamiento que se indiquen, además de ser resistentes preferentemente al nitrato amónico y a los explosivos en emulsión de uso más habitual. La máquina detonadora 40 y el registrador serán también, preferentemente, lo suficientemente robustos como para resistir el tratamiento que suelen recibir estos aparatos durante las operaciones de minería o detonación, por ejemplo caídas, pisadas, etc., por lo que sus cajas serán sólidas, impermeables y resistentes a la corrosión, y herméticas para funcionar en cualquier condición climática. La máquina detonadora 40 y el registrador deberían cumplir con las normas aplicables de los documentos CEN, prCEN/TS 13763-27 (NMP 898/FABERG N 0090 D/E) E 2002-06-19 y los reglamentos estatales y del sector. En la medida realmente aplicable, el registrador estará fabricado preferentemente para que no pueda accionar ninguno de los detonadores eléctricos y electrónicos conocidos, y la máquina detonadora 40 no podrá accionar ninguno de los detonadores eléctricos conocidos ni ningún detonador electrónico conocido que no haya sido concebido para ser utilizado con la máquina detonadora 40. El sistema puede someterse a una prueba eléctrica inicial para determinar la posible utilización de un dispositivo de este tipo y garantizar que no se accionarán otros detonadores de forma involuntaria.
El bus 18 podría ser dúplex o de par trenzado y debería elegirse para una resistencia preseleccionada (por ejemplo, en la forma de realización que se describe en este documento, preferentemente de entre 30 y 75 ohmios por cada conductor). El extremo del bus 18 no tendrá derivación, pero el aislamiento del cable será lo bastante robusto como para minimizar las fugas a tierra y la dispersión de capacitancia e inductancia (por ejemplo, en la forma de realización descrita aquí, preferentemente menos de 100 mA de fuga para todo el bus, 50 pF/m de capacitancia dispersa conductor-conductor, y 1 \muH/m de inductancia dispersa conductor-conductor) en todas las condiciones posibles sobre el terreno.
Los alambres del detonador 19 y los contactos deberían elegirse con una resistencia preseleccionada medida desde el terminal del detonador hasta el conductor del detonador al bus (por ejemplo, en la forma de realización que se describe aquí, de 50 a 100 ohmios por conductor individual, más 25 ohmios por contacto del conector). Se reconoce que el conector específico entre el detonador y el bus que se utiliza podría limitar la elección del alambre del bus. Desde un punto de vista funcional, los detonadores 20 podrían conectarse en cualquier punto del bus 18, aunque deberán situarse, evidentemente, a una distancia segura de la máquina detonadora 40.
Tal y como se ilustra en la figura 3, un detonador 20 adecuado para ser utilizado en un sistema electrónico de detonación como el que se describe aquí podría comprender un módulo de ignición electrónico (EIM) 23, una carcasa 29, una carga 36 (preferentemente compuesta de una carga principal y una carga de base), alambres del detonador 19 y un enchufe 34 que pueda fijarse a presión a la abertura de la carcasa 29. El EIM 23 será preferentemente programable e incluirá un encendedor de ignición 28 y una placa de circuito a la que podrían conectarse varios componentes electrónicos. En la forma de realización que se describe aquí, el encendedor de ignición 28 es preferentemente un dispositivo hermético con sellado de vidrio-metal y un puente 27 cuya función es la de activar de forma fiable una carga contenida en el encendedor de ignición 28 al atravesar el puente 27 de electricidad con un nivel de voltaje predeterminado para "activarlo todo". El EIM 23 (incluyendo su electrónica y la totalidad o una parte de su encendedor de ignición 28) podría estar preferentemente moldeado dentro de un encapsulado 31 formando un único montaje con los terminales para su conexión a los alambres del detonador 19. Las solicitudes de patente estadounidenses del cesionario con números de serie 10/158.317 (en las páginas 5-8, figuras 1-5) y 10/158-318 (en las páginas 3-8, figuras 1-6), presentadas ambas el 29 de mayo de 2002, quedan incorporadas a la presente solicitud mediante esta referencia en lo referente a las explicaciones pertinentes relativas a la fabricación de dichos detonadores, más allá de la descripción que aquí se ofrece. Según se muestra en dichas solicitudes, un EIM 23 similar en términos generales al que se ilustra en la figura 3 puede fabricarse y manipularse como elemento independiente que podrá ser incorporado posteriormente por el usuario a su propio montaje de detonadores adaptado (incluyendo una carcasa 29 y una carga 36).
La placa del circuito del EIM 23 será preferentemente un microcontrolador o un dispositivo lógico programable o, más preferentemente aún, un chip de circuitos integrados específico para la aplicación (ASIC) 30. Asimismo, un condensador de filtrado 24, un condensador de almacenamiento 25, preferentemente de 3,3 a 10 \muF (para contener una carga y suministrar corriente al EIM 23 cuando el detonador 20 esté respondiendo a un dispositivo maestro, según se comentará más adelante), un condensador de activación 26 (preferentemente, de 47 a 374 \muF) (para contener una reserva de energía que se destinará a activar el detonador 20), componentes electrónicos adicionales y pastillas de contacto 22 para la conexión de los alambres del detonador 19 al encendedor de ignición 28. Asimismo, un conector de tierra de la carcasa 32 que sobresalga del encapsulado 31 para establecer contacto con la carcasa 29 y se conecte, por ejemplo, a una clavija metálica del ASIC 30 (descrito más adelante), conectándose a un circuito dentro del ASIC 30 (por ejemplo, una resistencia integrada controlada de silicona o un diodo) capaz de aportar protección contra las descargas electrostáticas, las radiofrecuencias y la radiación electromagnética que, de no evitarse, pudieran provocar daños o defectos de funcionamiento.
Haciendo referencia a la figura 4, ésta corresponde a una disposición electrónica esquemática preferente de un detonador 20 como el que se ilustra en la figura 3. El ASIC 30 es preferentemente un chip de señal mixta de dimensiones comprendidas entre 3 y 6 mm. Las clavijas 1 y 2 del ASIC 30 que se ilustra son entradas a los alambres del detonador 19 y, en consecuencia, al bus 18; la clavija 3 se utiliza para conexión al conector de tierra de la carcasa 32 y, en consecuencia, a la carcasa 29; la clavija 6 se conecta al condensador de activación 26 y al puente 27; la clavija 7 se conecta al condensador de filtrado 24; la clavija 10 se conecta al puente 27; la clavija 13 se conecta a tierra; y la clavija 14 se conecta al condensador de almacenamiento 25.
Haciendo referencia específicamente ahora a la figura 5, el ASIC 30 podría comprender preferentemente los módulos siguientes: corrección de polaridad, interfaz de comunicaciones, EEPROM, núcleo lógico digital, generador de referencia, control del condensador puente, detectores de nivel y FET del puente. Tal y como se ilustra, el módulo de corrección de la polaridad podría utilizar diodos rectificadores de polaridades intensas para convertir el voltaje de entrada (indistintamente de su polaridad) en un voltaje con la misma conexión a tierra que el resto del circuito del ASIC 30. La interfaz de comunicaciones, preferentemente, rectifica los voltajes recibidos de la máquina detonadora 40 para que sean compatibles con el núcleo digital del ASIC 30, además de conmutar y transmitir la corriente de intercomunicación (descrita más adelante) al puente rectificador (y a los cables del bus del sistema) dependiendo de cuál sea la salida del núcleo digital. El módulo EEPROM, preferentemente, almacena el ID de serie exclusivo, el tiempo de demora, los registros de los orificios y distintos valores analógicos de estabilización del ASIC 30. El núcleo lógico digital, preferentemente, contiene el procesador central que procesa los datos entrantes de la máquina detonadora 40 y la intercomunicación saliente a través de la interfaz de comunicaciones. Los generadores de referencia cubren preferentemente los voltajes regulados necesarios para activar el núcleo digital y el oscilador (a saber, 3,3 V) así como las porciones analógicas para cargar el condensador de activación 26 y descargar el MOFSET de activación. El control del condensador puente contiene preferentemente un generador de corriente constante para cargar el condensador de activación 26 y un MOFSET para descargar el condensador de activación 26 en los casos necesarios. Los detectores de nivel están conectados, preferentemente, al condensador de activación 26 para determinar, a partir de su voltaje, si se encuentra en estado cargado o descargado. Por último el MOFSET puente habilita, preferentemente, el paso de carga o corriente desde el condensador de activación 26 a través del puente 27 al accionarse forzando la conexión a
tierra.
