一种电子雷管的起爆控制器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种电子雷管的起爆控制器及其控制方法。本发明专利技术在通信单元中，光电耦合器的使用实现了电信号隔离，增加了通信的安全性和可靠性；对PC通信单元的使用实现起爆控制器与PC间的双向通信，使得通过PC提前设计爆破序列以实现自动装定，进而简化现场操作的设想得以实现；对电子雷管通信模块的使用实现了起爆控制器与电子雷管的双向通信，保障了起爆控制器对电子雷管起爆过程的准确管理和控制；人机交互单元中，授权装置和锁定装置的使用作为双重保险，大幅提升了起爆控制器的安全性；定位单元基于北斗定位芯片获取定位信息，实现对电子雷管的精确定位，从而保障了根据电子雷管位置信息智能分配延期时间的自动装定功能得以实现。

【技术实现步骤摘要】
一种电子雷管的起爆控制器及其控制方法
本专利技术涉及火工品起爆技术，具体涉及一种电子雷管的起爆控制器及其控制方法。
技术介绍
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。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控制器领域展开了竞争。电子雷管，尤其是电子雷管，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。作为电子雷管的起爆控制器，电子雷管起爆控制器的安全是爆破系统安全的重要因素之一。传统的电子雷管起爆控制器对于操作人员的身份不验证或只进行简单的口令验证，如果电子雷管起爆控制器被非法获得，电子雷管很容易被非法起爆，存在很大的安全隐患。同时，目前的电子雷管起爆控制器对于电子雷管的起爆时间及位置合法性没有进行限制，这样也可能造成不在规定时间和位置非法起爆或者开采。另一方面，目前的电子雷管起爆控制器功能并不完善，对电子雷管进行注册的步骤繁琐，装定延期时间的操作较为复杂，对电子雷管的充电时间较长，控制起爆过程中也存在一定的安全隐患，人机交互界面比较粗糙，导致了较差的用户体验。
技术实现思路
针对以上现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种用于起爆电子雷管的起爆控制器，实现了起爆控制器与PC的双向通信、起爆控制器与电子雷管的双向通信、起爆控制器对电子雷管起爆过程的管理和控制、起爆控制器对电子雷管的精确定位等功能。本专利技术的一个目的在于提供一种电子雷管的起爆控制器。本专利技术的电子雷管的起爆控制器包括：控制单元、电源单元、通信单元、人机交互单元、时钟单元、定位单元和存储单元；其中，控制单元通过各个接口分别与通信单元、人机交互单元、时钟单元、定位单元和存储单元相连接，进行信息交互；电源单元通过各个接口分别连接至控制单元、通信单元、人机交互单元、时钟单元、定位单元和存储单元，提供工作电压；通讯单元还通过信号总线连接至电子雷管，并通过通信线路连接到PC，实现起爆控制器与电子雷管的双向通信以及起爆控制器与PC的双向通信；电源单元包括内置电源、降压电路和升压电路；其中，内置电源通过充电接口连接至外部的充电装置进行充电，并通过人机交互单元接口连接至人机交互单元的锁定装置，对内置电源的电压输出进行闭锁；降压电路的电压输入端通过人机交互单元接口连接至人机交互单元的锁定装置，当锁定装置解锁后从内置电源获得电压输入，电压输出端通过低压输出接口分别连接至控制单元、人机交互单元、时钟单元、定位单元和存储单元，将经过降压转换的低电压输出作为工作电压；升压电路的电压输入端通过人机交互单元接口连接至人机交互单元的锁定装置，当锁定装置闭合后从内置电源获得电压输入，电压输出端通过高压输出接口连接至通信单元，将经过升压转换的高电压输出到通信单元并提供通信电压；通信单元包括对电子雷管通信单元和对PC通信单元；其中，对电子雷管通信单元包括第一至第三光电耦合器、发送调制器、接收解调器和发送/接收控制器；第一光电耦合器的输入端通过控制单元接口接控制单元，输出端连接至发送调制器，对输入端和输出端的电信号进行隔离；第二光电耦合器的输入端通过控制单元接口连接至控制单元，输出端连