一种高电压数码电子雷管的D-Bus总线起爆器的制作方法

一种高电压数码电子雷管的d
‑
bus总线起爆器
技术领域
1.本发明属于高压供电充电、低压数字通信的两线制总线起爆器技术领域，具体而言，涉及一种高电压数码电子雷管的d
‑
bus总线起爆器。


背景技术：

2.现有国内外生产的两线制数码起爆器是一种充电电压与数字通信电压≤25v共享的低电压两线制数码起爆器，而且现有的两线制低电压数码起爆器是通过低电压供电与数字通信电压共享的两线制总线，下达起爆数字指令引爆多个并联在总线上的数码电子雷管，是一种应用于“有起爆药装药结构的数码电子雷管”的起爆器。因此，现有的低电压≤25v两线制数码起爆器无法组网起爆高电压的“等离子点火具无起爆药数码电子雷管”。
3.目前的“有起爆药装药结构的数码电子雷管”中基础雷管采用的是传统工业电雷管，传统工业电雷管中的发火元件(电阻丝点火药头)和装药结构，是采用“燃烧转爆轰”机理，通过低电压电容储能给点火药头(电阻丝)供电加热、点燃火药、火焰点燃起爆药、起爆药燃烧转爆轰、初始爆轰波传入猛炸药、猛炸药加强爆轰波输出；因此传统工业电雷管内部装填有机械感度极高的起爆药(如：硝酸肼镍或二硝基重氮酚)。因此，有起爆药装药结构的数码电子雷管是一种高危险产品，在日常生产、运输、储存、爆破工程使用过程中极易发生爆炸事故。
4.为了提高民爆行业在爆破器材的生产、运输、储存和爆破工程作业的本质安全性，提出一种高电压数码电子雷管的d
‑
bus总线起爆器，并通过该起爆器组网进行高压供电充电、低压数字通信组网控制引爆本质安全型的“等离子点火具无起爆药数码电子雷管”。
5.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种高电压数码电子雷管的d
‑
bus总线起爆器，通过组网进行高压供电充电、低压数字通信组网控制引爆本质安全型的“等离子点火具无起爆药数码电子雷管”，从而解决了现有起爆器都是应用于“有起爆药装药结构的数码电子雷管”的这一技术问题。
7.为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
8.本发明提供了一种高电压数码电子雷管的d
‑
bus总线起爆器，包括储能模块、点火模块和控制模块，所述控制模块用以控制所述点火模块进行点火；
9.所述储能模块包括dc/dc隔离稳压电路用以降低电压、脉宽调制开关型逆变电路用以调整电压和频率、高压整流输出和低压稳压电路；
10.所述点火模块包括用以引爆电子雷管的d
–
bus电路；
11.所述控制模块包括微处理器控制电路、ism无线通信模块和隔离rs485通信电路。
12.具体的，储能模块是由锂电池组、dc/dc隔离稳压电路、脉宽调制开关型逆变电路、高压整流输出和低压稳压电路所组成，点火模块由高压稳压电路与电压lcd显示电路和d
–
bus电路所组成，控制模块由微处理器控制电路、键盘显示电路、ism无线通信模块和gps信息接收电路、隔离rs485通信电路所组成。
13.具体的，所述储能模块是由pwm控制芯片ie1、dc/dc隔离稳压器ie2、场效应管nm1
‑
nm2、开关变压器t1、电桥dz、三极管te1
‑
te3、基准电压芯片we1、二极管de1
‑
de2、电阻re1
‑
re16、电容ce1
‑
ce8、开关ke1、保险fu、12v充电锂电池bt、输出端子hv\lv\gnd、充电插座接口所组成，所述pwm控制芯片ie1采用cw2525或sg1525系列的控制芯片；
14.具体的，所述点火模块是由串口通信电压隔离比较器u1
‑
u2、三端稳压器e1
‑
e2、光耦合器op1、场效应管mos1、三极管t1
‑
t4、二极管d1
‑
d3、稳压管w1
‑
w2、三位半电压表ve、继电器开关jk、调制方式转换开关sw、电阻r1
‑
r15、电容c1
‑
c8、多针插座j1、雷管两线制总线接口d
‑
bus所组成，所述串口通信电压隔离比较器u1
‑
u2采用jy763
‑
1和jy763
‑
2电路；
15.具体的，所述控制模块是由微处理器ic1、gps信息接收芯片ic2、ism频段无线通信模块ic3、隔离rs485通信芯片ic4、i2c接口显示器ic5、三端稳压器ua1
‑
ua2、光耦合器ga1、稳压器wa1、晶振zi