Protocolo de comunicaciones
La comunicación de datos en un sistema como el que se ilustra en las figuras 1 y 2 podría constar preferentemente de un protocolo en serie de polaridad independiente con bus de dos cables entre los detonadores 20 y un registrador o una máquina detonadora 40. Las comunicaciones originadas en la máquina detonadora 40 podrían ser individuales (dirigidas únicamente a un detonador específico 20) o en modo de retransmisión, en el que todos los detonadores 20 recibirán la misma orden (normalmente órdenes de carga y de activación). El protocolo de comunicaciones es preferentemente en serie, incluye control de errores de redundancia cíclica (CRC) y bits de sincronización para ajuste temporal entre los detonadores 20. Se incluye también una orden para la detección automática de los detonadores 20 del bus 18 que, en otros casos, no se había incorporado a la máquina detonadora 40.
Cuando la máquina detonadora 40 y los detonadores 20 están conectados, el voltaje de estado inactivo se sitúa preferentemente en V_{B,H}. A continuación, los detonadores subordinados 20 obtienen preferentemente la alimentación necesaria del bus 18 durante el estado alto, en el que suministra energía a sus condensadores de almacenamiento 25. Las comunicaciones originadas en la máquina detonadora 40 o el registrador dirigidas a los ASIC 30 se basan en modulación del voltaje en impulsos según la velocidad de transmisión adecuada, que los ASIC 30 descifran a partir de los paquetes de datos asociados.
Tal y como se ilustra en las figuras 6a y 6b, el registrador puede utilizar distintos voltajes operativos, como V_{L,L} y V_{L,H},_{ }frente a los voltajes de la máquina detonadora 40, V_{B,L} y V_{B,H.} En la forma de realización que se describe aquí, los valores adecuados para V_{L,L} y V_{L,H} son de 1 a 3 V y de 5,5 a 14 V, respectivamente, mientras que los valores adecuados para V_{B,L} y V_{B,H} se sitúan entre 0 y 15 V y 28 V o superiores, respectivamente.
Además, un detonador 20 de un sistema como este podría utilizar preferentemente esta diferencia para detectar si está conectado a la máquina detonadora 40 o al registrador (es decir, si se encuentra en modo de registro o en modo de detonación), por ejemplo pasando al modo de registro cuando el voltaje sea inferior a un determinado valor (por ejemplo, 15 V) y al modo de detonación cuando se sitúe por encima de otro valor (por ejemplo, 17 V). Esta diferenciación permite al ASIC 30 del detonador 20, cuando se encuentra en modo de registro, activar preferentemente un MOFSET para descargar el condensador de activación 26 y/o inhabilitar su lógica de carga y/o de activación. La diferenciación por parte del detonador 20 se ve simplificada ventajosamente si no se produce solapamiento entre las gamas altas y bajas de la máquina detonadora 40 y el registrador, según se ilustra en las figuras 6a y 6b. (Cada una de estas figuras describe valores nominales para la gama alta y baja, pero es más preferible incluso que los valores máximos y mínimos aceptables para las gamas altas y bajas eviten también el solapamiento).
Por otro lado, en lugar de modulación del voltaje, la comunicación entre el ASIC 30 y la máquina detonadora 40 o el registrador se basa en modulación de la corriente ("intercomunicación de la corriente"), según se ilustra en las figuras 7a y 7b. Con modulación de la corriente, los ASIC 30 conmutan el volumen de corriente hacia el registrador (entre I_{L,L}, preferentemente 0 mA, e I_{L,H}, preferentemente en un valor mínimo de 0,1 mA, pero considerablemente inferior a I_{B,H}) o la máquina detonadora 40 (entre I_{B,L}, preferentemente 0 mA, e I_{B,H}, preferentemente en un valor mínimo de 5 mA, pero lo bastante elevado como para sobrecargar el sistema en caso de que respondan varios detonadores 20), que a continuación detectará y descifrará estos paquetes de impulsos de corriente para convertirlos en los datos asociados que se han enviado. Esta intercomunicación de corriente entre los detonadores y el dispositivo maestro puede llevarse a cabo cuando el voltaje del bus 18 es alto o bajo, pero en caso de realizarse con el voltaje del bus 18 alto, los ASIC 30 deberán recargar continuamente los condensadores de almacenamiento 25, lo que generará un consumo de corriente de fondo elevado (especialmente si hay varios detonadores 20 conectados al bus 18). Si el bus 18 se mantiene preferentemente bajo, sin embargo, los diodos del puente rectificador cambiarán de sentido y el ASIC 30 obtendrá la corriente operativa de los condensadores de almacenamiento 25 y no del bus 18, con el objetivo de mejorar la relación señal-ruido de la corriente de intercomunicación detectada en la máquina detonadora 40 o el registrador. De este modo, la intercomunicación de corriente tiene lugar preferentemente cuando el bus 18 se mantiene bajo. Para lograr la conmutación de la corriente por parte de los ASIC 30 pueden utilizarse varios métodos conocidos, como modulación del voltaje en una resistencia de detección, un bucle de retroalimentación de corriente en un amplificador operacional o incorporando inmersión de corriente, por ejemplo, un espejo de corriente.
Preferentemente con el voltaje del bus bajo, es posible y recomendable utilizar "caracterización dinámica" de la intercomunicación de corriente. Tal y como se ilustra en la figura 13a, con una intercomunicación de corriente libre de ruidos, los niveles altos ("1") y bajos ("0") de la intercomunicación generada por los detonadores están claramente definidos, y la máquina detonadora o el registrador diferencian con fiabilidad sus niveles digitales. Según se ilustra en las figuras 13b-e, sin embargo, en condiciones de ruido ambiental importante, como en el caso de interferencias eléctricas, EMI, EMC, rf, ESD y fugas regulares y dinámicas del cable, la corriente de intercomunicación podría verse afectada (presentando un incremento o un descenso regulares) o mostrar irregularidades, por lo que el dispositivo maestro podría no diferenciarla convenientemente en todos los casos. Para preservar mejor la integridad de la comunicación, el dispositivo maestro mide entonces la "caracterización" de la corriente de intercomunicación constantemente y compensa cualquier variación detectada.
Tal y como se describirá más adelante, las comunicaciones bidireccionales entre el dispositivo maestro y los dispositivos subordinados podrían utilizar preferentemente un protocolo que incluyera bits de sincronización (especialmente cuatro bits, a saber: 0101), tanto al principio del paquete de datos en serie como, preferentemente, también al final de cada "palabra" o "byte" de un paquete. La caracterización dinámica del presente invento mide, preferentemente, la corriente de los bits cero de estas porciones de sincronización y establece el valor obtenido como caracterización de la corriente de la porción que le sigue inmediatamente en la intercomunicación. Es más, esta "caracterización dinámica" se lleva a cabo preferentemente antes de cada palabra de datos u orden dentro del paquete en serie. Así, los niveles cero podrían medirse en puntos como los marcados con la letra "A" y/o "B" en las figuras 13b y 13c, idealmente midiéndose al menos en los bits de sincronización intermedios que preceden a cada palabra de datos en el paquete en serie (según se explica más adelante), incluyendo el punto B, de modo que la caracterización se corrige en un momento temporalmente muy próximo a la entrada de cada palabra de datos.
