CN102519327B

CN102519327B - 电子雷管起爆器与电子雷管的连接及控制方法及装置

Info

Publication number: CN102519327B
Application number: CN201110408573.4A
Authority: CN
Inventors: 银庆宇
Original assignee: Individual
Current assignee: Beijing Qaml Of Science And Technology Co Ltd
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2031-12-09
Also published as: WO2013082868A1; CN102519327A

Abstract

本发明公开了一种电子雷管起爆器与电子雷管的连接及控制方法及装置，在电子雷管起爆器与电子雷管之间增加电子雷管控制器，电子雷管起爆器与电子雷管之间的能量及信号的传递均通过电子雷管控制器进行中转，电子雷管起爆器与电子雷管控制器之间采用磁环感应作为电子雷管控制器的能量及下行通讯信号的传递方式；电子雷管控制器与电子雷管起爆器的上行通讯信号采用无线电波进行传递；从而简化了电子雷管起爆器与电子雷管之间的接线方式，并能起到良好的抗电磁干扰的作用，还能避免某一个电子雷管的故障而造成整个起爆网络瘫痪。所采用的通讯方式提高了使用的稳定性和可靠性。本发明的方法简单，容易实施，所采用的装置结构简单，制作方便，成本低廉。

Description

电子雷管起爆器与电子雷管的连接及控制方法及装置

技术领域

本发明涉及一种电子雷管的控制方法及装置，尤其是一种电子雷管起爆器与电子雷管的连接及控制方法。

背景技术

目前，磁电雷管是90年代初出现的一种雷管，它采用了变压器原理和锰锌铁氧体等软磁材料的选频特性，产品具有较好的抗电磁干扰能力。但是它存在串联可靠性差、延期精度差等问题。电子雷管是90年代末出现的一种新型雷管，它包括一个电子集成芯片(包含与起爆器的通信电路、电子定时电路)、储能器、电子点火开关及基础电雷管的组件组成，具有双向通信、密码起爆、控制可靠、延期时间准确等优点。但现国际、国内实现与起爆器双向通信的电子雷管大都采用并联使用，需要实现雷管脚线与起爆器输出母线的电气直接连接，这一过程有较多缺点，如：操作复杂、大规模应用时人工劳动强度大；

电子雷管故障时可能会产生较大的消耗电流，当并联网络中存在这样的电子雷管时，可能造成同一网络中其他电子雷管的不能正常使用；无论什么样的直接电气连接，暴露的金属接点是防水性能最差的地方；中国专利公开了申请号为“200420104510.5”的专利申请，其中提出了一种磁电电子延期电雷管，其结构表明它是一种未能实现与起爆装置双向通信的电子雷管，无法在电子雷管装孔后进行双向通信，不能确认已装孔的电子雷管是否正常，存了较大的使用缺陷。

电子雷管是需要在野外使用的，若使用无线控制起爆，通用的方法是让其内置一个电池供电，到需要使用时打开电池开关，但这样的产品即不环保又容易出现安全问题。国外有利用微波进行起爆控制的电子雷管报道，但其成本高，双向均进行无线通信可能存在死角，实际使用中价值不高。

发明内容

本发明的目的是：提供一种电子雷管起爆器与电子雷管的连接及控制方法及装置，它简化了电子雷管起爆器与电子雷管之间的接线方式，并能起到良好的抗电磁干扰的作用，还能避免某一个电子雷管的故障而造成整个起爆网络瘫痪，提高了使用的稳定性和可靠性，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：电子雷管起爆器与电子雷管的连接及控制方法，其特征在于：在电子雷管起爆器与电子雷管之间增加电子雷管控制器，电子雷管起爆器与电子雷管之间的能量及信号的传递均通过电子雷管控制器进行中转，电子雷管起爆器与电子雷管控制器之间采用磁环感应作为电子雷管控制器的能量及下行通讯信号的传递方式；电子雷管控制器与电子雷管起爆器的上行通讯信号采用无线电波进行传递；从而简化了电子雷管起爆器与电子雷管之间的接线方式，并能起到良好的抗电磁干扰的作用，还能避免某一个电子雷管的故障而造成整个起爆网络瘫痪。