接至发送/接收控制器，对输入端和输出端的电信号进行隔离；第三光电耦合器输出端通过控制单元接口接控制单元，输入端连接至接收解调器，对输入端和输出端的电信号进行隔离；发送调制器的第一端通过第一光电耦合器与控制单元连接，接收控制单元发送的指令，第二端通过高压输入接口连接电源单元的升压电路，直接获得起爆控制器处于发送状态时的通信电压，第三端通过信号总线接口连接外部的信号总线，依据控制单元的指令对外部的信号总线的电压进行调制，第四端连接至发送/接收控制器；发送/接收控制器第一端通过第二光电耦合器与控制单元连接，第二端与第三端分别连接至发送调制器和接收解调器，并根据控制单元发送TTL电平信号控制发送调制器和接收解调器的工作状态；接收解调器的第一端通过信号总线接口连接外部的信号总线，接收外部的信号总线上电子雷管的反馈信号，第二端通过高压输入接口连接电源单元的升压电路，对电压进行降压获得起爆控制器处于接收状态时的通信基准电压，第三端通过第三光电耦合器与控制单元连接，将解调后的反馈信号发送给控制单元，第四端连接至发送/接收控制器；对PC通信单元为串行通信接口电路，第一端通过控制单元接口与控制单元连接，第二端通过PC接口线路与PC连接，实现起爆控制器与PC的双向通信，第三端通过低压输入接口连接至电源单元的降压电路，获得工作电压；人机交互单元包括显示装置、输入装置、授权装置和锁定装置；其中，显示装置、输入装置和授权装置的一端分别通过低压输入接口连接电源单元，由电源单元提供工作电压，另一端分别通过控制单元接口连接控制单元，显示装置根据控制单元指令显示相应内容，输入装置感知外部操作并将输入信号导入控制单元，授权装置获取操作者授权信息并发送到控制单元；锁定装置的第一端通过电源单元接口连接电源单元的内置电源，第二端通过电源单元接口连接电源单元的升压电路，第三端通过电源单元接口连接降压电路，当锁定装置闭锁时，导通内置电源至升压电路和降压电路；时钟单元包括时钟芯片和晶振；其中，时钟芯片的第一端连接电源单元，由电源单元供电，第二端连接控制单元，将时钟信息发送给控制单元，第三端连接晶振，为时钟芯片提供计时脉冲；定位单元的一个端口连接电源单元，由电源单元提供工作电压，另一个端口连接控制单元，将定位信息发送给控制单元并定期对控制单元授时，用以控制单元校准时钟单元的时间，授时周期一般为一周；存储单元的一个端口连接电源单元，由电源单元提供工作电压，另一个端口连接控制单元，存储外部的电子雷管注册在该起爆控制器中的登录信息，登录信息包括电子雷管的序号、延时信息和定位信息，并记录起爆控制器的起爆日志，起爆日志包括成功进行起爆操作时的定位信息和时间信息；控制单元具有六个端口，第一端口连接电源单元，由电源单元提供工作电压；第二端口与通信单元连接，通过通信单元与外部的电子雷管或PC进行双向通信；第三端口与人机交互单元连接，与人机交互单元进行双向通信；第四端口与时钟单元连接，向时钟单元发送控制信号并获取时钟信息；第五端口与定位单元连接，向定位单元发送控制信号并获取定位信息；第六端口与存储单元连接，向存储单元写入电子雷管的登录信息，并在下次开启系统初始化时自动读出登录信息，若起爆日志更新，即成功地对电子雷管进行了一次新的起爆操作，则向存储单元写入更新后的起爆日志，并在下次开启系统初始化时自动读出起爆日志。电源单元使用内置电源并配备充电接口，保证了起爆控制器的便携性。内置电源为充电锂电池。内置电源的输出电压由人机交互单元的锁定装置闭锁，当不对锁定装置进行解锁时，内置电源的输出会被切断，此时起爆控制器不工作，这保证了起爆控制器的安全性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子雷管的起爆控制器，其特征在于，所述包括起爆控制器包括：控制单元、电源单元、通信单元、人机交互单元、时钟单元、定位单元和存储单元；其中，控制单元通过各个接口分别与通信单元、人机交互单元、时钟单元、定位单元和存储单元相连接，进行信息交互；电源单元通过各个接口分别连接至控制单元、通信单元、人机交互单元、时钟单元、定位单元和存储单元，提供工作电压；通讯单元还通过信号总线连接至电子雷管，并通过通信线路连接到PC，实现起爆控制器与电子雷管的双