La caracterización dinámica se lleva a cabo preferentemente utilizando un algoritmo implementado en el dispositivo maestro, por ejemplo, mediante programación del microcontrolador o de dispositivos lógicos programables como FPGA o CPLD. El nivel de corriente cero de los bits de sincronización puede medirse utilizando técnicas habituales de conversión A/D, como conversores A/D o comparadores.
Organización de la comunicación de datos en serie (Línea de datos en serie)
En las comunicaciones entre los dispositivos maestros y los dispositivos subordinados, la interfaz de comunicaciones de datos en serie podría incluir preferentemente un paquete compuesto por un número variable o, preferentemente, fijo (preferentemente entre 10 y 20) de "bytes" o "palabras", cada uno preferentemente de doce bits de longitud, por ejemplo, con el bit más importante enviándose preferentemente en primer lugar. Dependiendo de la aplicación, podrían utilizarse opcionalmente palabras de otro tamaño y/o un número distinto de palabras dentro del paquete. Asimismo, también sería posible una estructura distinta del paquete para comunicaciones originadas en el dispositivo maestro, frente a las comunicaciones procedentes de los dispositivos subordinados.
La primera palabra del paquete, en la forma de realización que se describe, es preferentemente una palabra de sincronización inicial que puede estructurarse de tal forma que sus primeros tres bits sean cero, de modo que se reciba efectivamente como una palabra de nueve bits (por ejemplo, 101010101 o cualquier otra disposición adecuada).
Además de contener varios datos, según se describe más adelante, las palabras siguientes podrían también contener cada una, preferentemente, un número de bits (por ejemplo, cuatro bits al principio o al final de cada palabra) incluidos para permitir la re-sincronización en la zona media (obteniendo así una estructura de palabra como la de 0101_D7:D0 o D7:D0_0101, y disponiendo así de ocho bits que podrían ser utilizados para transmitir datos, o "bits de datos"). Los modelos preferentes de sincronización inicial y de re-sincronización se describen con mayor detalle más adelante, en los apartados correspondientes.
Otra de las palabras del paquete puede utilizarse para comunicar órdenes, por ejemplo según se describe más adelante en el correspondiente apartado.
Preferentemente, entre cinco y ocho bytes adicionales del paquete se utilizan para la identificación de la serie (ID de serie) de modo que pueda identificarse unívocamente cada detonador del sistema (según es deseable). Los bits de datos de los datos del ID de serie podrían constar preferentemente, al menos parcialmente, de datos como el número de revisión, el número de lote y el número de placa, a efectos de seguimiento. En las órdenes de retransmisión desde el dispositivo maestro, no es necesario que estas palabras incluyan el ID de serie de un detonador concreto, de modo que podrían contener valores arbitrarios o valores ficticios que podrían utilizarse para cualquier otro fin.
Las palabras adicionales del paquete se utilizan preferentemente para transmitir información sobre el tiempo de demora (registro) (e incluyen suficientes bits de datos como para especificar una gama útil de tiempos de demora, por ejemplo, en el contexto de un sistema electrónico de detonación, una demora máxima del orden de, digamos, un minuto) en incrementos convenientes, por ejemplo 1 ms en el contexto de un sistema electrónico de detonación. (Un valor cero suele considerarse preferentemente un error por defecto).
En la forma de realización que se describe aquí, una o más palabras adicionales del paquete se utilizan preferentemente para información de trabajo, que puede ser utilizada para definir identificación de los orificios detonadores (ID de orificios), comprendiendo dichas palabras suficientes bits de datos como para admitir el número máximo de ID de orificio deseables.
Una o más de las palabras adicionales del paquete se utilizan preferentemente para control de redundancia cíclica (por ejemplo, utilizando el algoritmo CRC-8 basado en el polinomio x^{8} + x^{2} + x + 1) o, de forma menos preferente, un control de paridad o un control de corrección de errores, por ejemplo utilizando código de Hamming. Preferentemente, ni la palabra de sincronización inicial ni los bits de sincronización se utilizan en el cálculo de CRC para transmisión ni para recepción.
Palabra de sincronización y bits de re-sincronización
En la forma de realización y la aplicación que se describen aquí, una gama preferente de posibles velocidades de comunicación estaría comprendida entre los 300 y los 9.600 baudios. En un paquete enviado por el dispositivo maestro, la palabra de sincronización inicial se utiliza para determinar la velocidad a la que el dispositivo subordinado recibe y procesa la palabra siguiente en el paquete enviado por el dispositivo maestro; de forma parecida, en un paquete enviado por el dispositivo subordinado, la palabra de sincronización inicial se utiliza para determinar la velocidad a la que el dispositivo maestro recibe y procesa la palabra siguiente procedente del dispositivo subordinado. Los primeros bits (un número suficiente para conseguir una sincronización relativamente precisa), pero no todos, de esta palabra de sincronización inicial son preferentemente discontinuos, para dejar tiempo al proceso y la determinación de la velocidad de comunicación antes de que se reciba la palabra siguiente. La sincronización puede conseguirse mediante, por ejemplo, el uso de un contador/temporizador que controle las transiciones en el nivel de voltaje (de bajo a alto o de alto a bajo), mientras que las velocidades de los bits discontinuos, preferentemente, se calculan en promedios. Durante la transmisión de las siguientes palabras del paquete, es decir, la "zona media", la re-sincronización se lleva a cabo preferentemente en el dispositivo receptor, siempre que se proporcionen segmentos de sincronización (por ejemplo, de 4 bits) en dichas palabras subsiguientes (preferentemente en cada una de ellas). De esta forma, puede asegurarse que la sincronización no se pierde durante la transferencia de un paquete. En caso de ser llamado, un dispositivo subordinado responderá, después de la transmisión de un paquete enviado por el dispositivo maestro, a la última velocidad aplicada a dicho paquete, que es preferentemente la de la última palabra del paquete. (Esta velocidad puede considerarse la velocidad de la palabra de sincronización inicial según fue desviada durante la transmisión del paquete -en una máquina de detonación electrónica, dicha desviación suele ser más pronunciada durante la comunicación entre el detonador y el registrador). En las figuras 8 y 9, se muestra una comunicación entre un dispositivo maestro y uno subordinado, así como la respuesta sincronizada del dispositivo subordinado.
Según se ilustra en la figura 8, el dispositivo podría configurarse y programarse preferentemente para iniciar una respuesta a órdenes que le han sido dirigidas individualmente antes de que transcurriera un tiempo predeterminado (después del final del extremo de seguimiento en la transferencia de entrada en serie) que incluyera el tiempo necesario para completar la transferencia de entrada, la configuración de la interfaz de serie para enviar la respuesta, y la porción inicial de la palabra de sincronización (por ejemplo, 000101010101). Preferentemente, el bus 18 debería forzarse (y mantenerse) en un valor bajo durante la espera de detección y procesamiento.
Palabra de orden
Los bits de datos de la palabra de orden enviada por el dispositivo maestro (la máquina detonadora o el registrador) en el paquete de comunicación en serie podría estar organizada preferentemente de tal modo que un bit se utilizara para indicar (por ejemplo, configurándose en un valor alto) que el dispositivo maestro se está comunicando, otro se utilizaría para indicar si está solicitando una lectura o una grabación, otro indicaría si la orden es de retransmisión o se dirige a un dispositivo único y los demás bits serían para transmitir una orden concreta. De forma parecida, los bits de datos de la palabra de orden enviada por el dispositivo subordinado (por ejemplo, un detonador) podrían estar organizados preferentemente de modo que un bit se utilizara para indicar que el dispositivo está respondiendo (por ejemplo configurándose alto), otro indicaría si se ha producido algún error de CRC, otro si se ha producido algún error en el dispositivo (por ejemplo, verificación de la carga) y los demás bits servirían para transmitir en segmentos discretos los "indicadores de estado".
