带故障诊断功能的电子雷管模块及其起爆方法与流程

1.本发明涉及电子雷管技术领域，具体地，涉及一种带故障诊断功能的电子雷管模块及其起爆方法。


背景技术：

2.电子雷管在现场实爆时需要进行组网，组网的方式大都采用的传统的有线连接的方式，简单来说就是先将电子雷管通过脚线采用并联的方式与母线相连，再通过母线连接到起爆器上。这种有线组网的方式带来了很多问题，比如线路过长，导致通信组网不稳定；防水性能不好引起线路漏电无法通信；先爆炸的电子雷管产生的电磁干扰等可能通过组网线路进入到后爆的雷管，引起雷管工作异常，从而导致出现雷管拒爆的现象。
3.此外，有线组网的方式操作繁杂、效率低下，极容易因误操作引起事故。最主要的一个问题是现有的起爆器因为是手持设备，输出功率非常有限，而起爆器要给多达500发的电子雷管充电，充电时间长，效率极低，可靠性也不高，一旦某发电子雷管因为充电不足或者充电过程中功率受限引起复位，也会出现雷管拒爆的现场。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种带故障诊断功能的电子雷管模块及其起爆方法。
5.根据本发明提供的一种带故障诊断功能的电子雷管模块，包括：电子雷管芯片、整流桥、发火电阻r1，发火开关晶体管q1，储能电容c1、电池模块以及无线发送模块；
6.所述整流桥与外部的二总线连接，整流桥与电子雷管芯片电连接，为电子雷管芯片供电；所述电子雷管芯片分别连接发火电阻r1的一端和储能电容c1的一端，所述发火电阻的另一端连接发火开关晶体管q1的漏极，所述储能电容c1的另一端以及发火开关晶体管q1的源极接地；所述电子雷管芯片的点火控制信号输出端口分别连接发火开关的栅极和电池模块；所述电池模块与无线发送模块电连接，为无线发送模块供电。
7.优选地，所述电子雷管芯片包括电源模块、上电复位电路、振荡器电路、基准电压电路、充放电电路、存储器、数字控制电路以及通信电路；
8.所述电源模块的输入端与整流桥连接，电源模块分别与基准电压模块、充放电模块以及上电复位电路连接；
9.所述基准电压电路分别与振荡器电路、存储器和数字控制电路电连接，提供稳定的基准工作电压；
10.所述上电复位电路与数字控制电路连接，对数字控制电路进行复位；
11.所述振荡器电路与数字控制电路连接，提供数字控制电路的时钟；
12.所述存储器与数字控制电路连接；
13.所述充放电电路与数字控制电路连接，数字控制电路控制充放电电路对储能电容进行充放电；
14.所述通信电路分别与外部的二总线和数字控制电路，将二总线ab信号转换成数字信号给数字控制电路解析。
15.优选地，所述电池模块包括电池、锁存器、负载开关、非门、下拉电阻r2以及下拉电阻r3；
16.所述电池正极分别连接锁存器d端、锁存器vcc端和负载开关vin端；
17.所述锁存器的q端分别连接负载开关的使能端en和下拉电阻r3的一端，所述锁存器的输入端le与非门的输入端与电子雷管芯片连接，用于接收点火控制信号fire_en；所述锁存器的输出使能端oen与下拉电阻r2的一端连接；
18.所述非门的vcc端与电子雷管芯片连接，由电子雷管芯片输出工作电压vcore至非门，所述非门的输出端与下拉电阻r2的另一端连接；
19.所述负载开关的输出端vout与无线发送模块连接；
20.所述电池的负极、锁存器的gnd端、下拉电阻r2的另一端、下拉电阻r3的另一端以及非门的gnd端接地。
21.优选地，所述下拉电阻r2和下拉电阻r3采用阻值大于或等于1mω的电阻。
22.优选地，所述存储器为掉电不丢失的存储器rom，用于存储包括雷管用户码uid、起爆密码、延期值的配置信息。
23.优选地，所述发火电阻r1用于起爆时发火引爆药头，采用包括桥丝电阻或贴片金属电阻。
24.优选地，所述数字控制电路生成点火控制信号fire_en，所述点火控制信号fire_en同时向至发火电阻r1和电池模块发送。
25.优选地，所述无线发送模块在电子雷管引爆失败时开始工作，周期性发送电子雷管唯一的用户表示uid。
26.优选地，所述充放电电路包括充电mos管和限流电阻，所述充电mos管的栅极与数字控制电路电连接。
27.根据本发明提供的一种带故障诊断功能的电子雷管模块起爆方法，包括以下步骤：
28.步骤s1：将电子雷管芯片完成初始化，进入待机状态，等待接收用于控制电子雷管模块的起爆器的命令；
29.步骤s2：在起爆器完成正常的通信、芯片配置、储能电容c1充电、起爆密码验证和延期时间设置后发送起爆命令；
