CN107966079A - 一种遥控起爆装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种遥控起爆装置及方法，包括发射机和可与电雷管相连接的接收机，所述的发射机包括微控制器，与微控制器电连接的键盘、显示屏和无线收发模块，所述的无线收发模块还与天线电连接，电池通过电源管理模块为发射机供电；所述的接收机包括微控制器，与微控制器电连接的参数存储单元、起爆电路和无线收发模块，所述的参数存储单元可以通过注参线缆与发射机的微控制器相连接，所述的无线收发模块还与天线电连接，电池通过电源管理模块为接收机供电。本发明所公开的遥控起爆装置，体积小，重量轻，便于单兵携带，摆脱了传统起爆装置的线缆，采用无线遥控技术进行远距离智能起爆，从而在最大程度上保证了相关作业人员的安全，并且使用时更加灵活方便。

Description

一种遥控起爆装置及方法

技术领域

本发明属于火工设备无线通讯技术领域，特别涉及该领域中的一种遥控起爆装置及方法。

背景技术

起爆器材是爆破器材的重要组成部分，被广泛用于交通、采矿、煤炭、石油、冶金、化工、建材、水利、电力、林业、城市建筑等多个领域。我国起爆器材起源于兵器用点火技术，经过几十年的发展，已经形成了一套集开发、生产、应用、技术研究和检验测试为一体的较完整的体系，但是现有的起爆器材技术水平低，在满足安全性的前提下不能兼顾产品的使用便利性和智能性，操作繁琐、自动化程度低、体积笨重、功能单一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种智能化水平高、使用方便的遥控起爆装置及方法。

本发明采用如下技术方案：

一种遥控起爆装置，包括发射机和可与电雷管相连接的接收机，其改进之处在于：

所述的发射机包括微控制器，与微控制器电连接的键盘、显示屏和无线收发模块，所述的无线收发模块还与天线电连接，电池通过电源管理模块为发射机供电；

所述的接收机包括微控制器，与微控制器电连接的参数存储单元、起爆电路和无线收发模块，所述的参数存储单元可以通过注参线缆与发射机的微控制器相连接，所述的无线收发模块还与天线电连接，电池通过电源管理模块为接收机供电。

进一步的，发射机的数量为1个，接收机的数量最多为32个。

进一步的，发射机的显示屏是分辨率为160*128的OLED屏。

进一步的，发射机和接收机的无线收发模块相同，其工作频率为429MHz—436MHz、数据传输速率为2400bps、发射功率为1W。

进一步的，所述的无线收发模块包括发射通道和接收通道；发射通道由频率合成器、数据调制器、射频调制器和射频放大器组成；接收通道由频率合成器、低噪声放大器、混频器、滤波器、鉴频器和数据解调器组成。

进一步的，发射机和接收机的天线相同，均为鞭天线；发射机和接收机的电池相同，均为锂二氧化锰积层电池，其输出电压9V、容量800mAh。

进一步的，发射机和接收机的电源管理模块相同，均由降压芯片和升压芯片组成。

进一步的，接收机的参数存储单元为I2C接口的串行EEPROM。

进一步的，所述的起爆电路包括与电池电连接的第一MOSFET开关，该第一MOSFET开关依次通过升压模块和双刀双掷电磁继电器与电雷管电连接，在升压模块和双刀双掷电磁继电器之间的电路上还连接有蓄电电容和接地的第二MOSFET开关，上述的第一MOSFET开关、第二MOSFET开关和双刀双掷电磁继电器均与接收机内的微控制器相连接并受其控制。

一种遥控起爆方法，使用上述的遥控起爆装置，其改进之处在于，包括发射机部分和接收机部分：

所述的发射机部分包括：发射机首先通过注参线缆向接收机的参数存储单元注入发射机序列号、接收机注册编号和通信频率参数，实现发射机与接收机的配对，发射机最多可同时与32个接收机配对并将与之配对的接收机分成4组，发射机可分别控制与之配对的接收机，也可以同时控制一组内的所有接收机；之后等候用户下达测通、充电、自失效或起爆遥控指令，一旦检测到用户下达的遥控指令，发射机的微控制器将指令传递给无线收发模块，无线收发模块对指令进行协议封装，然后调制载波，调制信号通过天线向空间辐射出去；