Los bits de datos indicadores enviados por los dispositivos pueden utilizarse para mostrar el estado de la corriente de los dispositivos y se incluyen, preferentemente, en todas las respuestas de los dispositivos. Estos indicadores pueden distribuirse, por ejemplo, de modo que uno indique si el dispositivo ha sido detectado o no por el bus, otro indique si se encuentra cargado actualmente y otro más muestre si ha recibido alguna orden de activación. Un valor indicador de 1 (alto) podría significar así una respuesta afirmativa, mientras que uno en 0 (bajo) sería la negativa.
Entre algunas de las órdenes significativas más útiles de una máquina detonadora / registrador podrían incluirse preferentemente las siguientes: nueva lectura de detonador desconocido (de los parámetros del dispositivo); control de continuidad de detonador único (del puente del detonador); demora / información de trabajo del programa; detección automática del bus (detectados dispositivos no identificados); nueva lectura de detonador conocido; control de la continuidad (de los puentes de los detonadores); carga (condensadores de activación); verificación de carga; calibrado (temporizadores internos de los ASIC); verificación de calibrado; activación (inicia las secuencias que darán lugar a la activación de los detonadores); descarga; verificación de descarga, y descarga única. Según se explicará más adelante, algunas de estas órdenes son órdenes "retransmitidas" (enviadas con una identificación de serie arbitraria y sus pertinentes códigos CRC concomitantes) que sólo esperan una respuesta de cualquiera de los detonadores que no han sido identificados anteriormente o en los que se ha producido algún error, mientras que el resto se dirigen a un detonador específico identificado mediante su ID de serie. Las figuras 10a-d muestran diagramas de flujo de una secuencia lógica preferible referida a la forma en que dichas órdenes pueden utilizarse en el funcionamiento de un sistema electrónico de detonación, y en el apartado "Funcionamiento" se describen detalles específicos de la forma de realización preferente descrita en este documento.
Funcionamiento con un registrador
Durante su uso, los detonadores 20 se conectan preferentemente cada uno, de forma individual, a un registrador que, preferentemente, lee el ID de serie del detonador, efectúa un diagnóstico y relaciona el número de orificio con el ID de serie del detonador. En este punto, el operador puede programar si lo desea el tiempo de demora del detonador, suponiendo que no lo haya programado ya. Después de haber conectado un detonador 20 al registrador, el operador pone en marcha el registrador y especifica las órdenes de leer el ID de serie, llevar a cabo un diagnóstico y, en su caso, grabar un tiempo de demora. Después de leer el ID de serie, el registrador podría asignar un número de orificio secuencial y conservar un registro del número de orificio, del ID de serie y del tiempo de demora.
La secuencia descrita en el párrafo anterior puede conseguirse utilizando las órdenes mencionadas de nueva lectura de detonador desconocido y control de continuidad de detonador único y posiblemente la orden demora / información de trabajo del programa. A continuación se exponen los detalles más importantes de estas órdenes.
Nueva lectura de detonador desconocido
Al recibir esta orden, la máquina detonadora 40 o el registrador solicitan una nueva lectura del ID de serie, el tiempo de espera, la información de trabajo y los indicadores de estado (especialmente su estado de carga) de un único detonador 20 desconocido. El indicador de detección del bus no se configura mediante esta orden. (Como alternativa a esta orden, el registrador podría efectuar una versión de las órdenes de detección automática del bus y de nueva lectura de detonador conocido que se describen más adelante).
Control de continuidad de detonador único
Al recibir esta orden, el registrador solicita un control de la continuidad de un único detonador 20 cuyo ID de serie es conocido. El registrador (preferentemente) podría emitir esta orden antes de la programación (o reprogramación) del tiempo de demora para un detonador 20 específico. Respondiendo a esta orden, el ASIC 30 del detonador 20 provocará que se inicie un control de la continuidad en el puente 27. El control de la continuidad puede ser realizado satisfactoriamente, por ejemplo, por el ASIC 30 (en su voltaje operativo) provocando el paso de una corriente constante (por ejemplo de unos 27 \muA con un puente 27 nominal de 1,8 ohmios en la forma de realización que se describe aquí) a través del puente 27, mediante, por ejemplo, un conmutador MOFSET y midiendo el voltaje resultante a lo largo del puente 27 con, por ejemplo, un elemento A/D. La resistencia global del puente 27 puede calcularse entonces a partir de la caída en ohmios del puente 27 y la corriente constante utilizada. Si la resistencia calculada es superior a una gama de valores umbral (por ejemplo, en la forma de realización que se describe aquí, una gama de entre 30 y 60 kiloohmios), el puente 27 se considera abierto, es decir, que no presenta continuidad. En caso de que se detecte este error, el detonador 20 responderá con el correspondiente código de error (es decir, con la anomalía en el control de la continuidad indicada por el respectivo bit de datos de la palabra de orden).
Demora / información de trabajo del programa
Mediante esta orden, si el detonador 20 no ha sido programado ya con un tiempo de demora o si se desea utilizar un nuevo tiempo de demora, el operador podrá programar el detonador 20 convenientemente. Al recibir esta orden, la máquina detonadora 40 o el registrador solicitan que se grabe la información de demora y de trabajo para un único detonador 20 cuyo ID de serie es conocido. Esta orden también establece, preferentemente, en un valor elevado el indicador de detección del bus (indicado por el bit de datos correspondiente de la palabra de orden).
Funcionamiento con una máquina detonadora
Después de que el registrador haya procesado de esta forma todos o algunos de los detonadores 20, éstos se conectan al bus 18. Pueden conectarse varios detonadores 20, dependiendo de la especificidad del sistema (por ejemplo, hasta un total de mil o más en la forma de realización específica que se describe aquí). El operador, a continuación, pone en marcha la máquina detonadora 40, que a su vez inicia una comprobación de la presencia de detonadores incompatibles y de fugas, y a la que preferentemente podría solicitársele una contraseña para seguir adelante. El registrador se conecta entonces a la máquina detonadora 40 y se emite una orden para transferir la información registrada (a saber, número de orificio, ID de serie y tiempo de demora para todos los detonadores registrados); la máquina detonadora 40 genera una confirmación tras haber recibido esta información. (Aunque se utiliza en la forma de realización preferente, no es necesario el uso de un registrador independiente para registrar los detonadores 20, y sería posible configurar un sistema en el que la máquina detonadora 40 registrara los detonadores 20, por ejemplo utilizando la orden de detección automática del bus u otros medios para proporcionar la información necesaria a la máquina detonadora 40 y/o llevar a cabo otras de las funciones que suelen asociarse con el registrador, como las que se han descrito anteriormente).
La máquina detonadora 40 podría programarse preferentemente para solicitar entonces al operador que ordenara un control de diagnóstico del sistema antes de continuar preparando los detonadores 20, o para llevar a cabo dicha comprobación automáticamente. Esta orden provoca que la máquina detonadora 40 compruebe y lleve a cabo un diagnóstico para cada uno de los detonadores 20 previsto y que informe sobre cualquier error que pudiera solucionarse antes de hacer efectiva la activación. La máquina detonadora 40 y/o los ASIC 30 se programan también preferentemente para que el operador pueda asimismo programarlos o cambiar el tiempo de demora de algunos detonadores 20 específicos, según sea necesario.