向通信以及起爆控制器与PC的双向通信；所述电源单元包括内置电源、降压电路和升压电路；其中，内置电源通过充电接口连接至外部的充电装置进行充电，并通过人机交互单元接口连接至人机交互单元的锁定装置，对内置电源的电压输出进行闭锁；降压电路的电压输入端通过人机交互单元接口连接至人机交互单元的锁定装置，当锁定装置解锁后从内置电源获得电压输入，电压输出端通过低压输出接口分别连接至控制单元、人机交互单元、时钟单元、定位单元和存储单元，将经过降压转换的低电压输出作为工作电压；升压电路的电压输入端通过人机交互单元接口连接至人机交互单元的锁定装置，当锁定装置闭合后从内置电源获得电压输入，电压输出端通过高压输出接口连接至通信单元，将经过升压转换的高电压输出到通信单元并提供通信电压；所述通信单元包括对电子雷管通信单元和对PC通信单元；其中，对电子雷管通信单元包括第一至第三光电耦合器、发送调制器、接收解调器和发送/接收控制器；第一光电耦合器的输入端通过控制单元接口接控制单元，输出端连接至发送调制器，对输入端和输出端的电信号进行隔离；第二光电耦合器的输入端通过控制单元接口连接至控制单元，输出端连接至发送/接收控制器，对输入端和输出端的电信号进行隔离；第三光电耦合器输出端通过控制单元接口接控制单元，输入端连接至接收解调器，对输入端和输出端的电信号进行隔离；发送调制器的第一端通过第一光电耦合器与控制单元连接，接收控制单元发送的指令，第二端通过高压输入接口连接电源单元的升压电路，直接获得起爆控制器处于发送状态时的通信电压，第三端通过信号总线接口连接外部的信号总线，依据控制单元的指令对外部的信号总线的电压进行调制，第四端连接至发送/接收控制器；发送/接收控制器第一端通过第二光电耦合器与控制单元连接，第二端与第三端分别连接至发送调制器和接收解调器，并根据控制单元发送TTL电平信号控制发送调制器和接收解调器的工作状态；接收解调器的第一端通过信号总线接口连接外部的信号总线，接收外部的信号总线上电子雷管的反馈信号，第二端通过高压输入接口连接电源单元的升压电路，对电压进行降压获得起爆控制器处于接收状态时的通信基准电压，第三端通过第三光电耦合器与控制单元连接，将解调后的反馈信号发送给控制单元，第四端连接至发送/接收控制器；对PC通信单元为串行通信接口电路，第一端通过控制单元接口与控制单元连接，第二端通过PC接口线路与PC连通信单元包括对电子雷管通信单元和对PC通信单元；其中，对电子雷管通信单元包括第一至第三光电耦合器、发送调制器、接收解调器和发送/接收控制器；第一光电耦合器的输入端通过控制单元接口接控制单元，输出端连接至发送调制器，对输入端和输出端的电信号进行隔离；第二光电耦合器的输入端通过控制单元接口连接至控制单元，输出端连接至发送/接收控制器，对输入端和输出端的电信号进行隔离；第三光电耦合器输出端通过控制单元接口接控制单元，输入端连接至接收解调器，对输入端和输出端的电信号进行隔离；发送调制器的第一端通过第一光电耦合器与控制单元连接，接收控制单元发送的指令，第二端通过高压输入接口连接电源单元的升压电路，直接获得起爆控制器处于发送状态时的通信电压，第三端通过信号总线接口连接外部的信号总线，依据控制单元的指令对外部的信号总线的电压进行调制，第四端连接至发送/接收控制器；发送/接收控制器第一端通过第二光电耦合器与控制单元连接，第二端与第三端分别连接至发送调制器和接收解调器，并根据控制单元发送TTL电平信号控制发送调制器和接收解调器的工作状态；接收解调器的第一端通过信号总线接口连接外部的信号总线，接收外部的信号总线上电子雷管的反馈信号，第二端通过高压输入接口连接电源单元的升压电路，对电压进行降压获得起爆控制器处于接收状态时的通信基准电压，第三端通过第三光电耦合器与控制单元连接，将解调后的反馈信号发送给控制单元，第四端连接至发送/接收控制器；对PC通信单元为串行通信接口电路，第一端通过控制单元接口与控制单元连接，第二端通过PC接口线路与PC连接，实现起爆控制器与PC的双向通信，第三端通过低压输入接口连接至电源单元的降压电路，获得工作电压接，实现起爆控制器与PC的双向通信，第三端通过低压输入接口连接至电源单元的降压电路，获得工作电压；所述人机交互单元包...