所述的接收机部分包括：将各个接收机布设到相应起爆点，接收机连接电雷管，电雷管与主装药毗邻，接收机上电开始工作后，微控制器从参数存储单元中读取发射机序列号、接收机注册编号和通信频率参数，之后初始化无线收发模块，其后进入待机状态；如果天线从空间接收到无线信号，将该无线信号通过无线收发模块进行解调，协议解码之后解析出的数字信号发送给微控制器，微控制器对数字信号进行甄别，如果是与本接收机匹配的发射机发出的测通、充电、自失效或起爆遥控指令，则分别发回测通响应指令、控制起爆电路升压并为蓄电电容充电、泄掉蓄电电容储存的电能或控制起爆电路对电雷管放电，对电雷管放电，即可引爆与之相邻的主装药，在响应遥控指令的同时，接收机还将发射机发来的遥控指令进行无线转发。

本发明的有益效果是：

本发明所公开的遥控起爆装置，体积小，重量轻，便于单兵携带，摆脱了传统起爆装置的线缆，采用无线遥控技术进行远距离智能起爆，从而在最大程度上保证了相关作业人员的安全，并且使用时更加灵活方便。

本发明所公开的遥控起爆方法，操作简洁，自动化程度高，起爆方式灵活，各作业点可逐一起爆或多作业点同时起爆；各接收机能够转发发射机遥控指令，从而提高部分因距离发射机较远或者有障碍物阻挡而与发射机之间信道质量较差的接收机接收到遥控指令的概率，进而拓展了遥控距离（空旷条件下可达数公里），提高了通信和起爆的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例1所公开遥控起爆装置发射机的原理框图；

图2是本发明实施例1所公开遥控起爆装置接收机的原理框图；

图3是本发明实施例1所公开遥控起爆装置接收机起爆电路的电路连接示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，本实施例公开了一种遥控起爆装置，包括发射机和可与电雷管相连接的接收机：

如图1所示，所述的发射机包括微控制器11，与微控制器电连接的键盘12、显示屏13和无线收发模块14，所述的无线收发模块还与天线15电连接，电池16通过电源管理模块17为发射机供电。在本实施例中发射机的数量为1个。

发射机中各部分的功能为：电池为发射机供电；电源管理模块将电池输出电压转换至微控制器、显示屏及无线收发模块各自需要的电平；键盘、显示屏用于操作人员和发射机之间的人机交互；微控制器为控制核心，实现向接收机注入参数、响应人机交互操作、下发遥控指令的功能；无线收发模块用于在微控制器的控制下进行无线信号的收发、解析；天线向大气中辐射无线信号或从大气中接收无线信号。

如图2所示，所述的接收机包括微控制器21，与微控制器电连接的参数存储单元22、起爆电路23和无线收发模块24，所述的参数存储单元可以通过注参线缆与发射机的微控制器相连接，所述的无线收发模块还与天线25电连接，电池26通过电源管理模块27为接收机供电。在本实施例中接收机的数量最多为32个。

接收机中各部分的功能为：电池为接收机供电；电源管理模块将电池输出电压转换至微控制器、无线收发模块等各自需要的电平；参数存储单元用于存储发射机注入的参数；微控制器为控制核心，实现接收遥控指令、控制起爆电路完成充电、起爆、自失效等功能；无线收发模块用于在微控制器的控制下进行无线信号的收发、解析；天线向大气中辐射无线信号或从大气中接收无线信号。

如图3所示，所述的起爆电路包括与电池电连接的第一MOSFET开关231，该第一MOSFET开关依次通过升压模块232和双刀双掷电磁继电器233与电雷管电连接，在升压模块和双刀双掷电磁继电器之间的电路上还连接有蓄电电容234和接地的第二MOSFET开关235，上述的第一MOSFET开关、第二MOSFET开关和双刀双掷电磁继电器均与接收机内的微控制器相连接并受其控制。

起爆电路的功能为：①将电池输出电压升高至起爆电雷管所需电压；②具有蓄电电容，能够储蓄电能；③在微控制器的作用下，能够开启升压并为蓄电电容充电；④在微控制器的作用下，能够实现蓄电电容对电雷管放电；⑤在微控制器的作用下，能够开启自失效电路，泄掉蓄电电容储存的电能。

具体的说，本实施例所公开遥控起爆装置的硬件实施方案为：

发射机和接收机相同功能模块选用同一种器件，如电池、电源管理模块、微控制器、无线收发模块和天线。

电池选用锂二氧化锰积层电池（即9V电池），其输出标称电压9V较为适中，可以轻易得将电压降低至微控制器工作需要的3.3V电压，也可轻易地升高至电雷管起爆电压14V。容量为800mAh，可满足发射机待机48小时的需求。