‑
z2、有源晶振z3、键盘jb、天线an1
‑
an2、后备电池bt1、电阻ra1
‑
ra10、电容ca1
‑
ca15、rs485接口、多针插头j2所组成；ism频段通信模块ic3的通信频段采用433mhz/868mhz/915mhz无线频段；微处理器ic1采用8位51系列的stc或arm系列芯片；所述gps信息接收芯片ic2采用能接收北斗卫星的gps芯片或其它gps芯片。
16.现有技术中，两线制低电压数码起爆器是通过低电压供电与数字通信电压共享的两线制总线，下达起爆数字指令引爆多个并联在总线上的数码电子雷管，是一种应用于“有起爆药装药结构的数码电子雷管”的起爆器。因此，现有的低电压≤25v两线制数码起爆器无法组网起爆高电压的“等离子点火具无起爆药数码电子雷管”。
17.本发明提供一种高电压数码电子雷管的d
‑
bus总线起爆器，通过组网进行高压供电充电、低压数字通信组网控制引爆本质安全型的“等离子点火具无起爆药数码电子雷管”，从而解决了现有起爆器都是应用于“有起爆药装药结构的数码电子雷管”的这一技术问题。
18.优选的，所述储能模块的输出端包括hv、lv和gnd三个端口，所述储能模块设置有充电接口。
19.优选的，所述脉宽调制开关型逆变电路包括pwm控制芯片，所述pwm控制芯片采用cw2525、sg1525系列的其中一种控制芯片。
20.优选的，所述点火模块包括串口通信电压隔离比较器，所述串口通信电压隔离比较器为jy763
‑
1和jy763
‑
2电路。
21.优选的，所述d
–
bus电路上设置有雷管两线制总线接口d
‑
bus。
22.优选的，所述雷管两线制总线接口d
‑
bus输出电压为高电压vb≤200v的充电电压与低电压va≤36v的数字通信电压。具体的，低电压va≤36v的主从数字通信电压调制幅值范围，可以是va/n电压值的幅度逻辑电平，其中n＝1、2、3、
…
。
23.优选的，所述ism无线通信模块的通信频段为433mhz、868mhz、915mhz的无线频段。
24.优选的，所述微处理控制电路的供电电源是由所述dc/dc隔离稳压电路内的dc/dc隔离稳压器提供的隔离直流电源vdd，由所述控制模块的三端稳压器提供的正极vcc和sgnd组成的隔离电源供电系统。这样可以使微处理器控制电路提高抗强电磁干扰。
25.优选的，隔离rs485通信电路中设置有芯片adm2582，所述芯片adm2582的通信接口
连接有ism无线通信模块。ism无线通信模块ic3的no
‑
off脚连接光耦合器内三极管的集电极。
26.另外，本发明还提供一种点火系统，该点火系统包括d
‑
bus总线起爆器。
27.本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供的一种高电压数码电子雷管的d
‑
bus总线起爆器是针对本质安全性高、抗强电磁干扰的“等离子点火具无起爆药数码电子雷管”进行组网，并由d
‑
bus总线起爆器提供高压(直流≤200v)电压给“等离子点火具无起爆药数码电子雷管”中高压储能电容充电，低电压(直流≤36v)进行数字通信，管理控制起爆“等离子点火具无起爆药数码电子雷管”的智能装置。
附图说明
28.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
29.图1为本发明实施例提供的d
‑
bus总线起爆器的电路原理图；
30.图2为本发明实施例提供的储能模块的电路原理图；
31.图3为本发明实施例提供的点火模块的电路原理图；
32.图4为本发明实施例提供的控制模块的电路原理图；
33.图5为本发明实施例提供的d
‑
bus总线通信码流调制电压、电流变化方式1的波形图；
34.图6为本发明实施例提供的d
‑
bus总线通信码流调制电压、电流变化方式2的波形图。
35.其中：100
‑
储能模块、200
‑
点火模块、300
‑
控制模块。
具体实施方式
36.下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
38.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
发明中的具体含义。