【技术特征摘要】
1.一种电子雷管的起爆控制器，其特征在于，所述起爆控制器包括：控制单元、电源单元、通信单元、人机交互单元、时钟单元、定位单元和存储单元；其中，控制单元通过各个接口分别与通信单元、人机交互单元、时钟单元、定位单元和存储单元相连接，进行信息交互；电源单元通过各个接口分别连接至控制单元、通信单元、人机交互单元、时钟单元、定位单元和存储单元，提供工作电压；通讯单元还通过信号总线连接至电子雷管，并通过通信线路连接到PC，实现起爆控制器与电子雷管的双向通信以及起爆控制器与PC的双向通信；所述电源单元包括内置电源、降压电路和升压电路；其中，内置电源通过充电接口连接至外部的充电装置进行充电，并通过人机交互单元接口连接至人机交互单元的锁定装置，对内置电源的电压输出进行闭锁；降压电路的电压输入端通过人机交互单元接口连接至人机交互单元的锁定装置，当锁定装置解锁后从内置电源获得电压输入，电压输出端通过低压输出接口分别连接至控制单元、人机交互单元、时钟单元、定位单元和存储单元，将经过降压转换的低电压输出作为工作电压；升压电路的电压输入端通过人机交互单元接口连接至人机交互单元的锁定装置，当锁定装置闭合后从内置电源获得电压输入，电压输出端通过高压输出接口连接至通信单元，将经过升压转换的高电压输出到通信单元并提供通信电压；所述通信单元包括对电子雷管通信单元和对PC通信单元；其中，对电子雷管通信单元包括第一光电耦合器、第二光电耦合器、第三光电耦合器、发送调制器、接收解调器和发送/接收控制器；第一光电耦合器的输入端通过控制单元接口接控制单元，输出端连接至发送调制器，对输入端和输出端的电信号进行隔离；第二光电耦合器的输入端通过控制单元接口连接至控制单元，输出端连接至发送/接收控制器，对输入端和输出端的电信号进行隔离；第三光电耦合器输出端通过控制单元接口接控制单元，输入端连接至接收解调器，对输入端和输出端的电信号进行隔离；发送调制器的第一端通过第一光电耦合器与控制单元连接，接收控制单元发送的指令，第二端通过高压输入接口连接电源单元的升压电路，直接获得起爆控制器处于发送状态时的通信电压，第三端通过信号总线接口连接外部的信号总线，依据控制单元的指令对外部的信号总线的电压进行调制，第四端连接至发送/接收控制器；发送/接收控制器第一端通过第二光电耦合器与控制单元连接，第二端与第三端分别连接至发送调制器和接收解调器，并根据控制单元发送TTL电平信号控制发送调制器和接收解调器的工作状态；接收解调器的第一端通过信号总线接口连接外部的信号总线，接收外部的信号总线上电子雷管的反馈信号，第二端通过高压输入接口连接电源单元的升压电路，对电压进行降压获得起爆控制器处于接收状态时的通信基准电压，第三端通过第三光电耦合器与控制单元连接，将解调后的反馈信号发送给控制单元，第四端连接至发送/接收控制器；对PC通信单元为串行通信接口电路，第一端通过控制单元接口与控制单元连接，第二端通过PC接口线路与PC连接，实现起爆控制器与PC的双向通信，第三端通过低压输入接口连接至电源单元的降压电路，获得工作电压；所述人机交互单元包括显示装置、输入装置、授权装置和锁定装置；其中，显示装置、输入装置和授权装置的一端分别通过低压输入接口连接电源单元，由电源单元提供工作电压，另一端分别通过控制单元接口连接控制单元，显示装置根据控制单元指令显示相应内容，输入装置感知外部操作并将输入信号导入控制单元，授权装置获取操作者授权信息并发送到控制单元；锁定装置的第一端通过电源单元接口连接电源单元的内置电源，第二端通过电源单元接口连接电源单元的升压电路，第三端通过电源单元接口连接降压电路，当锁定装置闭锁时，导通内置电源至升压电路和降压电路；所述时钟单元包括时钟芯片和晶振；其中，时钟芯片的第一端连接电源单元，由电源单元供电，第二端连接控制单元，将时钟信息发送给控制单元，第三端连接晶振，为时钟芯片提供计时脉冲；所述定位单元的一个端口连接电源单元，由电源单元提供工作电压，另一个端口连接控制单元，将定位信息发送给控制单元并定期对控制单元授时；所述存储单元的一个端口连接电源单元，由电源单元提供工作电压，另一个端口连接控制单元，存储外部的电子雷管注册在该起爆控制器中的登录信息，登录信息包括电子雷管的序号、延时信息和定位信息，并记录起爆控制器的起爆日志，起爆日志包括成功进行起爆操作时的定位信息和时间信息；所述控制单元具有六个端口，第一端口连接电源单元，由电源单元提供工作电压；第二端口与通信单元连接，通过通信单元与外部的电子雷管或PC进行双向通信；第三端口与人机交互单元连接，与人机交互单元进行双向通信；第四端口与时钟单元连接，向时钟单元发送控制信号并获取时钟信息；第五端口与定位单元连接，向定位单元发送控制信号并获取定位信息；第六端口与存储单元连接，向存储单元写入电子雷管的登录信息，并在下次开启系统初始化时自动读出登录信息，若起爆日志更新，即成功地对电子雷管进行了一次新的起爆操作，则向存储单元写入更新后的起爆日志，并在下次开启系统初始化时自动读出起爆日志。