电源管理模块由DC-DC降压芯片TPS62172和升压芯片MP1542各自搭接外围电路构成。

微控制器选用MSP430FR5972，其优异的低功耗特性能使发射机待机时间长达48小时。

无线收发模块采用自主设计的基于FSK技术体制的无线收发模块来实现无线信号的收发，工作频率设计为429MHz~436MHz，数据传输速率为2400bps，发射功率为1W，具有较强的抗干扰能力。无线收发模块根据功能分为发射通道和接收通道。发射通道由频率合成器、数据调制器、射频调制器和射频放大器组成。频率合成器在CPU控制下产生发射频率的载波信号。输入的数据经过数据调制器调制为频移键控（FSK）信号。射频调制器将FSK信号调制到发射频率上，调制类型为频率调制。射频放大器由小信号放大器和功率放大器组成，将待发射的信号功率推动到额定功率。接收通道由频率合成器、低噪声放大器、混频器、滤波器、鉴频器、数据解调器等部分组成。频率合成器在CPU控制下产生一本振频率信号。低噪声放大器为接收前端放大器，完成对信号的低噪声放大。射频信号经过两次混频和对应的两组中频滤波，有效地滤除带外噪声和干扰信号。鉴频器将频率携带的信息转换为幅度信号。数据解调器将FSK信号还原为数据。

天线选用匹配的鞭天线即可。

发射机键盘硬件采用微控制器的6个通用IO外接按键下拉至GND的方式实现，在嵌入式软件中通过循环顺序扫面IO的状态，进而分辨出按键状态。

发射机显示屏选用一片分辨率为160*128的OLED屏，结合嵌入式软件设计，可以实现一个简洁但功能完备的交互操作界面。

接收机参数存储单元选用一片I2C接口的串行EEPROM构成，在发射机端和接收机端都做了I2C接口。

接收机起爆电路主要由MOSFET和电磁继电器构成。MOSFET和电磁继电器在微控制器的控制下，实现闭合或断开，从而引导电流流向不同路径，实现升压蓄电、起爆电雷管、自失效的功能。

本实施例所公开遥控起爆装置的嵌入式软件实施方案为：

遥控起爆装置发射机和接收机的嵌入式软件均采用了嵌入式实时操作系统，多线程执行。发射机有按键线程、显示屏线程、无线模块线程、LED指示灯线程、主处理任务线程及运行状态监控线程共6个线程，接收机有LED指示灯线程、无线模块线程、主处理任务线程及运行状态监控线程共4个线程。

发射机显示屏主界面分三部分：顶部为状态栏，显示工作信道号和电池电量信息；中部为4个接收机分组，显示每组中注册的接收机信息，以不同数字和不同颜色的圆圈组合，显示接收机的各种状态。在对接收机进行“注参”、“注销”、“测通”、“充电”、“起爆”操作后，显示的接收机信息会相应变化；底部为功能菜单栏，菜单根据显示页面的变化而有所改变。通过点击“设置”键，显示界面进入设置二级菜单界面，在设置菜单中，又细分为注参、注销、放电三种具体的操作。在用户通过点击“测通”、“充电”、“起爆”三个按键实现相应的功能时，在结束本次操作前，设备的按键被屏蔽，避免用户重复按下按键或非法执行其他动作。

在接收机的嵌入式软件中，当某一接收机接收到与本接收机匹配的发射机发来的有效指令后，本接收机在完成应有的动作的同时，将对该指令进行两轮广播转发。在多个接收机同时工作时，即便有部分接收机无法收到发射机发来的无线指令，也可通过接收邻近的发射机转发的信号，间接收到指令，从而做出相同的动作。这一设计，能够大大提高通信的可靠性，拓展设备的通信距离

本实施例还公开了一种遥控起爆方法，使用上述的遥控起爆装置，包括发射机部分和接收机部分：

所述的发射机部分包括：发射机首先通过注参线缆向接收机的参数存储单元注入发射机序列号、接收机注册编号和通信频率参数，实现发射机与接收机的配对，发射机最多可同时与32个接收机配对并将与之配对的接收机分成4组，发射机可分别控制与之配对的接收机，也可以同时控制一组内的所有接收机；之后等候用户下达测通、充电、自失效或起爆遥控指令，一旦检测到用户下达的遥控指令，发射机的微控制器将指令传递给无线收发模块，无线收发模块对指令进行协议封装，然后调制载波，调制信号通过天线向空间辐射出去；