30.步骤s3：在电子雷管芯片接收到起爆命令后，通过数字控制电路控制芯片从正常模式进入起爆前倒计时的延期模式，数字控制电路的延期计数器启动，开始倒计时；
31.步骤s5：计时器倒计时结束之后，通过数字控制电路同时输出点火控制信号fire_en至发火电阻和电池模块，发火电阻引爆药头，若电子雷管顺利起爆，则电池模块和无线发送模块被摧毁；若电子雷管起爆失败，则进入步骤s6；
32.步骤s6：点火控制信号fire_en作为电池模块使能控制信号打开电池开关，给无线发送模块供电；
33.步骤s7：无线发送模块上电之后周期性发送雷管的用户uid信息，该用户uid信息在电子雷管模块加工生产过程中写入到无线发送模块内部。
34.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
35.1、本发明可以快速有效地判断是否存在雷管拒爆的现象，特别是针对雷管发数多、布孔密的爆炸现场，每一发雷管的爆炸情况可以做到真正的完全可追踪，安全透明，而不是纯粹依靠人耳听或者肉眼观察来进行判断，提高了安全性。
36.2、本发明可以快速定位出拒爆雷管的具体位置，进行正确的清障处理，消除残留炸药的隐患。
37.3、本发明中电子雷管模块上的无线发送模块，由电池进行供电，平时处于关闭状态，不消耗功耗，对电子雷管正常引爆没有任何影响。
附图说明
38.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
39.图1为本发明电子雷管模块结构示意图；
40.图2为本发明中电池模块的电路结构图；
41.图3为本发明中电池模块的电路工作波形图。
具体实施方式
42.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
43.本发明公开了一种带故障诊断功能的电子雷管模块，参照图1，包括：电子雷管芯片、整流桥、发火电阻r1，发火开关晶体管q1，储能电容c1、电池模块以及无线发送模块。
44.电池模块：给无线发送模块提供工作电源。受电子雷管芯片控制，当雷管延期倒计时结束打开发火开关之后，同时也打开电池的开关，输出电源给无线发送模块。
45.无线发送模块：实现电子雷管模块的无线发送功能，由电池模块进行供电，平时处于关闭状态，完全不消耗电流，不影响电子雷管正常工作。一旦电子雷管引爆失败，无线发送模块电源会被打开，周期性地发送电子雷管唯一的用户标识uid，通过无线接收设备接收的数据判断拒爆的雷管信息。
46.整流桥：将输入二总线ab交流电压转成直流电压，作为电子雷管芯片供电电源。
47.电子雷管芯片：包括电源模块、上电复位电路、振荡器电路、基准电压电路、充放电电路、存储器、数字控制电路以及通信电路。各组成功能如下：
48.电源模块：以整流桥输出电压为输入电压，输出稳定电压为上电复位电路、基准电压电路、通信电路、充放电电路提供工作电压。
49.基准电压电路：以电源模块输出电压为工作电压，输出稳定的基准电压供振荡器电路、数字控制电路、存储器工作。
50.充放电电路：以电源模块输出电压作为输入电压，内部包含了充电mos管和限流电阻，实现储能电容的充放电，而充、放电的打开和关闭受数字控制电路控制。
51.上电复位电路：芯片上电输出复位信号，用于对数字控制电路进行复位。
52.振荡器电路：芯片内部rc振荡器，用于提供数字控制电路的时钟。
53.通信电路：接收二总线ab信号，将其转换成数字信号给数字控制电路进行解析。
54.数字控制电路：芯片的核心控制逻辑电路。连接通信电路，用于接收二总线输入的指令和返回数据；连接存储器，可以将通过指令写入的用户标识uid、起爆密码、延期值等数据并保存在存储器内；连接充放电控制电路，可以控制储能电容的充放电；连接发火开关，用于在起爆延期倒计时结束后打开发火开关引爆药头；连接电池，用于打开电池使能开关，输出电源给无线发送模块供电。
55.存储器：掉电不丢失的存储器rom，用于存储雷管用户码uid、起爆密码、延期值等配置信息。
56.发火电阻：用于在电子雷管芯片起爆时发火引爆药头的电阻。一般采用桥丝电阻或贴片金属电阻。
57.储能电容：用于在电子雷管起爆时提供能量引爆发火电阻。
58.发火开关：用于控制储能电容释放能量的电流通路，引爆发火电阻。