电子雷管起爆器对电子雷管控制器的下行通讯方式采用了载波调制。

所有电子雷管控制器的无线电波发送时间均由电子雷管起爆器发送的下行指令决定，同一时刻仅能有一个电子雷管控制器发送无线电波。因为所有的电子雷管控制器均采用同一频率的无线信号进行数据发送，所以为避免多个电子雷管同时开始发送消息而造成无线信号冲突，电子雷管的无线数据发送由电子雷管起爆器通过输出线上变化的电流信号代表的指令指定发送时间区间，以保证同一时间内，仅一台电子雷管控制器可以向空间发送无线电波。

电子雷管控制器，包括空心软磁环，在空心软磁环上绕有电能输入线圈；另设有通信控制电路板，在通信控制电路板上设有输出脚线，电能输入线圈与无线通信控制电路板连接。

通信控制电路板包括整流电路、输入信号识别电路、集成控制芯片、储能电容、电子雷管接口控制电路、无线信号输出电路及无线信号天线；集成控制芯片分别与输入信号识别电路，储能电容，电子雷管接口控制电路及无线信号输出电路连接；整流电路分别与储能电容及输入信号识别电路连接；储能电容与电子雷管接口控制电路连接；无线信号输出电路与无线信号天线连接；整流电路与电能输入线圈连接；电子雷管接口控制电路与输出脚线连接。储能电容可以累积通过空心软磁环感应到的电能，这样可以降低起爆器输出线的电流值，节省起爆器功耗，增加起爆器的使用次数。

在集成控制芯片上集成有能掉电保存数据的记忆体电路。可以保存生产本控制器的厂家需置入的参数，如本控制器本身的地址编码、通信的波特率等；还可以保存所接电子雷管的参数，如所接电子雷管的唯一身份ID编码、起爆延时设定值等；还可以保存通过其他在使用现场能与控制器通信的设备置入的某些参数，如电子雷管起爆器需修改电子雷管内部已设定的起爆延时设定值。

在空心软磁环、电能输入线圈及通信控制电路板外设有保护层。在现场使用时，为方便电子雷管起爆器输出线穿过空心软磁环和发送无线电波信号的传递，电子雷管控制器需放在地表，通过其输出脚线与装入炮孔内的电子雷管脚线连接，因此，在电子雷管控制器外设置保护层（用塑料将其封装），可以保护为保护空心软磁环和电路板，提高其防水性。

本发明的供电及控制通信方式为：电子雷管起爆器的输出线穿过空心软磁环，输出线相当于变压器的初级，线上有频率在50～200KHZ范围的电流经过，其次级感应电压输入通信控制电路板的整流电路，整流电路提供出所有组成电路所需电能，同时控制器输入信号识别电路还识别出当前电子雷管起爆器输出电流的频率、幅值、相位等参数。

外接的电子雷管起爆器可定义为输出数字1时，控制其输出线电流频率定为F1值固定不动，输出数字0时，输出电流频率定为F0值固定不动，F1不等于F0，即电子雷管起爆器可以采用频移键控FSK方式实现向联网的电子雷管发送数据；当然电子雷管起爆器也可以采用幅移键控ASK方式、相移键控PSK方式等多种调制方式对电子雷管起爆器需输出的信号进行调制，通信控制电路板的输入信号识别电路也就采用相应的解调方式解调后得到该数据，当电子雷管起爆器发送数据与通信控制电路板采用预先统一的波特率接收时，通信控制电路板上集成芯片完全可识别起爆器发出的数据指令。

当电子雷管控制器要向电子雷管起爆器发送数据时，可向无线发送电路输出控制指令，使其按预定的调制方式对要发送信号进行调制并发送无线电波，电子雷管起爆器收到该信号后，按无线发送芯片调制方法对应的解调方式解调后得到该数据。

为节约电能，当通信控制电路板不需发送无线信号时，无线信号输出电路的驱动回路电源是被集成控制芯片关断的。

由于电子雷管起爆器需要与电子雷管管内控制电路板的通信需要通过电子雷管控制器中转，因此，电子雷管控制器与电子雷管管内控制电路板的通信方式可根据管内控制芯片的使用方法预先约定。

