起爆装置及其主控流程 |
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| 申请号 | CN200810135028.0 | 申请日 | 2008-07-28 | 公开(公告)号 | CN101324413B | 公开(公告)日 | 2011-08-10 |
| 申请人 | 颜景龙; 北京铱钵隆芯科技有限责任公司; | 发明人 | 颜景龙; 张宪玉; 刘星; 李风国; 赖华平; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 电子 雷管 起爆装置，包括控 制模 块 、 人机交互 模块、电源管理模块、 信号 调制发送模块、信号解调接收模块、信号总线、和电源。其中，电源管理模块可包括模/数转换器、数/模转换器和 电压 转换模块；信号调制发送模块可包括信号调制模块、和升压模块；信号解调接收模块可包括信号取样模块、和信号调理 电路 ；人机交互模块可包含设定及显示装置，以及授权装置、 锁 定装置、或防误操作 开关 。本发明还提供上述起爆装置的主控流程，并详细阐述了其中通信电压管理 进程 、信号发送进程、信号接收进程、充电进程、起爆进程的流程。如此技术方案，提供了一种与电子雷管配套使用的起爆装置，实现了与电子雷管双向通信、起爆电子雷管等基本功能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电子雷管起爆装置，包括控制模块、人机交互模块和电源，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 起爆装置及其主控流程技术领域背景技术[0002] 现有的电雷管起爆器一般采用串联或串并联结合的电雷管网路。串联上千发电雷管时，为保证网络中所有电雷管均能同时起爆，电雷管起爆器应能瞬间产生一到几个安培的电流，该电流一定要大于每发电雷管的串联准爆电流，否则会产生拒爆、半爆等现象。单发电雷管的电阻一般在一到几个欧姆左右，因此需要上述电雷管起爆器具有升压电路，并能提供千伏量级的输出电压。因此，上述电雷管起爆器在使用时具有一定的危险性。 [0003] 若上千发电雷管并联起爆，则上述电雷管起爆器需要的输出电压比较低，但其瞬间输出电流在大型网络中将非常巨大，一般的电雷管起爆器难以达到相应需求的千安培量级的输出能力。另外，并联网络也不易检测网络状态，容易出现丢炮的情况。因此，一般采用串并结合的方式构建雷管起爆网路，但即使如此，亦存在上述诸多危险性。 [0004] 由于电雷管及其起爆器的上述缺陷，电子雷管应运而生。自上世纪八十年代起，电子雷管概念一提出，世界上多个国家便在电子雷管及其起爆装置领域展开了竞争。电子雷管，尤其是数码电子雷管，通过逻辑控制和双向通信即可实现对起爆过程的控制，防止非法起爆。电子雷管必须通过专用的起爆装置才能将其起爆，因此，在电子雷管研制的同时，本发明提供了与专利ZL03156912.9、和专利申请文件200820111269.7或者200820111270.X中所述电子雷管配套使用的电子雷管起爆装置及其主控流程。 发明内容[0005] 本发明的目的在于解决上述现有技术的缺陷，提供一种可与电子雷管配套使用的起爆装置，实现了与电子雷管双向通信、起爆电子雷管等起爆装置的基本功能。 [0006] 本发明的技术目的是通过下述技术方案实现的： [0007] 一种电子雷管起爆装置，包括控制模块、人机交互模块、电源管理模块、信号调制发送模块、信号解调接收模块、信号总线、和电源。所述控制模块连接到除所述电源和所述信号总线外的上述其余模块，分别同该其余模块进行信号联系。所述电源连接到所述电源管理模块和所述人机交互模块。所述电源管理模块的工作电压输出端连接到所述人机交互模块、所述控制模块、所述信号调制发送模块、和所述信号解调接收模块，并向上述各模块供电；所述电源管理模块的控制端连接到所述控制模块，与所述控制模块进行双向通讯；所述电源管理模块的通信电压采样端分别连接到所述信号总线的两根；所述信号调制发送模块和所述信号解调接收模块串联在所述电源管理模块其余的一端与所述信号总线的一根之间；所述电源管理模块的上述其余的一端构成所述电源管理模块的通信电压输出端。 所述人机交互模块连接到所述信号调制发送模块的再一端，所述电源通过所述人机交互模块向所述信号调制发送模块供电。所述信号总线的另一根连接到所述信号调制发送模块其余的一端。 [0009] 对上述技术方案中的诸模块逐一详述： [0010] 其一，所述电源管理模块包括模/数转换器、数/模转换器和电压转换模块。所述电压转换模块一端与所述电源连接；一端通向所述电源管理模块外部，构成所述电源管理模块的所述通信电压输出端；所述电压转换模块还有一端连接到所述数/模转换器；所述电压转换模块其余一端在所述电源管理模块内部同时连接到所述模/数转换器和所述数/模转换器，该端还在所述电源管理模块外部同时连接到所述信号解调接收模块、所述人机交互模块、所述信号调制发送模块、和所述控制模块，构成所述电源管理模块的所述工作电压输出端。所述模/数转换器一端连接所述电压转换模块，由所述电压转换模块供电；一端连接所述控制模块；其余两端分别连接到所述信号总线的两根，构成所述电源管理模块的所述通信电压采样端。所述数/模转换器一端连接所述电压转换模块，由所述电压转换模块供电；一端连接到所述电压转换模块的另一端，向所述电压转换模块发送通信电压调节信号；所述数/模转换器其余一端连接所述控制模块。 [0011] 所述电源管理模块的这种实施方式，实现了对其输出的通信电压值的预设与监控。将通信电压的电压值控制得低于所述电子雷管的安全电压值，亦即低于起爆所述电子雷管所需的最低电压值，可保证在起爆前的准备阶段，上述起爆装置内部不具备足够起爆电子雷管的电压，从而保障了起爆前操作电子雷管的安全性。