39.为了更加清晰的对本发明中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。
40.实施例
41.参阅图1所示，为本发明实施例提供的d
‑
bus总线起爆器的电路原理图，d
‑
bus总线起爆器是由储能模块100、点火模块200和控制模块300所组成。
42.参阅图2所示，为本发明实施例提供的储能模块100的电路原理图。储能模块100是由pwm控制芯片ie1、dc/dc隔离稳压器ie2、场效应管nm1
‑
nm2、开关变压器t1、电桥dz、三极管te1
‑
te3、基准电压芯片we1、二极管de1
‑
de2、电阻re1
‑
re16、电容ce1
‑
ce8、开关ke1、保险fu、12v充电锂电池bt、输出端子hv\lv\gnd、充电插座接口所组成。储能模块100的工作原理是一种脉宽调制(pwm)开关型逆变电路。储能模块100还包括12v锂电池，12v锂电池的正极电压经开关ke1、保险fu接入pwm控制芯片ie1的13脚，ie1的5、6脚连接电容ce3、电阻re6决定脉宽调制的频率。pwm控制芯片ie1的7、5脚之间的电阻re7用以调节死区时间，保证场效应管nm1与nm2不会出现同时导通的情况，提高电路的安全性与可靠性。电阻re1
‑
re2组成取样反馈电路，开关变压器t1输出的高压交流电经电桥dz整流，电容ce6滤波的直流电压由re1、re2和re4分压，送入ie1的1脚由芯片内部误差放大器和比较器处理，分别自动控制ie1的11脚与14脚的输出脉宽(即脉宽调制)，达到稳定输出电压的目的，ie1的16脚输出稳定的基准电压5v经电容ce4滤波由电阻re3与re5分压送入ie1的2脚。pwm脉冲宽度补偿由ie1的9脚接入的电容ce5、电阻re8决定；ie1的11、14脚输出通过电阻re9、re10轮流输出驱动脉冲，控制功率场效应管nm1与nm2。当nm1导通时(此时nm2截止)， 12v电源通过变压器t1初级上半部分(2端
→
1端)经nm1到地。当nm2导通时(此时nm1截止)， 12v电源通过变压器t1初级下半部分(2端
→
3端)经nm2到地。通过变压器t1的变比升压，在t1的次级即可获得高压交流电压，经电桥dz整流，电容ce6滤波获得200v的直流电压；三极管te1
‑
te3、基准电压芯片we1、电阻re11
‑
re15、电容ce8组成稳压电路，输出≤36v电压，经二极管de2接入lv端子。整流桥zd的正电压≤200v电压经限流电阻re16和二极管de1接入hv端子。所述的dc/dc隔离稳压器ie2的输入端接12v锂电池组bt的正负极，dc/dc隔离稳压器ie2的输出端接电容ce1和ce2连接信号地sgnd，并提供隔离的正电压vdd。
43.参阅图3所示，为本发明实施例提供的点火模块200的电路原理图。点火模块200是由串口通信电压隔离比较器u1
‑
u2、三端稳压器e1
‑
e2、光耦合器op1、场效应管mos1、三极管t1
‑
t4、二极管d1
‑
d3、稳压管w1
‑
w2、三位半电压表ve、继电器开关jk、调制方式转换开关sw、电阻r1
‑
r15、电容c1
‑
c8、多针插座j1、雷管两线制总线接口d
‑
bus所组成。点火模块200的工作原理是：多针插座j1的5脚提供数字通信用的低电压lv≤36v，本实施例采用lv＝30v，lv电压经开关场效应管mos1、电容c1
‑
c2、电阻r1接入三端稳压器e1的输入端1，三端稳压器e1的2端经稳压二极管w1接电源地，三端稳压器e1的输出3端接电阻r2、电容c3由电阻r2一端连接稳压二极管w1的负端，三端稳压器e1的输出3端接采样电阻r3、电容c4，由采样电阻r3经二极管d1连接d
‑
bus接口1端，本实施例三端稳压器e1的输出3端为24v。当本实施例的微处理器ic1的串口txd发出的通信信号通过多针插座j1的4脚txd，输入串口通信电压隔离比较器u1的rin端，u1的输出tuot经调制方式转换开关sw处在b触点时，u1的输出tuot端按通信信号的高低逻辑电平使稳压二极管w1两端按照高低逻辑电平进行短路、开路工作，此时
三端稳压器e1(选择稳压值12v)和稳压二极管w1(选择稳压值12v)串联的稳压输出24v(va),就有12v(va/2)电压幅度压降的调制逻辑波形与雷管进行主从电压调制数字通信，该12v(va/2)电压幅度压降的调制逻辑波形，作为d