实际使用中，电子雷管起爆器的输出线可依次穿过若干电子雷管控制器，每一个装置可外接一个电子雷管，以达到电子雷管组网起爆的目的，这样的操作对人施工人员来说特别方便简单。若已联网的某一个电子雷管控制器失效，如内部短路或断路，因电子雷管起爆器的输出线是穿空心软磁环而过，这一个坏的电子雷管控制器就无法对其他已联网的电子雷管产生任何影响。

在使用电子雷管需现场通信测试时，往往人员未撤出现场，为保证现场爆破的高可靠、高安全性，电子雷管起爆器在与电子雷管控制器进行非起爆指令信号的通信时，输出线的电流值可控制在较低水平，确保储能电容上电压不超过最低能起爆电子雷管的电压。当需要进行起爆操作时，才将电子雷管起爆器的输出线电流值控制在较高水平，确保储能电容上电压达到电子雷管确保能起爆的电压。

在具体生产中，可将电子雷管控制器与电子雷管的脚线一次性连接好，无外露金属接线点，以确保现场使用时的抗干扰能力及防水性能。在传统的控制方式中，电子雷管在使用现场进行安装后，还需要与电子雷管起爆器进行连接，因此在生产中会预留出连接用的脚线，而采用本发明则无需预留该脚线，在简化了接线的同时，还节约了脚线的使用量。

本发明还存在如下优点：电子雷管起爆器向电子雷管控制器发送的信号为近距离感应信号，每一个电子雷管控制器的信号幅值基本相等，不存在无线信号的死角，解决了无线信号死角的问题。电子雷管控制器向电子雷管起爆器发送的信号为可选择较远距离，如空旷地传输距离为300米的无线输出信号，当某种很特殊的原因发现不能收到返馈无线信号的控制器时，施工人员可根据电子雷管布网的孔位图找到该电子雷管控制器，查明原因，避免失效电子雷管的情况发生。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明采用电子雷管控制器作为电子雷管起爆器与电子雷管之间的连接中转，使电子雷管起爆器与电子雷管之间的能量及信号的传递均通过电子雷管控制器，电子雷管控制器能简化电子雷管起爆器与电子雷管之间的接线方式，并能起到良好的抗电磁干扰的作用，还能避免某一个电子雷管的故障而造成整个起爆网络瘫痪，所采用的通讯方式提高了使用的稳定性和可靠性。本发明的方法简单，容易实施，所采用的装置结构简单，制作方便，成本低廉，使用效果好。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为本发明的使用结构示意图；

附图3为本发明的装置使用流程图；

附图4为本发明的整流电路的电路图；

附图5为本发明的输入信号识别电路的电路图；

附图6为本发明的控制信号解调前后示意图；

附图7为本发明的电子雷管接口控制电路的电路图；

附图8为本发明的无线信号输出电路的电路图；

附图9为本发明的集成控制芯片的电路图。

具体实施方式

本发明的实施例：电子雷管起爆器与电子雷管的连接及控制方法，在电子雷管起爆器与电子雷管之间增加电子雷管控制器，电子雷管起爆器与电子雷管之间的能量及信号的传递均通过电子雷管控制器进行中转，电子雷管起爆器与电子雷管控制器之间采用磁环感应作为电子雷管控制器的能量及下行通讯信号的传递方式；电子雷管控制器与电子雷管起爆器的上行通讯信号采用无线电波进行传递；从而简化了电子雷管起爆器与电子雷管之间的接线方式，并能起到良好的抗电磁干扰的作用，还能避免某一个电子雷管的故障而造成整个起爆网络瘫痪。