该通信电压与起爆电子雷管所需电压相比要低得多，从而更进一步保证了起爆装置与电子雷管通信过程的安全。 [0012] 其二，所述信号调制发送模块包括信号调制模块、和升压模块。所述升压模块一端连接所述人机交互模块，由所述电源通过所述人机交互模块向所述升压模块供电；所述升压模块的另一端连接到所述信号调制模块。所述信号调制模块的端口一连接所述电源管理模块的所述工作电压输出端；端口二连接所述升压模块；端口三连接所述控制模块，接收所述控制模块发送的控制信号；所述信号调制模块的端口四通向所述信号总线的一根。所述信号调制模块的端口五连接到所述电源管理模块的所述通信电压输出端，端口六连接到所述信号解调接收模块；或者，所述信号调制模块的端口五连接到所述信号解调接收模块，端口六通向所述信号总线的另一根。 [0013] 所述信号调制发送模块中的升压模块用于产生向所述电子雷管中的储能装置充电所需的起爆电压，信号调制模块用于完成对起爆装置向信号总线上输出的电压的切换，亦即，在通信电压和起爆电压之间的转换，使得信号总线上的电压分别满足通信时、和向电子雷管充电时的所需电压的要求。这样就实现了所述起爆装置对电子雷管所需能量的管理和控制：一方面，在通信阶段，将所述信号总线上的电压控制为上述通信电压，保证了与电子雷管通信过程的安全性；另一方面，在起爆阶段，将所述信号总线上的电压切换到通过上述升压模块输出的高电压，即上述起爆电压，从而保证电子雷管获得足够可靠起爆的能量。所述信号调制模块还完成本起爆装置向电子雷管发送数据时数据的调制，从而实现了起爆装置与电子雷管之间的直流载波通信。 [0014] 其三，所述信号解调接收模块包括信号取样模块、和信号调理电路。所述信号调理电路的一端连接所述电源管理模块的所述工作电压输出端；所述信号调理电路的另一端连接到所述控制模块，向所述控制模块发送数据；其余的一端连接所述信号取样模块的端口七。所述信号取样模块的端口八连接所述信号调制发送模块中的所述信号调制模块，端口九通向所述信号总线；或者，所述信号取样模块的端口八连接所述电源管理模块的所述通信电压输出端，端口九连接所述信号调制发送模块中的所述信号调制模块。 [0015] 上述信号取样模块可取为一电阻，该电阻的两端分别连接到所述信号调制发送模块和所述信号总线的一根之间；或者，该电阻两端分别连接到所述信号调制发送模块和所述电源管理模块的所述通信电压输出端之间。所述电阻的两端还分别连接到所述信号调理电路。采用电阻构成取样模块的实施方式简单易行。并且，电阻为一无源器件，不会在取样时产生附加噪声。当信号总线上有电流时，电阻两端会形成一定的压降。随总线上电流的变化，其压降线性变化，从而输入到所述信号调理电路的压降的变化即表示了信号总线上电流的变化，进而表达了电子雷管方向传来的信息。 [0016] 上述信号取样模块还可取为一电磁耦合器，其初级线圈两端分别连接到所述信号调制发送模块和所述信号总线的一根之间；或者，该电磁耦合器的初级线圈两端分别连接到所述信号调制发送模块和所述电源管理模块的所述通信电压输出端之间。所述电磁耦合器的次级线圈连接到所述信号调理电路。所述电磁耦合器，本质上为在信号总线上接入的电感，其提取的为总线上信息的变化。电感为一储能器件，在信号取样时会产生一定而附加噪声，但当总线稳定时，其阻抗为零，不会形成压降，因此不会产生基线的漂移。 [0017] 上述信号调理电路可包含滤波电路、放大电路、和比较器。所述滤波电路的一端连接所述信号取样模块，接收所述信号取样模块发送来的数据；所述滤波电路的另一端连接到所述放大电路。所述放大电路一端连接所述滤波电路，另一端连接所述电源管理模块的所述工作电压输出端，所述放大电路的其余端连接到所述比较器。所述比较器一端连接到所述控制模块，另一端连接所述电源管理模块的所述工作电压输出端，所述比较器的其余端连接所述放大电路。上述比较器优选为滞回比较器。上述信号调理电路完成了模拟信号向数字信号的转换，且转换的相应特性较好，是一种简单易实现的模/数信号转换方式。另外，滞回比较器具有较好的抗噪声干扰的能力。 [0018] 其四，所述人机交互模块包含设定及显示装置、授权装置、锁定装置、和防误操作开关。其中，所述设定及显示装置的一端连接所述电源管理模块，由所述电源管理模块供电，所述设定及显示装置的另一端连接所述控制模块。所述授权装置的一端连接所述电源管理模块，由所述电源管理模块供电，所述授权装置的另一端连接所述控制模块。所述锁定装置一端连接所述电源，另一端连接到所述升压模块，所述电源通过所述锁定装置向所述升压模块供电。所述防误操作开关的一端连接所述电源管理模块，由所述电源管理模块供电，所述防误操作开关的另一端连接所述控制模块。 [0019] 或者，所述人机交互模块可包含所述设定及显示装置，所述设定及显示装置进一步包含输入模块和显示模块。所述输入模块的一端与所述显示模块的一端连接，并共同连接所述电源管理模块，由所述电源管理模块供电。所述输入模块的另一端连接到所述控制模块，向所述控制模块发送数据。所述显示模块的另一端连接所述控制模块，接收所述控制模块发送来的数据。 [0020] 或者，所述人机交互模块包含所述授权装置和所述设定及显示装置。所述授权装置的一端与所述设定及显示装置的一端连接，并共同连接到所述电源管理模块，由所述电源管理模块供电。所述授权装置的另一端连接所述控制模块。所述设定及显示装置的另一端连接所述控制模块。 [0021] 或者，所述人机交互模块包含所述锁定装置和所述设定及显示装置。所述锁定装置一端连接所述电源，另一端连接到所述升压模块，所述电源通过所述锁定装置向所述升压模块供电。