‑
bus总线通信码流调制电压变化的方式1；当本实施例的微处理器ic1的串口txd发出的通信信号通过多针插座j1的4脚txd，输入串口通信电压隔离比较器u1的rin端，u1的输出tuot经调制方式转换开关sw处在a触点时，由u1的输出tuot输出按照高低逻辑电平控制开关场效应管mos1的g极，使开关场效应管mos1的d极和s极导通和截止，此时三端稳压器e1(选择稳压值12v)和稳压二极管w1(选择稳压值12v)串联的稳压输出24v(va)，按照高低逻辑电平输出24v(va)关断、导通与雷管进行主从电压调制数字通信，该24v(va)电压幅度的关断、导通调制逻辑波形，作为d
‑
bus总线通信码流调制电压变化的方式2。
44.串口通信电压隔离比较器u1的vdd是信号电源正极、sgnd是信号地、lv是电源低电压正极、gnd是电源地。本实施例通过d
‑
bus总线与起爆器进行从主电流调制数字通信，本实施例调制电流范围在10ma
‑
50ma，本实施例调制的电流信号通过采样电阻r3，采样电阻r3有调制的压降信号经二极管d2、电阻r4
‑
r5、电容c4接入串口通信电压隔离比较器u2的输入正、负端，u2的输出端tuot对应有调制的逻辑电平输出接入多针插座j1的6脚的rxd端供起爆器微处理器ic1的串口rxd端接收。所述的串口通信电压隔离比较器u2的vdd是信号电源正极、sgnd是信号地、lv是电源低电压正极、gnd是电源地；本实施例通过d
‑
bus总线与起爆器进行从主电流调制数字通信，在d
‑
bus总线通信码流调制电流变化在通信方式1、方式2都相同。所述高压稳压电路，是由多针插座j1的9脚输出高电压≤200v，经开关k1闭合、继电器开关jk闭合，输入由三极管t2
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t4、稳压管w2、电阻r8
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r12、电容c5
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c6组成的稳压电路，并由三极管t2经限流电阻r10输出稳定的高电压，本实施例输出稳定的电压为100v，所述的二极管d1反向耐高压大于200v。所述的继电器开关jk闭合，是由微处理器ic1的p4.2脚发出高电平经多针插座j1的8脚经电阻r6、三极管t1、继电器线圈jd、保护二极管d3、电容c7、电阻r7和信号电源vdd，控制继电器开关jk闭合。所述三位半电压表ve，是由lv电压接入三端稳压器e2的输入1端，输出2端提供5v的电压接入三位半电压表ve的v 端，三位半电压表ve的com、in
‑
端接地gnd，in 接正极的d
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bus总线的1端，三位半电压表ve直接测量显示d
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bus总线1端的电压，最高测量显示电压为199.9v。所述的光耦合器op1、电阻r13
‑
r14、电容c9组成隔离d
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bus总线1端的电压采集电路，采样的电压模拟量由光耦合器op1内三极管的发射极输出接入多针插座j1的2脚ua端。多针插座j1的1脚为信号地sgnd。
45.参阅图4所示，为本发明实施例提供的控制模块300的电路原理图，控制模块300是由微处理器ic1、gps信息接收芯片ic2、ism频段无线通信模块ic3、隔离rs485通信芯片ic4、i2c接口显示器ic5、三端稳压器ua1
‑
ua2、光耦合器ga1、稳压器wa1、晶振zi
‑
z2、有源晶振z3、键盘jb、天线an1
‑
an2、后备电池bt1、电阻ra1
‑
ra10、电容ca1
‑
ca15、rs485接口、多针插头j2所组成。其工作原理是：微处理器ic1的17
‑
19脚连接由gps信息接收芯片ic2、接收天线an1、晶振z2、有源晶振z3、电容c13
‑