La máquina detonadora 40 y/o los ASIC 30 están programados preferentemente para permitir que el operador arme los detonadores 20, es decir, para que emita la orden de carga (y los ASIC 30 reciban esta orden) una vez comprobado que no hay errores, lo que provoca la carga y la activación de los condensadores 26. De forma parecida, la máquina detonadora 40 y/o los ASIC 30 están programados preferentemente para permitir que el operador emita la orden de activación (y los ASIC 30 reciban esta orden) una vez que los condensadores 26 están cargados y calibrados. La máquina detonadora 40 y/o los ASIC 30 están programados también preferentemente para que, en caso de que no se emita la orden de activación durante un período determinado (por ejemplo, 100 segundos), los condensadores de activación 26 se descarguen y el operador deba reiniciar la secuencia en caso de que siga queriendo activarlos.
La máquina detonadora 40 está programada también preferentemente para que, tras haber sido preparada, se enciende un piloto luminoso indicando que está preparada (por ejemplo, rojo) y a continuación, una vez cargados efectivamente los detonadores 20, dicho indicador luminoso cambie de color (por ejemplo, a verde) o se encienda un indicador diferente para señalar que el sistema está listo para ser activado. La máquina detonadora 40 está también programada preferentemente para que el usuario deba activar simultáneamente dos botones distintos, el de preparación y el de activación, hasta que se produzca la activación o hasta que los condensadores de activación 26 se hayan descargado y el operador deba reiniciar la secuencia para lograr la activación.
La secuencia descrita puede llevarse a cabo satisfactoriamente con órdenes distintas de las anteriores, según se explica a continuación.
Detección automática del bus
Esta orden permite que la máquina detonadora 40 detecte cualquier detonador 20 desconocido (es decir, no registrado) que se encuentre conectado al bus 18, lo que obliga a los detonadores a responder con su ID de serie, datos de demora, datos de trabajo y parámetros actuales del indicador de estado. La máquina detonadora 40 y el ASIC 30 podrían estar configurados y programados preferentemente de tal modo que esta orden se desarrollara de la forma siguiente:
1. La máquina detonadora 40 retransmite el paquete de órdenes de detección automática del bus en el bus 18. Todos los detonadores 20 que reciben la orden y no han sido detectados anteriormente en el bus 18 (según lo indiquen sus respectivos parámetros de indicador de estado de detección del bus) calculan un valor "temporizador" que correlaciona sus ID de serie y/o información de tiempo de demora y, a continuación, entran un estado de espera. El valor de temporizador correlacionado puede calcularse, por ejemplo, a partir de un número de 11 bits obtenido al combinar el CRC-8 del ID de serie con bits de datos seleccionados (es decir, 8 bits) de la palabra de registro de demora del paquete de órdenes de detección automática del bus, de modo que se obtenga un tiempo adecuado entre cada posible valor de temporizador para iniciar una respuesta (incluyendo cualquier demora según se describe más adelante) por parte de un detonador 20 correspondiente.
2. La máquina detonadora 40 empieza entonces a emitir una secuencia "temporizador" en el bus 18 que se prolonga (salvo que se detenga o sea abortada como se describe más adelante) hasta alcanzar un número que se correlacione con el ID de serie más elevado de los detonadores del sistema (por ejemplo, utilizando el número de 11 bits descrito anteriormente, podría haber 2.048 valores de temporizador posibles). Debe esperarse un tiempo entre el final del paquete de órdenes de detección automática del bus y la emisión de un temporizador que se correlacione con el primer ID de serie posible, para permitir que los ASIC 30 calculen los valores de temporizador que se correlacionan con sus ID de serie. Para ello, puede incluirse un tiempo de demora (por ejemplo, 10 \mus en la forma de realización que se describe aquí) entre el final del paquete de la orden de detección y la porción delantera de la primera transición del temporizador. Para permitir la intercomunicación de corriente (según se describe en muchos otros puntos de este documento), será preferible mantener el bus 18 en valores bajos durante este tiempo, aunque podría opcionalmente mantenerse en valores altos.
3. Cuando se alcanza el valor de temporizador de un determinado detonador 20 no registrado, el ASIC 30 de dicho detonador 20 responde. En la forma de realización que se describe aquí, se deja pasar un tiempo (durante el cual el bus 18 se mantiene en un valor alto o bajo, preferentemente bajo) para permitir que se inicie una respuesta que se verá demorada durante un período predeterminado según se ilustra en la figura 9. El sistema podría configurarse preferentemente de modo que si el bus 18 no se fuerza a un valor bajo antes de un período de tiempo asignado (por ejemplo, 4.096 ms), se aborte el proceso de detección.
4. Al detectar una respuesta de uno o más detonadores 20, la máquina detonadora 40 detiene la secuencia de temporizador y mantiene el bus (preferentemente bajo) hasta recibir todo el paquete de respuesta, momento en que se reanudará la secuencia de temporizador. Opcionalmente, podría permitirse el tiempo adecuado para la transmisión de un paquete completo entre la continuación de cada valor de temporizador correlacionado con un ID de serie posible, aunque esto resultaría más lento. La máquina detonadora 40 registra al menos el ID de serie (y opcionalmente también los parámetros del dispositivo) de cualquier detonador 20 que responda. Si más de un ASIC 30 empieza a responder de forma simultánea, la máquina detonadora 40 hará caso omiso preferentemente de estas respuestas y reanudará preferentemente la secuencia de temporizador, tal y como lo habría hecho de no haber sido así.
5. El proceso que se inicia con el paquete de órdenes de detección automática del bus se repite entonces utilizando un tiempo de espera distinto u otros ID de serie ficticios, hasta que dejan de responder detonadores 20 no registrados (es decir, hasta haber agotado una secuencia completa de temporizador sin que respondiera ningún dispositivo) y en este momento se entiende que todos los detonadores 20 conectados al bus 18 están identificados.
6. Cuando se completa la secuencia de detección automática del bus, la máquina detonadora 40 envía (siguiendo cualquier orden elegido, por ejemplo el del ID de serie) la orden de nueva lectura de detonador conocido (que se describe a continuación) a cada detonador 20 individual conocido, es decir, a todos los que han respondido a la orden de detección automática del bus, así como a todos aquellos a los que el registrador había identificado inicialmente para la máquina detonadora 40.
Nueva lectura de detonador conocido
Al recibir esta orden, la máquina detonadora 40 o el registrador solicitan una nueva lectura de un solo detonador 20 cuyo ID de serie es conocido. Respondiendo a esta orden, el detonador 20 proporciona entonces sus ID de serie, tiempo de espera, información de trabajo e indicadores de estado (lo que incluye en especial su estado de carga). Esta orden establece preferentemente el indicador de detección del bus en un valor alto, para que el dispositivo deje de responder a la orden de detección automática del bus.
Control de la continuidad
El sistema debería configurarse de modo que se solicite la emisión de esta orden para poder emitir seguidamente la orden de carga (que se describe a continuación). Al recibir esta orden, la máquina detonadora 40 retransmite una petición a todos los detonadores 20 conectados al bus 18 para que efectúen un control de la continuidad. Como respuesta, cada ASIC 30 de los detonadores 20 lleva a cabo un control de la continuidad en el puente 27, de la forma que se ha descrito anteriormente en relación con el control de continuidad de un detonador único para un determinado detonador 20.
Carga
Al recibir esta orden, la máquina detonadora 40 solicita cargar todos los detonadores 20 conectados al bus 18. Después de cargar cada uno de los detonadores 20, su indicador de estado de carga quedará establecido en un valor alto. Los detonadores 20 sólo responden a la máquina detonadora 40 si se producen errores (por ejemplo, un error de CRC, un indicador de detección del bus que no sea un valor alto o, en caso de utilizar carga escalonada según se describe más adelante, si el registrador de trabajo se encuentra en cero), en cuyo caso la respuesta incluye el correspondiente código de error.