所述设定及显示装置的一端连接所述电源管理模块，由所述电源管理模块供电，所述设定及显示装置的另一端连接所述控制模块。 [0022] 或者，所述人机交互模块包含所述防误操作开关和所述设定及显示装置。所述防误操作开关的一端与所述设定及显示装置的一端连接，并共同连接到所述电源管理模块，由所述电源管理模块供电。所述防误操作开关的另一端连接所述控制模块。所述设定及显示装置的另一端连接所述控制模块。 [0023] 在上述人机交互模块的诸实施方式中，设定及显示装置为所述人机交互模块实现其基本功能必不可少的组成部分。授权装置的引入能有效避免起爆装置的非法使用，从根本上杜绝电子雷管的非法使用。锁定装置的引入能进一步避免电子雷管的非法起爆，亦即，在使用起爆装置时，即使用户获得了上述授权信息，进入正常使用状态，若没有能使得所述锁定装置开启的装置配套使用，仍然无法起爆电子雷管。通过控制所述升压模块是否通电，达到对电子雷管内储能装置的储能过程的控制，从而能进一步避免电子雷管的非法使用。防误操作开关的引入能避免因对起爆装置的误操作而导致的电子雷管的意外起爆，从而进一步提高本发明所述起爆装置在使用过程的安全性。 [0024] 上述授权装置优选为逻辑加密芯片或加密系统。上述锁定装置优选包含机械锁头及与之相配的钥匙。上述防误操作开关为二个按钮式非自锁开关。 [0025] 本发明还提供了不包含授权装置的起爆装置的主控流程，包含以下步骤： [0026] 第一步，开启所述起爆装置。 [0027] 第二步，所述起爆装置进行初始化，包括初始化所述控制模块和初始化所述人机交互模块。 [0029] 第四步，所述控制模块对所述人机交互模块的输出进行检测，并进行系统调度：若所述控制模块检测到需执行数据发送任务的信号，则继续执行第五步；否则，所述控制模块继续检测所述人机交互模块的输出。若所述控制模块检测到需执行爆破网路充电任务的信号，则继续执行第十步；否则，所述控制模块继续检测所述人机交互模块的输出。若所述控制模块检测到需执行起爆任务的信号，则继续执行第十二步；否则，所述控制模块继续检测所述人机交互模块的输出。若所述控制模块检测到需关闭所述起爆装置的信号，则继续执行第十五步；否则，所述控制模块继续检测所述人机交互模块的输出。 [0030] 第五步，所述控制模块控制所述信号调制模块将所述信号总线上的电压切换到所述通信电压。 [0031] 第六步，启动信号发送进程，即所述控制模块通过所述信号总线向所述电子雷管发送数据。 [0032] 第七步，所述信号发送进程结束后，所述控制模块依据所发送数据中的指令的类型判断是否执行数据接收任务，即，若指令为单个指令，则执行数据接收任务，若指令为全局指令，则不执行接收任务：若执行数据接收任务，则继续进行第八步；若不执行，则返回所述第四步。 [0033] 第八步，启动信号接收进程，即所述控制模块通过所述信号总线接收来自所述电子雷管方向传来的数据。 [0034] 第九步，所述信号接收进程结束后，所述控制模块控制所述信号调制模块将所述信号总线上的电压切换回执行所述第五步之前所述信号总线上的电压。然后返回所述第四步。 [0035] 第十步，启动充电进程，即通过所述信号总线向所述电子雷管中的储能装置充电。 [0036] 第十一步，所述充电进程结束后，返回所述第四步。 [0037] 第十二步，所述控制模块检测所述充电进程是否充电完毕：若充电完毕，则继续进行第十三步；若充电未完毕，则返回所述第四步。 [0038] 第十三步，启动起爆进程，即所述控制模块通过所述信号总线向所述电子雷管发送控制所述电子雷管起爆的起爆指令。 [0039] 第十四步，所述起爆进程结束后，返回所述第四步。 [0040] 第十五步，关闭所述起爆装置，结束所述起爆装置的所述主控流程。 [0041] 本发明还提供了一种包含授权装置的起爆装置的主控流程，包含以下步骤： [0042] 步骤一，开启所述起爆装置。 [0043] 步骤二，所述起爆装置进行初始化，包括初始化所述控制模块和初始化所述人机交互模块。 [0044] 步骤三，所述控制模块读取所述授权装置中的授权信息，所述授权信息包含用户名和密码。 [0045] 步骤四，所述控制模块通过所述人机交互模块中的所述设定及显示装置提示用户输入授权信息。 [0046] 步骤五，所述控制模块对所述授权装置中的授权信息和经由所述设定及显示装置输入的授权信息进行比对：若比对结果相符，则继续进行步骤六；若比对结果不相符，则返回所述步骤四。 [0047] 步骤六，启动通信电压管理进程，即所述控制模块对所述电源管理模块开始管理。 [0048] 步骤七，所述控制模块对所述人机交互模块的输出进行检测，并进行系统调度：若所述控制模块检测到需执行数据发送任务的信号，则继续执行步骤八；否则，所述控制模块继续检测所述人机交互模块的输出。若所述控制模块检测到需执行爆破网路充电任务的信号，则继续执行步骤十三；否则，所述控制模块继续检测所述人机交互模块的输出。若所述控制模块检测到需执行起爆任务的信号，则继续执行步骤十五；否则，所述控制模块继续检测所述人机交互模块的输出。若所述控制模块检测到需关闭所述起爆装置的信号，则继续执行步骤十八；否则，所述控制模块继续检测所述人机交互模块的输出。 [0049] 步骤八，所述控制模块控制所述信号调制模块将所述信号总线上的电压切换到所述通信电压。 [0050] 步骤九，启动信号发送进程，即所述控制模块通过所述信号总线向所述电子雷管发送数据。 [0051] 步骤十，所述信号发送进程结束后，所述控制模块依据所发送数据中的指令的类型判断是否执行数据接收任务，即，若指令为单个指令，则执行数据接收任务，若指令为全局指令，则不执行接收任务：若执行数据接收任务，则继续进行步骤十一；若不执行，则返回所述步骤七。 [0052] 步骤十一，启动信号接收进程，即所述控制模块通过所述信号总线接收来自所述电子雷管方向传来的数据。 [0053] 步骤十二，所述信号接收进程结束后，所述控制模块控制所述信号调制模块将所述信号总线上的电压切换回执行所述步骤八之前所述信号总线上的电压。然后返回所述步骤七。 [0054] 步骤十三，启动充电进程，即通过所述信号总线向所述电子雷管中的储能装置充电。 [0055] 步骤十四，所述充电进程结束后，返回所述步骤七。 [0056] 步骤十五，所述控制模块检测所述充电进程是否充电完毕：若充电完毕，则继续进行步骤十六；若充电未完毕，则返回所述步骤七。 [0057] 步骤十六，启动起爆进程，即所述控制模块通过所述信号总线向所述电子雷管发送控制所述电子雷管起爆的起爆指令。 [0058] 步骤十七，所述起爆进程结束后，返回所述步骤七。 [0059] 步骤十八，关闭所述起爆装置，结束所述起爆装置的所述主控流程。 [0060] 其中，所述通信电压管理进程是按照以下步骤进行的： [0061] 步骤A，对所述通信电源管理进程进行初始化，即所述控制模块把其内置程序中如下变量的初值存入其缓存中待用，该缓存即收到电压赋值变量DATA的初始值DATA0、通信电压预设值的数据表达值V0、和预设通信电压调整周期T。 [0062] 步骤B，执行通信电压调节流程。 [0063] 步骤C，所述通信电压调节流程结束后，检测是否接收到通信电压管理进程结束信号：若接收到所述通信电压管理进程结束信号，则结束所述通信电压管理进程；若未接收到，则继续进行步骤D。 [0064] 步骤D，检测本通信电压管理进程运行的时间是否到达所述预设通信电压调整周期T：若到达所述T，则返回所述步骤B；若未到达所述T，则继续检测。 [0065] 上述电压赋值变量DATA的初始值DATA0，取定为使得所述数/模转换器输出其最大电压值或者最小电压值的电压赋值变量DATA的值。这样就能保证电源管理模块的通信电压输出端输出的电压最低，从而可靠地保证了起爆装置与电子雷管通信过程的安全。 [0066] 上述步骤B通信电压调节流程是按照以下步骤进行的： [0067] 第一步，读取所述模/数转换器采样到的、两根所述信号总线上电压值的数据表达值，分别记为V1和V2。 [0068] 第二步，计算所述V1与所述V2的差值的绝对值，记为V’。 [0069] 第三步，计算所述V0与所述V’之间的差值ΔV。 [0070] 第四步，以所述差值ΔV为输入参数，计算所述通信电压的调节值f(ΔV)。 [0071] 第五步，把所述电压赋值变量DATA和所述通信电压的所述调节值f(ΔV)相加，得出所述电压赋值变量的经调节后的值DATA，即DATA＝DATA+f(ΔV)。 [0072] 第六步，将所述经调节后的值DATA发送给所述数/模转换器。 [0073] 第七步，结束所述通信电压调节流程。 [0074] 其中，所述信号发送进程是按照以下步骤进行的： [0075] 步骤甲，将数据包中待发送数据的位数记为N。 [0076] 步骤乙，从所述数据包中读取一位待发送数据，将该待发送数据作为所述数据包发送数据的起点。 [0077] 步骤丙，经检测，若当前待发送数据为1，则所述信号调制发送模块发送表达数据1的调制信号；经检测，若当前待发送数据为0，则所述信号调制发送模块发送表达数据0的调制信号。 [0078] 步骤丁，将所述数据包中待发送数据的位数N减1，作为新的待发送数据的位数，即，N＝N-1。 [0079] 步骤戊，检测所述数据包中待发送数据的位数N是否为零：若所述数据包中待发送数据的位数N为零，则结束所述信号发送进程；若不为零，则按照预定的选择下一位待发送数据的规则，选择并读取所述数据包中下一位待发送数据，然后返回所述步骤丙。 [0080] 其中，所述信号接收进程是按照以下步骤进行的： [0081] 步骤I，从所述控制模块中调用预设的信号接收超时时间值T’。 [0082] 步骤II，检测所述控制模块接收来自所述电子雷管方向传来的数据的时间，是否到达所述信号接收超时时间值T’：若到达，则结束所述信号接收进程；若未到达，则继续进行步骤III。 [0083] 步骤III，检测所述控制模块是否接收到所述信号调理电路发送来的串行信号：若接收到所述串行信号，则对所述串行信号进行采样，并获取所述电子雷管的信息，然后返回所述步骤II；若未接收到所述串行信号，则返回所述步骤II。 [0084] 其中，所述充电进程是按照以下步骤进行的： [0085] 首先，所述控制模块控制所述信号调制模块将所述信号总线上的电压切换到向所述电子雷管中的所述储能装置充电所需的起爆电压。 [0086] 然后，所述控制模块检测是否充电完毕：若充电完毕，则结束所述充电进程；若充电未完毕，则继续充电。 [0087] 其中，所述起爆进程是按照以下步骤进行的： [0088] 首先，所述控制模块检测所述人机交互模块中的所述防误操作开关是否闭合并持续预设值秒数：若所述防误操作开关闭合并持续预设值秒数，则所述控制模块控制所述信号调制模块将所述信号总线上的电压切换到所述通信电压；若所述防误操作开关未闭合、或未持续预设值秒数，则结束所述起爆进程。 [0089] 其次，启动所述信号发送进程，通过所述信号总线向所述电子雷管发送所述起爆指令。 [0091] 图1-1为本发明起爆装置的一种总体框图； [0092] 图1-2为本发明起爆装置的另一种总体框图； [0093] 图2为本发明中电源管理模块的组成示意图； [0094] 图3-1为本发明中通信电压输出端连接到信号调制发送模块时信号调制发送模块的组成示意图； [0095] 图3-2为本发明中通信电压输出端连接到信号解调接收模块时信号调制发送模块的组成示意图； [0096] 图4为本发明中信号解调接收模块的组成示意图； [0097] 图5为本发明中信号取样模块采用电阻的实施方式的示意图； [0098] 图6为本发明中信号取样模块采用电磁耦合器的实施方式的示意图； [0099] 图7为本发明中信号调理电路的实施方式的示意图； [0100] 图8-1为本发明中人机交互模块的一种实施方式的示意图； [0101] 图8-2为本发明中人机交互模块由设定及显示装置构成的实施方式的示意图； [0102] 图8-3为本发明中人机交互模块包含授权装置的实施方式的示意图； [0103] 图8-4为本发明中人机交互模块包含锁定装置的实施方式的示意图； [0104] 图8-5为本发明中人机交互模块包含防误操作开关的实施方式的示意图； [0105] 图9-1为本发明起爆装置的一种主控流程； [0106] 图9-2为本发明含授权装置的起爆装置的一种主控流程； [0107] 图10为本发明中通信电压管理进程的流程图； [0108] 图11为本发明通信电压调节流程的流程图； [0109] 图12为本发明中信号发送进程的流程图； [0110] 图13为本发明中信号接收进程的流程图； [0111] 图14为本发明中充电进程的流程图； [0112] 图15为本发明中起爆进程的流程图。 具体实施方式[0113] 下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。 [0114] 如图1-1和图1-2，一种与专利ZL03156912.9、和专利申请文件200820111269.7或者200820111270.X中的电子雷管配套使用的电子雷管起爆装置，包括控制模块101、人机交互模块102、电源管理模块104、信号调制发送模块103、信号解调接收模块105、信号总线106、和电源107。详细连接关系描述如下： [0115] 1.控制模块101连接到除电源107和信号总线106外的上述其余模块，分别同该其余模块进行信号联系。控制模块101根据从这些模块接收到的信息，协调和控制它们的工作状态。电源107连接到电源管理模块104，为起爆装置提供工作能源，并通过信号总线106向电子雷管输出其所需的工作能源。电源107还连接到人机交互模块102，通过人机交互模块102的控制向信号调制发送模块103供电，进而提供爆破网路起爆电子雷管所需的起爆电压。 [0116] 2.电源管理模块104用于产生起爆装置自身正常工作所需的工作电源电压、以及同电子雷管通信时所需的通信电压。电源管理模块104的工作电压输出端802连接到人机交互模块102、控制模块101、信号调制发送模块103、和信号解调接收模块105，向上述各模块供电。信号调制发送模块103和信号解调接收模块105串联在电源管理模块104的通信电压输出端801与信号总线106的一根之间。电源管理模块104的通信电压采样端804分别连接到信号总线106的两根，在控制模块101的控制下，电源管理模块104对两根总线106上的电压进行采样，依据采样结果调节通过通信电压输出端801输出的通信电压。电源管理模块104的控制端803连接到控制模块101，与控制模块101进行双向通讯，即电源管理模块104向控制模块101提供对总线106上的电压进行采样的结果，并接收控制模块 101的控制信息完成对通信电压输出端801输出的通信电压的调节。 [0117] 3.人机交互模块102连接到信号调制发送模块103的再一端，电源107通过人机交互模块102向信号调制发送模块103供电。信号总线106的另一根连接到信号调制发送模块103其余的一端。 [0118] 在图1-1和图1-2所示实施方式中，图1-1对应电源管理模块104的通信电压输出端801连接到信号调制发送模块103的情况，图1-2对应电源管理模块104的通信电压输出端801连接到信号解调接收模块105的情况。这两种连接方式对应信号调制发送模块和信号解调接收模块的内部构成的不同具体实施方式，总框图中的这两种连接方式均能实现本起爆装置与电子雷管之间的双向通信。 [0119] 如图2，电源管理模块104包括模/数转换器111、数/模转换器112和电压转换模块113。 [0120] 其中，电压转换模块113的一端与电源107连接，接收电源107提供的工作能源。电压转换模块113的另一端通向电源管理模块104外部，构成电源管理模块104的通信电压输出端801。电压转换模块113还有一端连接到数/模转换器112，用于接收数/模转换器112输出的信号，从而调节通信电压输出端801的输出。电压转换模块113其余一端在电源管理模块104内部同时连接到模/数转换器111和数/模转换器112，向模/数转换器 111和数/模转换器112提供其工作所需的电源，包括模/数转换器111和数/模转换器 112实现转换功能所需的参考基准电源；电压转换模块113的该端还在电源管理模块104外部同时连接到信号解调接收模块105、人机交互模块102、信号调制发送模块103、和控制模块101，构成电源管理模块104的工作电压输出端802，电压转换模块113向上述诸模块提供其工作所需电源，这些模块可能需要一个或多个不同电压值的工作电源，如DSP、FPGA、ARM等构成的控制模块101，需要内核工作电压和输入/输出接口电压等。 [0121] 其中，模/数转换器111一端连接电压转换模块113的工作电压输出端802，一端连接控制模块101，其余两端分别连接到信号总线106的两根，构成电源管理模块104的通信电压采样端804。该模/数转换器111用于在控制模块101的控制下，将两根信号总线106上的模拟电压信号，转换为控制模块101可以识别的数字电压信号，提供给控制模块101进行处理。 [0122] 其中，数/模转换器112一端连接电压转换模块113的工作电压输出端802，一端连接到电压转换模块113的另一端，向电压转换模块113发送通信电压调节信号，数/模转换器112其余一端连接控制模块101。该数/模转换器112用于接收控制模块101对反映总线106上电压信号的信息的处理结果，该处理结果被数/模转换器112转换为一模拟电压信号，即上述通信电压调节信号，提供给电压转换模块113进行对通信电压输出的调节。 [0123] 上述电源管理模块104的通信电压输出端801，在电源管理模块104外部可连接到信号调制发送模块103或者信号解调接收模块105。其中，图2所示实施方式为连接到信号调制发送模块103的情况，与图1-1中的总体框图相对应。 [0124] 如图3-1和图3-2，信号调制发送模块103包括信号调制模块131、和升压模块132。升压模块132一端连接人机交互模块102，由电源107通过人机交互模块102向升压模块132供电，产生起爆电子雷管所需电压，即起爆电压。升压模块132的另一端连接到信号调制模块131，供信号调制模块131在控制模块101的控制下，在需要向电子雷管中的储能装置充电时，将起爆电压输出到信号总线106上。信号调制模块131用于根据控制模块 101的控制信号，实现对输出到信号总线106上的电压的切换，即，在需起爆电子雷管时，输出由升压模块132输出的起爆电压，而在需与电子雷管进行通信时，输出由电源管理模块 104输出的通信电压。信号调制模块131的端口1连接电源管理模块104的工作电压输出端802，端口2连接升压模块132，端口3连接控制模块101，接收控制模块101发送的控制信号。信号调制模块131的端口4通向信号总线106的一根。信号调制模块131还余下端口5和端口6，在图3-1所示实施方式中，信号调制模块131的端口5连接到电源管理模块 104的通信电压输出端801，端口6连接到信号解调接收模块105，与图1-1中的总体框图相对应。除此之外，也可将信号调制模块131的端口5连接到信号解调接收模块105，端口6通向信号总线106的另一根，如图3-2，与图1-2中的总体框图相对应。 [0125] 如图4，信号解调接收模块105包括信号取样模块152、和信号调理电路153。信号调理电路153的一端连接电源管理模块104的工作电压输出端802，另一端连接到控制模块101，向控制模块101发送数据，其余的一端连接信号取样模块152的端口7。信号取样模块152还余下端口8和端口9：在图4所示实施方式中，信号取样模块152的端口8连接信号调制发送模块103，端口9通向信号总线106，与图1-1中的总体框图相对应。除此之外，也可将信号取样模块152的端口8连接电源管理模块104的通信电压输出端801，端口9连接信号调制发送模块103中的信号调制模块131，与图1-2中的总体框图相对应。上述信号取样模块152用于提取电子雷管爆破网路加载在信号总线106上的数字信息，从而得到电子雷管方向传来的信号；信号调理电路153用于对信号取样模块152输出的模拟信号进行处理，将其转换为控制模块101可以识别的数字信号。 [0126] 如图5，将上述信号取样模块152取为电阻158。在图5所示实施方式中，电阻158的两端分别连接到信号调制发送模块103和信号总线106的一根之间，与图1-1中的总体框图相对应。除此之外，也可将电阻158的两端分别连接到信号调制发送模块103和电源管理模块104的通信电压输出端801之间，与图1-2中的总体框图相对应。电阻158的两端还分别连接到信号调理电路153。 [0127] 如图6，将信号取样模块152取为电磁耦合器155。在图6所示实施方式中，电磁耦合器155的初级线圈两端分别连接到信号调制发送模块103和信号总线106的一根之间，与图1-1中的总体框图相对应。除此之外，也可将电磁耦合器155的初级线圈两端分别连接到信号调制发送模块103和电源管理模块104的通信电压输出端801之间，与图1-2中的总体框图相对应。电磁耦合器155的次级线圈连接到信号调理电路153。上述电磁耦合器155可选用空气芯变压器或者磁芯变压器，以磁芯变压器为优选。 [0128] 如图7，信号调理电路153包含滤波电路161、放大电路162、和比较器163。滤波电路161的一端连接信号取样模块152，接收信号取样模块152发送来的、从信号总线106上电子雷管方向提取的模拟信号；滤波电路161的另一端连接到放大电路162，用于将滤除了噪声的、代表有用信息的模拟信号提供给放大电路162。放大电路162一端连接滤波电路161，另一端连接电源管理模块104的工作电压输出端802，放大电路162的其余端连接到比较器163。比较器163一端连接控制模块101，另一端连接电源管理模块104的工作电压输出端802，比较器163的其余端连接放大电路162。该比较器163将放大电路162输出的模拟信号转换为数字信号提供给控制模块101。上述比较器163优选为滞回比较器163，从而提高信号转换时的抗干扰性能。 [0129] 如图8-1，人机交互模块102包含设定及显示装置123、授权装置121、锁定装置122、和防误操作开关124。 [0130] 其中，设定及显示装置123的一端连接电源管理模块104，另一端连接控制模块101。设定及显示装置123进一步可包含输入模块141和显示模块142。输入模块141的一端与显示模块142的一端共同连接电源管理模块104的工作电压输出端802。输入模块 141的另一端连接到控制模块101，向控制模块101发送数据。显示模块142的另一端连接控制模块101，接收控制模块101发送来的数据。此时，电源107通过人机交互模块102内部的一根直连线向升压模块131供电。