c14、后备电池bt1组成的gps信息电路，其中微处理器ic1的17
‑
19脚连接gps信息接收芯片ic2的21脚、19脚、20脚，三端稳压器ua2和电容ca13
‑
ca15组成vcc供电电源。所述的微处理器ic1的20脚、21脚通过上拉电阻ra8
‑
ra9相对应连接i2c接口显示器ic5的scl、sda端。所述的微处理器ic1的p0.0
‑
p0.7脚连接4
×
4键盘，电阻ra3
‑
ra6为上拉电阻。所述的微处理器ic1的12脚为模拟电压供电输入端、11脚为基准电压
输入端，由稳压管wa1、电阻ra7、电容ca8组成精密基准电压2.5v输入11脚，vcc电压经电容ca9
‑
ca10滤波接入12脚。微处理器ic1的p1.4的5脚为采样模拟电压输入端，5脚连接多针插头j2的2脚ua，j2的2脚ua对应连接j1的2脚ua端。所述的微处理器ic1的1脚
‑
4脚，对应连接隔离rs485通信芯片ic4的7脚、4脚、6脚、5脚。隔离rs485通信芯片ic4的输出a脚连接y脚再连接rs485接口的2脚，ic4的输出b脚连接z脚再连接rs485接口的1脚,ic4的供电端的vcc、gnd1相互对应连接接入vcc和滤波电容ca6
‑
ca7，ic4的隔离端的visouot、gnd2相互对应连接接入滤波电容ca4
‑
ca5。所述的ism频段无线通信模块ic3的rs485脚a与y、b与z对应连接rs485接口的2脚和1脚，ic3的no
‑
off脚通过上拉电阻ra1和电源ve连接光耦合器ga1内三极管的集电极，发射极接电源地，光耦合器ga1内二极管阳极通过上拉电阻ra2和电源vcc由阴极微处理器ic1的34脚，并由34脚的高低电平控制ism频段无线通信模块ic3的开机和关机。无线通信模块ic3的供电电源由三端稳压器ua1经电容ca1
‑
ca3滤波提供给ic3的vcc脚和gnd脚，ic3的lf
‑
rf是收发天线an2的接口。所述的多针插头j2的1脚接信号地sgnd，j2的2脚ua接ic1的5脚，j2的3脚接电源地gnd，j2的4脚txd接ic1的txd_2脚,j2的6脚rxd接ic1的rxd_2脚，j2的7脚接隔离电源vdd，j2的8脚通过上拉电阻ra10和电源vdd连接ic1的28脚。所述的多针插头j2和多针插座j1相对应连接。
46.参阅图5所示，为本实施例提供的d
‑
bus总线通信码流调制电压、电流变化方式1的波形图，首先图a中vb为高压电充电电压，充电电压在50v≤vb≤200v范围，va为低压通信电压，电压va≤36v。图中t0
‑
t1为主从通信码流电压调制波形，“1”为逻辑高电平，“0”为逻辑低电平，va/2是电压调制波形在逻辑“0”为低电平时维持的电压值，即本实施例通信方式1是va的电压值下降为一半的va/2值，代表逻辑“0”。t1
‑
t2是起爆器给雷管中的储能电容器充高压电的时间，此时的两线制d
‑
bus总线上是由va低压通信电压跳变为vb的高电压。其次，图b中雷管与起爆器通信是在d
‑
bus总线上进行低压通信电流调制波形，其中雷管工作基电流小于1.5ma时为逻辑“1”高电平，雷管工作电流≥10ma时为逻辑“0”低电平。
47.参阅图6所示，为本实施例提供的d
‑
bus总线通信码流调制电压、电流变化方式2的波形图。首先，图c中vb为高压电充电电压，充电电压在50v≤vb≤200v范围，va为低压通信电压，电压va≤36v。图中t0
‑
t1为主从通信码流电压调制波形，“1”为逻辑高电平，“0”为逻辑低电平。通信方式2和通信方式1主要区别在于，电压调制波形在“0”逻辑低电平时，va的电压下降维持为零，即本实施例通信方式2的va电压值下降为零时，代表逻辑“0”；t1
‑
t2是起爆器给雷管中的储能电容器充高压电的时间，此时的两线制d
‑
bus总线上是由va低压通信电压跳变为vb的高电压。其次，图d中雷管与起爆器通信是在d
‑
bus总线上进行低压通信电流调制波形，其中雷管工作基电流小于1.5ma时为逻辑“1”高电平，雷管工作电流≥10ma时为逻辑“0”低电平。
48.结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
49.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。