En caso de que un número elevado de detonadores 20 esté conectados al bus 18, la carga debería realizarse preferentemente de forma escalonada para que los detonadores 20 se carguen cada uno en diferentes momentos, por ejemplo en las fases siguientes:
1. La máquina detonadora 40 retransmite la orden de carga en el bus 18.
2. La máquina detonadora 40 empieza entonces a emitir una secuencia de temporizador en una frecuencia temporal seleccionada en el bus 18, y esta secuencia prosigue hasta alcanzar un determinado número máximo correspondiente al número máximo del registro de trabajo, por ejemplo 4.096.
3. Cuando el número de temporizadores alcanza una cifra programada en el registro de trabajo de un detonador 20 específico, dicho detonador 20 se carga. Los detonadores 20 pueden tener valores de trabajo exclusivos o pueden agruparse por números de trabajo conectados en paralelo (de, por ejemplo, 2 a 100) que se cargan simultáneamente. La frecuencia de temporización debería sincronizarse y los valores de trabajo de los detonadores establecerse secuencialmente de modo que pueda garantizarse que va a concederse un tiempo de carga mínimo individual necesario (es decir, sin solapamiento) para cada detonador 20 o detonadores 20 en paralelo, lo que puede conseguirse de varias formas distintas (por ejemplo, utilizar números de trabajo del tipo 1, 2, 3... con una determinada frecuencia de temporización provoca el mismo efecto que utilizar números de trabajo del tipo 2, 4, 6... con una frecuencia de temporización el doble de rápida). Cuando se recibe el temporizador correspondiente al detonador 20, el ASIC 30 empieza a cargar el condensador de activación 26 (véase la figura 5) hasta que el voltaje del condensador alcanza un umbral de carga predeterminado, punto en el que se mantendrá la carga-tope del condensador de activación 26.
4. Si no se alcanza el umbral de voltaje del condensador dentro de una gama deseable especificada (por ejemplo, en la presente forma de realización, de entre 1,048 s y 8,39 s después de que el ASIC 30 haya empezado a cargar el condensador de activación 26) entonces el ASIC 30 considerará que se ha excedido el tiempo asignado y establecerá el indicador de estado de la carga en un valor bajo (aunque no necesariamente estará programado para enviar una respuesta comunicando el error en ese momento, presuponiendo que va a utilizarse la orden de verificación de carga que se describe más adelante).
5. El proceso de carga finaliza cuando el bus 18 se mantiene en un valor bajo durante más tiempo del especificado por un período de tiempo excedido predeterminado (por ejemplo, 4.096 ms).
De esta forma, el tiempo mínimo necesario para cargar una red de detonadores de forma escalonada es igual a multiplicar el tiempo de carga deseado para el condensador individual (o bancos en paralelo) (que, a su vez, depende del proceso de carga específico que se utilice y del tamaño del condensador de activación 26) por el número de detonadores 20 (o bancos en paralelo). Así, por ejemplo, en la presente forma de realización, serían deseables unos 3 s por condensador, con un sistema que incluyera 100 detonadores o bancos de detonadores en paralelo en el que se utilizara el proceso de regulación de al corriente constante descrito aquí, lo que daría como resultado un tiempo de carga total de 300 s. Opcionalmente, la sincronización de la carga puede controlarse utilizando una amplia gama de valores de trabajo, por ejemplo sincronización en un determinado número de impulsos (en cuyo caso todos los detonadores con valores de trabajo por encima de este número de impulsos se cargarán), con una pausa momentánea en la sincronización para permitir que estos detonadores se carguen adecuadamente hasta su plena capacidad antes de emitir otros impulsos de sincronización, marcando una pausa y reanudando de nuevo el proceso si se desea, etcétera.
En el nivel de los dispositivos, la electricidad suministrada a cada condensador de activación 26 durante la carga podría enviarse preferentemente a través de un proceso de carga regulado mediante voltaje de raíl a raíl, con corriente constante, según se ilustra en la figura 12. En un proceso de carga como este, el consumo de corriente se mantiene constante en un volumen relativamente bajo (por ejemplo en 1 mA), mientras que el voltaje se incrementa linealmente en el tiempo hasta un "voltaje de raíl a raíl" (que es el voltaje regulador que, a su vez, es elegido adecuadamente junto con la capacitancia del condensador de activación 16 y la energía de activación del puente 27), después de lo cual el voltaje se mantiene constante en el voltaje de raíl a raíl y el consumo de corriente disminuye rápidamente en consecuencia. Este tipo de regulación de la carga, conocido por ejemplo en el sector de los cargadores de baterías de ordenadores de sobremesa, podría hacerse efectivo utilizando distintos medios, por ejemplo un espejo de corriente con dos transistores bipolares, o MOSFET, una fuente-puerta de voltaje fija en un JFET o un MOSFET, o con retroalimentación de la corriente utilizando un amplificador operacional o comparador.
Verificación de la carga
Al recibir esta orden, la máquina detonadora 40 retransmite una petición a todos los detonadores 20 del bus 18 para verificar que han sido cargados. Si un ASIC 30 no ha sido cargado (según refleje su parámetro de indicador de estado de carga, en virtud del procedimiento de carga descrito anteriormente) o si tiene un error de CRC, entonces responderá inmediatamente con el código de error correspondiente y cualquier otra información, incluyendo sus indicadores de estado. La orden de verificación de la carga también puede proporcionar de forma efectiva una comprobación de la capacitancia adecuada del condensador de activación 26 si se utiliza un tiempo de carga en una cierta gama, según se ha descrito anteriormente en relación con el proceso de carga, y sus límites se definen respectivamente para que se correspondan con el tiempo necesario (utilizando el proceso de carga seleccionado) para cargar un condensador de activación 26 utilizando los límites superior e inferior de la capacitancia aceptable. Así, por ejemplo, en la forma de realización descrita aquí, al utilizar una carga limitada de voltaje de raíl a raíl con corriente constante (1 mA), un condensador de 47 \muF acumula una carga nominal de 25 V en 1,2 s, y una gama de entre 0,5 y 3 s se corresponde con unos límites de capacitancia máxima/mínima aceptables (es decir, de entre 20 y 100 \muF), o un condensador de 374 \muF acumula una carga nominal de 25 V en 9,4 s, y una gama de entre 6,25 y 12,5 s se corresponde con unos límites de capacitancia máxima/mínima aceptables (es decir, de entre 250 y 500 \muF). Si la máquina detonadora 40 recibe un mensaje de error respondiendo a esta orden, puede volver a retransmitir la orden de carga y terminar la secuencia u, opcionalmente, podría haberse configurado y programado para permitir el diagnóstico individual y la carga individual de cualquier detonador 20 específico que respondiera con errores.
Calibrado
Cada uno de los detonadores 20 contiene un oscilador interno (véase la figura 5), que se utiliza para controlar y medir la duración de cualesquiera demoras o períodos de tiempo generados o recibidos por el detonador 20. Se desconoce la frecuencia exacta del oscilador de un detonador 20 determinado, y puede variar con la temperatura. Con el fin de obtener una temporización repetible y precisa para la detonación, es necesario compensar esta variación. En la presente forma de realización, esto se consigue pidiendo al detonador 20 que mida (en términos de frecuencia de su propio oscilador) la duración de un impulso de calibración fijo, NOM (preferentemente, por ejemplo, de entre 0,5 y 5 s en una forma de realización como la que se describe aquí), generado por la máquina detonadora 40 utilizando su oscilador interno como referencia. En la presente forma de realización, el detonador 20 utiliza entonces la duración del impulso medido, CC, para calcular la demora de la activación en términos de recuentos del oscilador mediante la fórmula siguiente: recuentos = DLY* (CC/NOM), donde DLY es el valor del registro de demora. (En la presente forma de realización, se presupone que la temperatura del detonador 20 se ha estabilizado o ha cambiado de forma insignificante en el momento en que se produce la detonación real).