上述输入模块141可取为键盘输入装置，显示模块 142可取为LED、LCD等显示设备，用于实现操作人员与本起爆装置之间的信息交互，参见图 8-2。 [0131] 其中，授权装置121的一端连接电源管理模块104，另一端连接控制模块101。授权装置121由存储授权信息的存储卡和固化于本起爆装置上与该存储卡配套的数据接口构成。上述存储卡用于存储与本起爆装置的合法使用有关的授权信息，该授权信息可包含用户名和密码，也可进一步包含与本起爆装置的合法的操作人员有关的生物识别信息，例如指纹、虹膜等。上述存储卡可体现为例如IC卡之类的数字加密卡中，其内存储的授权信息供控制模块101读取，并进行比对和处理。 [0132] 其中，锁定装置122一端连接电源107，另一端连接升压模块132，电源107通过锁定装置122向升压模块132供电。通过外部机械装置对锁定装置122的闭锁或解锁的控制，实现对起爆电子雷管所需电压的产生或消灭进行控制。对于同时具备授权装置121和锁定装置122的起爆装置而言，必须同时具备上述授权装置121中的存储卡和本锁定装置122中的外部机械装置方能实现对本起爆装置的正常使用和对电子雷管的正常爆破。因此，将上述存储卡和外部机械装置分别保管，即可进一步实现对电子雷管爆破的安全管理。 [0133] 其中，防误操作开关124的一端连接电源管理模块104，另一端连接控制模块101。防误操作开关124一般可采用两个独立的按键，在需起爆电子雷管时，必须同时按下才能产生起爆电子雷管的起爆信号，避免操作起爆设备的过程中因误操作而引起的意外爆炸事件。 [0134] 在图8-1人机交互模块102中的诸模块中，设定及显示装置123为实现人机交互的基本功能必不可少的组成部分。图8-3、图8-4、图8-5分别对应还包括授权装置121、锁定装置122、防误操作开关124的人机交互模块102的实施方式。 [0135] 上述授权装置121优选为逻辑加密芯片或加密系统。上述锁定装置122优选包含机械锁头及与之相配的钥匙。上述防误操作开关124为二个按钮式非自锁开关。 [0136] 如图9-1，本发明还提供了起爆装置的主控流程，包含以下步骤： [0137] 第一步，开启起爆装置。 [0138] 第二步，起爆装置进行初始化，包括初始化控制模块和初始化人机交互模块。 [0139] 第三步，启动通信电压管理进程，即控制模块对电源管理模块开始管理。 [0140] 第四步，控制模块对人机交互模块的输出进行检测，并进行系统调度：若控制模块检测到需执行数据发送任务的信号，则继续执行第五步；否则，控制模块继续检测人机交互模块的输出。若控制模块检测到需执行爆破网路充电任务的信号，则继续执行第十步；否则，控制模块继续检测人机交互模块的输出。若控制模块检测到需执行起爆任务的信号，则继续执行第十二步；否则，控制模块继续检测人机交互模块的输出。若控制模块检测到需关闭起爆装置的信号，则继续执行第十五步；否则，控制模块继续检测人机交互模块的输出。 [0141] 第五步，控制模块控制信号调制模块将信号总线上的电压切换到通信电压。 [0142] 第六步，启动信号发送进程，即控制模块通过信号总线向电子雷管发送数据。 [0143] 第七步，信号发送进程结束后，控制模块依据所发送数据中的指令的类型判断是否执行数据接收任务，即，若指令为单个指令，则执行数据接收任务，若指令为全局指令，则不执行接收任务：若执行数据接收任务，则继续进行第八步；若不执行，则返回第四步。 [0144] 第八步，启动信号接收进程，即控制模块通过信号总线接收来自电子雷管方向传来的数据。 [0145] 第九步，信号接收进程结束后，控制模块控制信号调制模块将信号总线上的电压切换回执行第五步之前信号总线上的电压。然后返回第四步。 [0146] 第十步，启动充电进程，即通过信号总线向电子雷管中的储能装置充电。 [0147] 第十一步，充电进程结束后，返回第四步。 [0148] 第十二步，控制模块检测充电进程是否充电完毕：若充电完毕，则继续进行第十三步；若充电未完毕，则返回第四步。 [0149] 第十三步，启动起爆进程，即控制模块通过信号总线向电子雷管发送控制电子雷管起爆的起爆指令。 [0150] 第十四步，起爆进程结束后，返回第四步。 [0151] 第十五步，关闭起爆装置，结束起爆装置的主控流程。 [0152] 如图9-2，本发明还提供了一种包含授权装置121的起爆装置的主控流程，包含以下步骤： [0153] 步骤一，开启起爆装置。 [0154] 步骤二，起爆装置进行初始化，包括初始化控制模块和初始化人机交互模块。 [0155] 步骤三，控制模块读取授权装置中的授权信息，授权信息包含用户名和密码。 [0156] 步骤四，控制模块通过人机交互模块中的设定及显示装置提示用户输入授权信息。 [0157] 步骤五，控制模块对授权装置中的授权信息和经由设定及显示装置输入的授权信息进行比对：若比对结果相符，则继续进行步骤六；若比对结果不相符，则返回步骤四。 [0158] 步骤六，启动通信电压管理进程，即控制模块对电源管理模块开始管理。 [0159] 步骤七，控制模块对人机交互模块的输出进行检测，并进行系统调度：若控制模块检测到需执行数据发送任务的信号，则继续执行步骤八；否则，控制模块继续检测人机交互模块的输出。若控制模块检测到需执行爆破网路充电任务的信号，则继续执行步骤十三；否则，控制模块继续检测人机交互模块的输出。若控制模块检测到需执行起爆任务的信号，则继续执行步骤十五；否则，控制模块继续检测人机交互模块的输出。若控制模块检测到需关闭起爆装置的信号，则继续执行步骤十八；否则，控制模块继续检测人机交互模块的输出。 [0160] 步骤八，控制模块控制信号调制模块将信号总线上的电压切换到通信电压。 [0161] 步骤九，启动信号发送进程，即控制模块通过信号总线向电子雷管发送数据。 [0162] 步骤十，信号发送进程结束后，控制模块依据所发送数据中的指令的类型判断是否执行数据接收任务，即，若指令为单个指令，则执行数据接收任务，若指令为全局指令，则不执行接收任务：若执行数据接收任务，则继续进行步骤十一；若不执行，则返回步骤七。 [0163] 步骤十一，启动信号接收进程，即控制模块通过信号总线接收来自电子雷管方向传来的数据。 [0164] 步骤十二，信号接收进程结束后，控制模块控制信号调制模块将信号总线上的电压切换回执行步骤八之前信号总线上的电压。然后返回步骤七。 [0165] 步骤十三，启动充电进程，即通过信号总线向电子雷管中的储能装置充电。 [0166] 步骤十四，充电进程结束后，返回步骤七。 [0167] 步骤十五，控制模块检测充电进程是否充电完毕：若充电完毕，则继续进行步骤十六；若充电未完毕，则返回步骤七。 [0168] 步骤十六，启动起爆进程，即控制模块通过信号总线向电子雷管发送控制电子雷管起爆的起爆指令。 [0169] 步骤十七，起爆进程结束后，返回步骤七。 [0170] 步骤十八，关闭起爆装置，结束起爆装置的主控流程。 [0171] 如图10，其中通信电压管理进程是按照以下步骤进行的： [0172] 步骤A，对通信电源管理进程进行初始化，即控制模块101把其内置程序中如下变量的初值存入其缓存中待用，该缓存即收到电压赋值变量DATA的初始值DATA0、通信电压预设值的数据表达值V0、和预设通信电压调整周期T。 [0173] 步骤B，执行通信电压调节流程。 [0174] 步骤C，通信电压调节流程结束后，检测是否接收到通信电压管理进程结束信号：若接收到通信电压管理进程结束信号，则结束通信电压管理进程；若未接收到，则继续进行步骤D。 [0175] 步骤D，检测本通信电压管理进程运行的时间是否到达预设通信电压调整周期T：若到达T，则返回步骤B；若未到达T，则继续检测。 [0176] 上述电压赋值变量DATA的初始值DATA0，取定为使得数/模转换器112输出其最大电压值或者最小电压值的电压赋值变量DATA的值。这样就能保证电源管理模块104的通信电压输出端801输出的电压最低，从而可靠地保证了起爆装置与电子雷管通信过程的安全。 [0177] 如图11，上述步骤B通信电压调节流程是按照以下步骤进行的： [0178] 第一步，读取模/数转换器111采样到的、两根信号总线106上电压值的数据表达值，分别记为V1和V2。 [0179] 第二步，计算V1与V2的差值的绝对值，记为V’。 [0180] 第三步，计算V0与V’之间的差值ΔV。 [0181] 第四步，以差值ΔV为输入参数，计算通信电压的调节值f(ΔV)。 [0182] 第五步，把电压赋值变量DATA和通信电压的调节值f(ΔV)相加，得出电压赋值变量的经调节后的值DATA，即DATA＝DATA+f(ΔV)。 [0183] 第六步，将经调节后的值DATA发送给数/模转换器112，由数/模转换器112向电压转换模块113发送前述通信电压调节信号。 [0184] 第七步，结束通信电压调节流程。 [0185] 如图12，其中信号发送进程是按照以下步骤进行的： [0186] 步骤甲，将数据包中待发送数据的位数记为N。 [0187] 步骤乙，从数据包中读取一位待发送数据，将该待发送数据作为数据包发送数据的起点。 [0188] 步骤丙，经检测，若当前待发送数据为1，则信号调制发送模块103发送表达数据1的调制信号；经检测，若当前待发送数据为0，则信号调制发送模块103发送表达数据0的调制信号。 [0189] 步骤丁，将数据包中待发送数据的位数N减1，作为新的待发送数据的位数，即，N＝N-1。 [0190] 步骤戊，检测数据包中待发送数据的位数N是否为零：若数据包中待发送数据的位数N为零，则结束信号发送进程；若不为零，则按照预定的选择下一位待发送数据的规则，选择并读取数据包中下一位待发送数据，然后返回步骤丙。 [0191] 如图13，其中信号接收进程是按照以下步骤进行的： [0192] 步骤I，从控制模块101中调用预设的信号接收超时时间值T’。 [0193] 步骤II，检测控制模块101接收来自电子雷管方向传来的数据的时间，是否到达信号接收超时时间值T’：若到达，则结束信号接收进程；若未到达，则继续进行步骤III。 [0194] 步骤III，检测控制模块101是否接收到信号调理电路153发送来的串行信号：若接收到串行信号，则对串行信号进行采样，并获取电子雷管的信息，然后返回步骤II 若未接收到串行信号，则返回步骤II。 [0195] 如图14，其中充电进程是按照以下步骤进行的： [0196] 首先，控制模块101控制信号调制模块131将信号总线106上的电压切换到向电子雷管中的储能装置充电所需的起爆电压。 [0197] 然后，控制模块101检测是否充电完毕：若充电完毕，则结束充电进程；若充电未完毕，则继续充电。 [0198] 如图15，其中起爆进程是按照以下步骤进行的： [0199] 首先，控制模块101检测人机交互模块102中的防误操作开关124是否闭合并持续预设值秒数：若防误操作开关124闭合并持续预设值秒数，则控制模块101控制信号调制模块131将信号总线106上的电压切换到通信电压；若防误操作开关124未闭合、或未持续预设值秒数，则结束起爆进程。 [0200] 其次，启动信号发送进程，通过信号总线106向电子雷管发送起爆指令。 [0201] 再次，控制模块101控制信号调制模块131将信号总线106上的电压切换到起爆电压，结束起爆进程。 |
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