所述的接收机部分包括：将各个接收机布设到相应起爆点，接收机连接电雷管，电雷管与主装药毗邻，接收机上电开始工作后，微控制器从参数存储单元中读取发射机序列号、接收机注册编号和通信频率参数，之后初始化无线收发模块，其后进入待机状态；如果天线从空间接收到无线信号，将该无线信号通过无线收发模块进行解调，协议解码之后解析出的数字信号发送给微控制器，微控制器对数字信号进行甄别，如果是与本接收机匹配的发射机发出的测通、充电、自失效或起爆遥控指令，则分别发回测通响应指令、控制起爆电路升压并为蓄电电容充电、泄掉蓄电电容储存的电能或控制起爆电路对电雷管放电，对电雷管放电，即可引爆与之相邻的主装药，在响应遥控指令的同时，接收机还将发射机发来的遥控指令进行无线转发。

Claims (10)

1.一种遥控起爆装置，包括发射机和可与电雷管相连接的接收机，其特征在于：所述的发射机包括微控制器，与微控制器电连接的键盘、显示屏和无线收发模块，所述的无线收发模块还与天线电连接，电池通过电源管理模块为发射机供电；所述的接收机包括微控制器，与微控制器电连接的参数存储单元、起爆电路和无线收发模块，所述的参数存储单元可以通过注参线缆与发射机的微控制器相连接，所述的无线收发模块还与天线电连接，电池通过电源管理模块为接收机供电。

2.根据权利要求1所述的遥控起爆装置，其特征在于：发射机的数量为1个，接收机的数量最多为32个。

3.根据权利要求1所述的遥控起爆装置，其特征在于：发射机的显示屏是分辨率为160*128的OLED屏。

4.根据权利要求1所述的遥控起爆装置，其特征在于：发射机和接收机的无线收发模块相同，其工作频率为429MHz—436MHz、数据传输速率为2400bps、发射功率为1W。

5.根据权利要求4所述的遥控起爆装置，其特征在于：所述的无线收发模块包括发射通道和接收通道；发射通道由频率合成器、数据调制器、射频调制器和射频放大器组成；接收通道由频率合成器、低噪声放大器、混频器、滤波器、鉴频器和数据解调器组成。

6.根据权利要求1所述的遥控起爆装置，其特征在于：发射机和接收机的天线相同，均为鞭天线；发射机和接收机的电池相同，均为锂二氧化锰积层电池，其输出电压9V、容量800mAh。

7.根据权利要求1所述的遥控起爆装置，其特征在于：发射机和接收机的电源管理模块相同，均由降压芯片和升压芯片组成。

8.根据权利要求1所述的遥控起爆装置，其特征在于：接收机的参数存储单元为I2C接口的串行EEPROM。

9.根据权利要求1所述的遥控起爆装置，其特征在于：所述的起爆电路包括与电池电连接的第一MOSFET开关，该第一MOSFET开关依次通过升压模块和双刀双掷电磁继电器与电雷管电连接，在升压模块和双刀双掷电磁继电器之间的电路上还连接有蓄电电容和接地的第二MOSFET开关，上述的第一MOSFET开关、第二MOSFET开关和双刀双掷电磁继电器均与接收机内的微控制器相连接并受其控制。

10.一种遥控起爆方法，使用上述权利要求1所述的遥控起爆装置，其特征在于，包括发射机部分和接收机部分：

所述的发射机部分包括：发射机首先通过注参线缆向接收机的参数存储单元注入发射机序列号、接收机注册编号和通信频率参数，实现发射机与接收机的配对，发射机最多可同时与32个接收机配对并将与之配对的接收机分成4组，发射机可分别控制与之配对的接收机，也可以同时控制一组内的所有接收机；之后等候用户下达测通、充电、自失效或起爆遥控指令，一旦检测到用户下达的遥控指令，发射机的微控制器将指令传递给无线收发模块，无线收发模块对指令进行协议封装，然后调制载波，调制信号通过天线向空间辐射出去；

所述的接收机部分包括：将各个接收机布设到相应起爆点，接收机连接电雷管，电雷管与主装药毗邻，接收机上电开始工作后，微控制器从参数存储单元中读取发射机序列号、接收机注册编号和通信频率参数，之后初始化无线收发模块，其后进入待机状态；如果天线从空间接收到无线信号，将该无线信号通过无线收发模块进行解调，协议解码之后解析出的数字信号发送给微控制器，微控制器对数字信号进行甄别，如果是与本接收机匹配的发射机发出的测通、充电、自失效或起爆遥控指令，则分别发回测通响应指令、控制起爆电路升压并为蓄电电容充电、泄掉蓄电电容储存的电能或控制起爆电路对电雷管放电，对电雷管放电，即可引爆与之相邻的主装药，在响应遥控指令的同时，接收机还将发射机发来的遥控指令进行无线转发。