Mediante la orden de calibrado (cuyos bytes de dirección pueden contener datos arbitrarios), la máquina detonadora 40 retransmite una petición para que se calibren todos los detonadores 20 del bus 18. Un detonador 20 sólo responde a la orden de calibrado si se ha producido un error (por ejemplo, un error de CRC o si los indicadores de detección del bus o de estado de la carga no son valores elevados), en cuyo caso la respuesta incluye el correspondiente código error. En caso de que no se produzcan errores, inmediatamente después de recibir el paquete de calibración, el detonador 20 esperará a que el bus 18 se fuerce hasta un valor alto durante un período determinado (por ejemplo, el mismo período descrito anteriormente como NOM), y en este punto el ASIC 30 empezará a contar en su frecuencia de oscilación hasta que el bus 18 sea forzado de nuevo a un valor bajo para terminar la secuencia de calibración. El número de recuentos contados por el ASIC 30 durante este período determinado se almacena entonces en el registro de calibración del detonador (y más tarde será utilizado por el ASIC 30 para determinar los valores de cuenta atrás) y el indicador de calibración se sitúa en un valor alto. Al forzar el bus 18 en un valor bajo finaliza la secuencia de la orden de calibración, y el extremo ascendente de la siguiente transición a un valor elevado en el bus 18 se identifica entonces como el inicio de una nueva orden.
Verificación del calibrado
Al recibir esta orden, la máquina detonadora 40 retransmite una petición para verificar la calibración de todos los detonadores 20 del bus 18. Como respuesta, cada detonador 20 comprueba que el valor de su registro de calibración se encuentre en una determinada gama (por ejemplo, en la forma de realización descrita aquí, +/- 40%) del valor correspondiente al número ideal o nominal de ciclos del oscilador que podrían producirse durante el período NOM. Un detonador 20 sólo responde si el valor de calibración se sitúa fuera del rango o si se produce cualquier otro error (por ejemplo, un error CRC o si los indicadores de detección del bus, de carga o de estado del calibrado no se sitúan en valores altos), en cuyo caso la respuesta incluye el correspondiente código de error.
Activación
Al recibir esta orden, la máquina detonadora 40 retransmite una petición para activar todos los detonadores 20 del bus 18. Un detonador 20 sólo responderá a esta orden si se produce algún error (por ejemplo, un error de CRC o si los indicadores de detección del bus, de carga o de estado del calibrado no se sitúan en valores altos, o si el registro de demora se encuentra en cero), en cuyo caso la respuesta incluye el correspondiente código de error. En caso contrario, como respuesta a esta orden, el ASIC 30 de cada detonador 20 inicia una cuenta atrás / secuencia de activación y sitúa el indicador de activación en un valor alto. La máquina detonadora 40 y el registrador y/o ASIC 30 podrían configurarse y programarse ventajosamente de modo que este proceso se desarrollara de la forma siguiente (véase también la figura 11):
1. Al recibir la orden de activación, si se producen errores de CRC o de procedimiento y el ASIC 30 no ha recibido efectivamente todavía la orden de activación, entonces el dispositivo responde inmediatamente con el código de error adecuado. (En cuyo caso, según se ilustra en la figura 10d, la máquina detonadora 40 responde preferentemente retransmitiendo una orden de descarga a todos los detonadores 20; opcionalmente, podría estar diseñada para permitir el diagnóstico y la corrección individuales de cualquier detonador 20 que responda con un error, o podría emitir otras órdenes de activación según se describe en el paso 3 siguiente). Si no se producen errores, el ASIC 30 iniciará la "cuenta atrás previa a la activación", cuyo tiempo de demora se programa con la información de demora del paquete que transmite la orden de activación. Así, por ejemplo, dos bits de un byte del registro de demora pueden corresponderse con cuatro demoras diferentes de la cuenta atrás previa a la activación basadas en la secuencia de calibración precedente y modificadas, por ejemplo, un valor de 1-1 corresponderá a una demora de 4,096 s, 1-0 a una demora de 2,048 s, 0-1 a una demora de 1,024 s y 0-0 a una demora de 0,512 s.
2. En cualquier momento durante el recuento de la cuenta atrás previa a la activación, el detonador 20 puede recibir una orden de descarga o de descarga única, y otra orden de activación. Si se vuelve a enviar la orden de activación, entonces el ASIC 30 verifica que no se hayan producido errores de CRC. Si se detecta un error de CRC, entonces se ignorará la nueva orden de activación y proseguirá el recuento de cuenta atrás previa a la activación que estuviera en curso. Si no se detectan errores de CRC, entonces el ASIC 30 restaura su valor de cuenta atrás previa a la activación en el valor determinado por el registro de demora del nuevo paquete de la orden de activación, e inicia una nueva cuenta atrás previa a la activación basándose en el nuevo valor de demora. Dependiendo del valor de demora inicial de la cuenta atrás previa a la activación, podrá ser posible, y es algo preferible, enviar la orden de activación varias veces adicionales (en la forma de realización que se describe aquí, tres veces) antes de que expire la cuenta atrás previa a la activación.
3. Si no se envía la orden de descarga antes de que expire la cuenta atrás previa a la activación, el ASIC 30 comprobará que el voltaje del bus 18 supere un valor de umbral absoluto mínimo. Si no lo hace, entonces el detonador 20 se descargará automáticamente; de lo contrario, se inicia una "cuenta atrás de activación final" y la interfaz de comunicaciones del detonador 20 se inhabilita, preferentemente, de modo que no puedan recibirse otras órdenes. El tiempo de la cuenta atrás de activación final se determina preferentemente a partir de la calibración descrita anteriormente y se programa un valor de demora en el registro de demora del ASIC 30. AL finalizar la cuenta atrás de este tiempo de cuenta atrás de activación final, el ASIC 30 provoca que el condensador de activación 26 se descargue a través del puente 27, lo que se traduce en una detonación.
Se ha descubierto que un sistema construido de acuerdo con los detalles preferentes especificados aquí, con una red total de hasta mil detonadores 20 o más conectados a la máquina detonadora 40, puede proporcionar con fiabilidad una precisión de demora de temporización de más de 80 ppm (por ejemplo, de 0,8 ms con demora de 10 s).
Descarga
Al recibir esta orden, la máquina detonadora 40 retransmite la petición de descargar todos los detonadores 20 del bus 18. Un detonador 20 sólo responde a esta orden si se ha producido un error CRC, en cuyo caso la respuesta incluye el correspondiente código de error (la orden de descarga no es obedecida en este caso). En caso contrario, respondiendo a esta orden, el ASIC 30 de cada detonador 20 detiene cualquier cuenta atrás de activación que pudiera encontrarse en curso, y provoca la descarga del condensador de activación 26.
Verificación de descarga
Al recibir esta orden, la máquina detonadora 40 retransmite una petición para verificar la descarga de todos los detonadores 20 del bus 18. Como respuesta, el ASIC 30 de cada detonador 20 verifica que el condensador de activación 26 se descargue, respondiendo únicamente si se ha detectado un error de verificación o de CRC (por ejemplo, un error de CRC o unos indicadores de detección del bus, de carga o de estado de calibración que no sean altos), en cuyo caso la respuesta incluye el correspondiente código de error.
Descarga única
Esta orden es la misma que la orden de descarga comentada anteriormente, con la diferencia de que requiere un ID de serie correcto para un detonador 20 específico del bus 18, cuyo detonador responde con su ID de serie, información de demora y de trabajo, indicadores de estado y cualesquiera códigos de error.
Los expertos en la técnica sabrán identificar que el sistema particular descrito aquí se presta a muchas adiciones y modificaciones. Así, por ejemplo, no todas las órdenes descritas anteriormente serían estrictamente necesarias, y podrían combinarse, separarse o modificarse de cualquier otra forma, en muchas modalidades posibles, además de poder añadirse muchas órdenes adicionales. A título de mero ejemplo, entre muchos posibles, podría introducirse una orden que borrara todos los indicadores de detección de los detonadores 20 del bus 18, para permitir la restauración del proceso de detección del bus, o podría introducirse una orden que permitiera la carga individual y/o la verificación de la carga de ciertos detonadores 20 seleccionados, etc.