一种电子雷管控制器的结构如图1所示，包括空心软磁环1，在空心软磁环1上绕有电能输入线圈2；另设有通信控制电路板12，在通信控制电路板12上设有输出脚线10，电能输入线圈2与无线通信控制电路板12连接；通信控制电路板12包括整流电路3、输入信号识别电路6、集成控制芯片7、储能电容4、电子雷管接口控制电路5、无线信号输出电路9及无线信号天线8；集成控制芯片7分别与输入信号识别电路6，储能电容4，电子雷管接口控制电路5及无线信号输出电路9连接；整流电路3分别与储能电容4及输入信号识别电路6连接；储能电容4与电子雷管接口控制电路5连接；无线信号输出电路9与无线信号天线8连接；在集成控制芯片7上集成有能掉电保存数据的记忆体电路13；整流电路3与电能输入线圈2连接；电子雷管接口控制电路5与输出脚线10连接。将电子雷管控制器制作好后，用塑料制成的保护层对其进行封装。

在工厂生产中，制作好上述的装置后，将上述装置中的输出脚线10与电子雷管11的脚线一次性连接好，保证无外露金属接线点，以确保现场使用时的抗干扰能力及防水性能。

电子雷管控制器的数据经无线信号天线8无线发送，由电子雷管起爆器14的接收天线16接收。

在作业现场，用电子雷管起爆器14的输出线15穿过空心软磁环1，形成一个闭合回路，再将电子雷管11安装在指定位置，然后按照以下步骤进行操作：

步骤1：电子雷管起爆器14的输出线15开始输出频率为70KHZ约3A的电流，电能输入线圈2根据变压器原理有感应电流产生，该电流经整流电路3后，形成电压V1，V1经稳压后对储能电容4进行充电，储能电容4充电到一定电压后，向其他电路组件进行供电，集成控制芯片7开始正常工作；输入信号识别电路6对电能输入线圈2得到信号进行频率识别；此时电子雷管控制器不与外接电子雷管11发生通信。

步骤2：电子雷管起爆器14发送数字指令，指令按FSK调制规律在本实施例中定为：输出线电流变化频率70KHZ定义为数字1，输出线电流变化频率50KHZ定义为数字0；由此根据电子雷管起爆器14与电子雷管控制器预先约定的指令内容，电子雷管起爆器14发出电子雷管控制器自检指令。

步骤3：电子雷管控制器收到自检指令后，开始对自身电路组成进行检查，形成处并驱动电子雷管接口控制电路5，向电子雷管11发出寻址及自检等指令，并接收电子雷管11相关数据。

步骤4：电子雷管起爆器14等待一段时间后，向输出线15所经过的电子雷管控制器发出单独的数据查询指令。电子雷管控制器收到电子雷管起爆器14针对本机的要求数据返馈指令后，向无线信号输出电路9发出指令，通过无线信号天线8向电子雷管起爆器14发出经无线信号输出电路9调制后的上一步获得的数据。

步骤5：电子雷管起爆器14收到电子雷管控制器发出的调制后数据后，采用相应的解调方式解调后得到该数据的内容，确认了电子雷管控制器及所连接的电子雷管11的地址及相应状态数据是否正常，提供给操作者，操作者决䇿是否进行下一步操作。

步骤6：若电子雷管起爆器14需要与电子雷管控制器或电子雷管11进行其他指令或数据通信时，按上述第二步到第四步方法进行，需要注意的是，电子雷管起爆器14的输出线15需要一直有一个电流变化频率50～200KHZ约3A大小电流经过，以便本控制器获得运行所需电能。

步骤7：再需进行起爆操作时，增加输出线15的电流至6A，频率按FSK规律变化发出起爆指令。电子雷管控制收到指令后，向外接电子雷管11发出起爆指令。

整流电路3在电子雷管起爆器能量获取中对电流整形，即对空心软磁环1及电能输入线圈2所得到的输出感应电动势在闭合回路中形成的感应电流进行整流，它由四个整流二极管构成。其结构如图4所示。图4 中还列出了输入信号识别电路的信号拾取点；储能电容4；集成控制芯片需要的电源供给稳压电路。

输入信号识别电路6是电子雷管起爆器14发出的数字指令进行FSK调制后进行数据下行通信，接收端须还原成MCU可识别的数字信号而进行的FSK解调的一种电路。随着集成电路的迅速发展，由分离元件构成的FSK解调电路已被集成FSK芯片取代，因此本发明采用CD4046 芯片。其外围电路如图5所示，解调前后信号的比较如图6所示。