59.电子雷管模块各组成的连接关系为：整流桥与外部的二总线连接，整流桥与电子雷管芯片电连接，为电子雷管芯片供电；所述电子雷管芯片分别连接发火电阻r1的一端和储能电容c1的一端，所述发火电阻的另一端连接发火开关晶体管q1的漏极，所述储能电容c1的另一端以及发火开关晶体管q1的源极接地；所述电子雷管芯片的点火控制信号输出端口分别连接发火开关的栅极和电池模块；所述电池模块与无线发送模块电连接，为无线发送模块供电。
60.所述电源模块的输入端与整流桥连接，电源模块分别与基准电压模块、充放电模块以及上电复位电路连接；所述基准电压电路分别与振荡器电路、存储器和数字控制电路电连接，提供稳定的基准工作电压；所述上电复位电路与数字控制电路连接，对数字控制电路进行复位；所述振荡器电路与数字控制电路连接，提供数字控制电路的时钟；所述存储器与数字控制电路连接；所述充放电电路与数字控制电路连接，数字控制电路控制充放电电路对储能电容进行充放电；所述通信电路分别与外部的二总线和数字控制电路，将二总线ab信号转换成数字信号给数字控制电路解析。
61.参照图2，所述电池模块包括电池、锁存器、负载开关、非门、下拉电阻r2以及下拉电阻r3；所述电池正极分别连接锁存器d端、锁存器vcc端和负载开关vin端；所述锁存器的q端分别连接负载开关的使能端en和下拉电阻r3的一端，所述锁存器的输入端le与非门的输入端与电子雷管芯片连接，用于接收点火控制信号fire_en；所述锁存器的输出使能端oen与下拉电阻r2的一端连接；所述非门的vcc端与电子雷管芯片连接，由电子雷管芯片输出工作电压vcore至非门，所述非门的输出端与下拉电阻r2的另一端连接；所述负载开关的输出端vout与无线发送模块连接；所述电池的负极、锁存器的gnd端、下拉电阻r2的另一端、下拉电阻r3的另一端以及非门的gnd端接地。所述下拉电阻r2和下拉电阻r3采用阻值大于或等于1mω的电阻。
62.数字控制电路生成点火控制信号fire_en，所述点火控制信号fire_en同时向至发火电阻r1和电池模块发送。所述无线发送模块在电子雷管引爆失败时开始工作，周期性发送电子雷管唯一的用户表示uid。
63.点火控制信号fire_en开启电池的原理如下：
64.在电子雷管芯片没有上电时，点火控制信号fire_en为低电平，锁存器输出是无效电平，负载开关的使能端en通过下拉电阻固定在低电平，输出vdd为0v，无线发送模块不工作。
65.当电子雷管芯片上电之后，芯片工作电压vcore输出电压(通常在3v)，非门工作，但是点火控制信号fire_en无效，为低电平，并且锁存器的输出使能(低有效)为高电平，锁存器输出也是关闭的，负载开关的使能端en通过下拉电阻固定在低电平，输出vdd为0v，无线发送模块仍然不工作。
66.只有当延期结束点火控制信号fire_en有效时(从低到高)，锁存器锁存使能，同时输出使能oen也变为低电平(有效电平)，负载开关的使能端en输出高电平，从而打开负载开关，输出vdd给无线发送模块供电。
67.同时因为电子雷管芯片点火控制信号打开发火开关后，储能电容上的能量会全部用于加热发火电阻，很快储能电容能量会释放完，芯片会失去供电电源，fire_en会变成低电平，同时芯片工作电压vcor变为0v，非门输出无效，锁存器的输出使能oen通过下拉电阻拉到低电平，锁存器继续保持在之前的状态并能有效输出，这样就可以保证电子雷管芯片失电之后，无线发送模块还能正常工作。电池模块电路工作波形如图3所示。
68.本发明还公开了一种带故障诊断功能的电子雷管模块起爆方法，包括以下步骤：
69.步骤s1：将电子雷管芯片完成初始化，进入待机状态，等待接收用于控制电子雷管模块的起爆器的命令；
70.步骤s2：在起爆器完成正常的通信、芯片配置、储能电容c1充电、起爆密码验证和延期时间设置后发送起爆命令；
71.步骤s3：在电子雷管芯片接收到起爆命令后，通过数字控制电路控制芯片从正常模式进入起爆前倒计时的延期模式，数字控制电路的延期计数器启动，开始倒计时；
72.步骤s5：计时器倒计时结束之后，通过数字控制电路同时输出点火控制信号fire_en至发火电阻和电池模块，发火电阻引爆药头，若电子雷管顺利起爆，则电池模块和无线发送模块被摧毁；若电子雷管起爆失败，则进入步骤s6；
73.步骤s6：点火控制信号fire_en作为电池模块使能控制信号打开电池开关，给无线发送模块供电；
74.步骤s7：无线发送模块上电之后周期性发送雷管的用户uid信息，该用户uid信息在电子雷管模块加工生产过程中写入到无线发送模块内部。
75.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。