Aunque el presente invento se ha descrito en el contexto de una forma de realización preferente específica, los expertos en la técnica sabrán descubrir que también son posibles muchas otras variaciones, modificaciones y otras aplicaciones sin apartarse del ámbito del presente invento. Así, por ejemplo, el presente invento puede utilizarse también en aplicaciones militares, aeroespaciales y de automoción. En términos más generales, el invento podría utilizarse en redes inalámbricas de banda muy ancha, en redes de área local o amplia con cable y en comunicaciones entre microcontroladores o microprocesadores o dispositivos lógicos y periféricos. Así, la descripción detallada anterior de una forma de realización preferente no pretende en ningún caso limitar el invento, que sólo podrá entenderse limitado por las siguientes reivindicaciones y sus equivalentes legales.

Claims (20)

1. Un método de caracterización dinámica de las comunicaciones basadas en modulación de la corriente consistente en las fases siguientes: a) establecimiento de un sistema de conexión eléctrica que incluye un dispositivo maestro (40) y al menos un dispositivo subordinado (20) que se comunica con el dispositivo maestro utilizando intercomunicación basada en modulación de la corriente; caracterizándose dicho método por b) provocar que dicho dispositivo maestro mida periódicamente el nivel de caracterización de la corriente de intercomunicación; y c) provocar que dicho dispositivo maestro en adelante reciba la intercomunicación compensada con arreglo a dicho nivel de caracterización medido para la corriente de intercomunicación.
2. El método descrito en la reivindicación 1, en el que dicho sistema de conexión eléctrica incluye un bus preparado para alto voltaje y bajo voltaje, y dicha intercomunicación basada en modulación de la corriente se lleva a cabo mientras el dispositivo maestro mantiene dicho bus en dicho voltaje bajo.
3. El método descrito en la reivindicación 1, en el que la fase b) incluye la fase de medición de un nivel de caracterización del valor digital bajo de dicha intercomunicación.
4. El método descrito en la reivindicación 3, en el que dicho sistema de conexión eléctrica incluye un bus preparado para alto voltaje y bajo voltaje, y dicha intercomunicación basada en modulación de la corriente se produce mientras dicho dispositivo maestro mantiene dicho bus en dicho voltaje bajo.
5. El método descrito en la reivindicación 1, en el que dicha intercomunicación basada en modulación de la corriente incluye un paquete en serie formado por varias órdenes / palabras de datos, y la medición de la fase b) se lleva a cabo al menos una vez para cada orden / palabra de datos.
6. El método descrito en la reivindicación 1, en el que dicha intercomunicación basada en modulación de la corriente incluye un paquete en serie que comprende varios bits de sincronización, y la medición de la fase b) se lleva a cabo en uno o varios de dichos bits de sincronización.
7. El método descrito en la reivindicación 5, en el que dicha intercomunicación basada en modulación de la corriente incluye un paquete en serie en el que cada orden / palabra de datos contiene una secuencia de sincronización de cuatro bits "0101" y la medición de la fase b) se lleva a cabo en una o más de dichas secuencias de sincroni-
zación.
8. Un sistema de conexión eléctrica para caracterización dinámica de la comunicación basada en modulación de la corriente que consta de: a) un dispositivo maestro (40); y b) al menos un dispositivo subordinado (20) configurado y/o programado para transmitir datos a dicho dispositivo maestro mediante intercomunicación basada en modulación de la corriente; caracterizándose por el hecho de que el sistema está configurado y/o programado de tal forma que el dispositivo maestro mide periódicamente un nivel de caracterización de la corriente de intercomunicación y, en adelante, recibe intercomunicación compensada según dicho nivel de caracterización medido.
9. El sistema descrito en la reivindicación 8, que incluye además un bus preparado para voltaje alto y voltaje bajo, en el que dicho dispositivo subordinado está configurado y/o programado para transmitir datos al dispositivo maestro a través de intercomunicación basada en modulación de la corriente, mientras que dicho dispositivo maestro mantiene dicho bus y dicho voltaje bajos.
10. El sistema descrito en la reivindicación 8, en el que el sistema está configurado y/o programado de tal modo que el dispositivo maestro mide periódicamente un nivel de caracterización del valor bajo digital de la corriente de intercomunicación.
11. El sistema descrito en la reivindicación 10, que incluye además un bus preparado para alto voltaje y bajo voltaje, en el que dicho dispositivo subordinado está configurado y/o programado para transmitir datos a dicho dispositivo maestro mediante intercomunicación basada en modulación de la corriente, mientras dicho dispositivo maestro mantiene dicho bus en un voltaje bajo.
12. El sistema descrito en la reivindicación 8, en el que dicha intercomunicación basada en modulación de la corriente incluye un paquete en serie formado por varias órdenes / palabras de datos, y en el que el sistema está configurado y/o programado de tal modo que dicho dispositivo maestro lleva a cabo una medición periódica de la caracterización al menos una vez para cada orden / palabra de datos.
13. El sistema descrito en la reivindicación 8, en el que dicha intercomunicación basada en modulación de la corriente incluye un paquete en serie que contiene varios bits de sincronización, y en el que el sistema está configurado y/o programado de tal modo que dicho dispositivo maestro lleva a cabo dicha medición periódica de la caracterización en uno o más de dichos bits de sincronización.
14. El sistema descrito en la reivindicación 12, en el que dicha intercomunicación basada en modulación de la corriente incluye un paquete en serie que contiene varios bits de sincronización, y en el que dicho sistema está configurado y/o programado de tal modo que dicho dispositivo maestro leva a cabo dicha medición periódica de la caracterización en uno o más de dichos bits de sincronización.
15. Un dispositivo maestro (40) que puede ser utilizado en un sistema de conexión eléctrica que consta al menos de un dispositivo subordinado (20) que se comunica con dicho dispositivo maestro mediante intercomunicación basada en modulación de la corriente; caracterizándose por el hecho de que dicho dispositivo maestro está configurado y/o programado de tal modo que mide periódicamente un nivel de caracterización de la corriente de intercomunicación y, en adelante, recibe la intercomunicación compensada según dicho nivel de caracterización medido.
16. El dispositivo maestro descrito en la reivindicación 15, en el que dicho dispositivo maestro está configurado y/o programado para recibir dicha intercomunicación a través de un bus preparado para alto voltaje y bajo voltaje, y dicho dispositivo maestro está también configurado y/o programado para mantener dicho bus en dicho voltaje bajo durante dicha intercomunicación.
17. El dispositivo maestro descrito en la reivindicación 15, en el que dicho dispositivo maestro está configurado y/o programado para que mida periódicamente un nivel de caracterización del valor bajo digital de la corriente de intercomunicación.
18. El dispositivo maestro descrito en la reivindicación 15, en el que dicha intercomunicación basada en modulación de la corriente incluye un paquete en serie que comprende varias órdenes / palabras de datos, y en el que dicho dispositivo maestro está configurado y/o programado para llevar a cabo dicha medición periódica de la caracterización al menos una vez para cada orden / palabra de datos.
19. El dispositivo maestro descrito en la reivindicación 15, en el que dicha intercomunicación basada en modulación de la corriente incluye un paquete en serie que contiene varios bits de sincronización, y en el que dicho dispositivo maestro está configurado y/o programado para llevar a cabo dicha medición periódica de la caracterización en uno o más de dichos bits de sincronización.
20. El dispositivo maestro descrito en la reivindicación 15, en el que dicho dispositivo maestro está configurado y/o programado con un algoritmo de conversión A/D o de comparación.
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