电子雷管接口控制电路5是对电子雷管11进行数据通信的控制电路，针对国内外各电子雷管生产厂家的电子雷管接口标准均不太一样，需分别设计以实现本控制功能。本实例中采用了贵州久联民爆器材发展股份有限公司生产的电子雷管来简述本发明的电子雷管接口控制电路5，如图7所示

电子雷管接口控制电路5可以实现对贵州久联电子雷管11的控制通信，它由集成控制芯片7的两个I/O端口来控制与电子雷管11的通信。由集成控制芯片7的一个I/O端口如上图的2脚来驱动NPN和PNP管子来达到向电子雷管11下传数据。上行数据则是电子雷管11通过在合适时刻增大自身电流消耗的方式给集成控制芯片返馈数据，图中LM393比较器的存在就是为了判断电子雷管电流消耗的大小，其输出表示了所接电子雷管11的电流消耗的大小是否超过一个固定值，MCU由此判断电子雷管返馈的数据值。

无线信号输出电路9是对电子雷管起爆器14上传本无线通信电子雷管数据信息的电路，使电子雷管起爆器14与电子雷管11的形成双向通信，以确保无线通信的安全可靠，在本发明中，无线信号输出电路9采用的是ASK调制方式的射频电路，由F113芯片构成，其外围电路如图8所示。

集成控制芯片7的一个I/O端口与射频芯片F113的ASK脚连接，集成控制芯片7通过这种方式把电子雷管11的数据信息传到F113，然后F113将无线信号通过无线信号天线8向天空辐射。集成控制芯片7在本发明中是起到逻辑控制的作用，本实例中选用美国microchip公司生产的PIC12F519为集成控制芯片7，它具有6个I/O端口、一个8位的定时器和64字节的EEPROM存储空间。其电路图如图9所示。

Claims

1.一种电子雷管起爆器与电子雷管的连接及控制方法，其特征在于：在电子雷管起爆器与电子雷管之间增加电子雷管控制器，电子雷管起爆器与电子雷管之间的能量及信号的传递均通过电子雷管控制器进行中转，电子雷管起爆器与电子雷管控制器之间采用磁环感应作为电子雷管控制器的能量及下行通讯信号的传递方式；电子雷管控制器与电子雷管起爆器的上行通讯信号采用无线电波进行传递；从而简化了电子雷管起爆器与电子雷管之间的接线方式，并能起到良好的抗电磁干扰的作用，还能避免某一个电子雷管的故障而造成整个起爆网络瘫痪；所有电子雷管控制器的无线电波发送时间均由电子雷管起爆器发送的下行指令决定，同一时刻仅能有一个电子雷管控制器发送无线电波。

2.一种电子雷管控制器，包括空心软磁环（1），其特征在于：在空心软磁环（1）上绕有电能输入线圈（2）；另设有通信控制电路板（12），在通信控制电路板（12）上设有输出脚线（10），电能输入线圈（2）与无线通信控制电路板（12）连接；通信控制电路板（12）包括整流电路（3）、输入信号识别电路（6）、集成控制芯片（7）、储能电容（4）、电子雷管接口控制电路（5）、无线信号输出电路（9）及无线信号天线（8）；集成控制芯片（7）分别与输入信号识别电路（6），储能电容（4），电子雷管接口控制电路（5）及无线信号输出电路（9）连接；整流电路（3）分别与储能电容（4）及输入信号识别电路（6）连接；储能电容（4）与电子雷管接口控制电路（5）连接；无线信号输出电路（9）与无线信号天线（8）连接；整流电路（3）与电能输入线圈（2）连接；电子雷管接口控制电路（5）与输出脚线（10）连接。

3.根据权利要求2所述的电子雷管控制器，其特征在于：在集成控制芯片（7）上集成有能掉电保存数据的记忆体电路（13）。

4.根据权利要求2所述的电子雷管控制器，其特征在于：在空心软磁环（1）、电能输入线圈（2）及通信控制电路板（12）外设有保护层。