2.一种电子雷管的起爆控制器的控制方法，其特征在于，所述控制方法，包括以下步骤：1)人机交互单元的锁定装置解除锁定，开启起爆控制器；2)起爆控制器进行系统初始化；3)控制单元从存储单元中读取起爆列表和起爆日志，起爆列表包括全部电子雷管的序号、定位信息、通信状态、延时信息或延时写入状态、充电状态或充电执行状态，起爆日志为所有已完成起爆操作的定位信息和时间信息；4)控制单元开启人机交互单元的授权装置，人机交互单元的显示装置显示授权界面，提示用户输入授权信息，输入授权信息后，控制单元校验授权信息是否正确，若正确，执行步骤5)，若不正确，提示输入错误并返回执行步骤4)；5)人机交互单元显示装置显示操作主界面，控制单元对人机交互单元输入装置进行实时检测，并根据输入的指令执行相应的操作，指令包括时钟校准指令、注册指令、检测指令、延时装定指令、充电指令、起爆指令、放电指令、注销指令、读取指令和查看指令，则相应的操作包括时钟校准操作、注册操作、检测操作、延时装定操作、充电操作、起爆操作、放电操作、注销操作、读取操作和查看操作，若不需要操作，进入步骤6)；6)闭锁人机交互单元的锁定装置，关闭起爆控制器。3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，在步骤5)中，根据输入的指令执行相应的操作，包括以下情况：a)时钟校准操作：输入时钟校准指令，人机交互单元的显示装置显示时钟校准中，同时开启通信单元对连接外部电子雷管的信号总线上的通信电压进行调制，发送时钟校准脉冲与时钟校准查询指令，并在接收周期内等待接收来自电子雷管的反馈信息，若起爆控制器在接收周期内接收到反馈信息并识别为校准完成，则判定电子雷管完成时钟校准并显示时钟校准完成；若起爆控制器在接收周期内接收到反馈信息识别为校准失败，或者在接收周期内接收到无法识别的反馈信息，或者未在接收周期内接收到任何反馈信息，则判定电子雷管未完成时钟校准并显示时钟校准未完成；b)注册操作：输入注册指令，人机交互单元的显示装置显示注册中，基于北斗定位芯片进行定位，获取此时起爆控制器的定位信息，作为待注册的电子雷管的定位信息，随后开启通信单元对信号总线的通信电压进行调制，发送注册指令，并在接收周期内等待电子雷管反馈信息，若起爆控制器在接收周期内接收到反馈信息并识别为电子雷管注册成功且其工作状态正常，则显示注册成功，向存储单元写入注册信息，注册信息包括：电子雷管的序号、定位信息、通信状态、延时信息或延时写入状态、电子雷管充电状态或充电执行状态，存储在起爆列表内，上述通信状态默认为正常，延时信息默认为0，延时写入状态默认为正常，充电状态默认为未充电，充电执行状态默认为正常；若起爆控制器在接收周期内接收到反馈信息并识别为电子雷管工作状态异常，则显示电子雷管存在故障；若起爆控制器在接收周期内接收到反馈信息但无法识别，或者起爆控制器未在接收周期内接收到任何反馈信息，则显示注册失败；c)检测操作：输入检测指令，人机交互单元的显示装置显示检测中，同时开启通信单元对外部的信号总线的通信电压进行调制，按照序号依次向连接在起爆控制器上的全部电子雷管发出检测指令，并在接收周期内等待接收电子雷管反馈信息，接收到反馈信息或者接收超时后继续发送下一条指令，直到完成全部电子雷管的检测，若起爆控制器在接收周期内接收到反馈信息并识别为正常通信，则判定该序号对应的电子雷管通信状态为连接正常，根据各序号电子雷管的通信状态，对存储单元中各序号下的通信状态进行修改；若起爆控制器在接收周期内接收到反馈信息但无法识别，或者，起爆控制器未在接收周期内接收到任何反馈信息，则判定该序号对应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄文忠，郭云龙，卢宇飞，刘鹏，丁旭冉，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11