基于双线总线的数码电子雷管起爆系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双线总线的数码电子雷管起爆系统及方法，构建了起爆系统网络拓扑结构，包含了起爆器、雷管信息注入设备、数码电子雷管、可通信与供电的无极性双线总线等组成单元；定义了起爆器结构、必选模块与可选模块的功能、支持的通信指令集；列出了数码电子雷管信息注入需要的设备和具体流程；定义并规范了起爆流程，包括工作码申请与解密、起爆现场作业、起爆后信息回传。本发明专利技术能满足最新标准要求和实际应用需求，灵活组网降低起爆系统复杂度，提高易用性与可维护性；规范流程提高作业安全性与可管控性；基于双线总线的起爆器提高通信可靠性和功能可拓展性，降低起爆作业综合成本，可广泛应用于各种起爆作业应用场景中。

Digital Electronic Detonator Initiation System and Method Based on Dual-wire Bus

The invention discloses a digital electronic detonator initiation system and method based on two-wire bus, and constructs a network topology structure of initiation system, which includes components such as initiator, detonator information injection equipment, digital electronic detonator, non-polar two-wire bus with communication and power supply, etc. The structure of initiator, functions of required and optional modules, and communication instruction set supported by them are defined. It lists the equipment and specific process needed for information injection of digital electronic detonator, defines and standardizes the initiation process, including application and decryption of work code, field operation of initiation and information return after initiation. The invention can meet the requirements of the latest standards and practical applications, flexibly networking reduces the complexity of the initiation system, improves the usability and maintainability, standardizes the process to improve the safety and controllability of the operation, improves the communication reliability and functional extensibility of the initiation device based on double-wire bus, and reduces the comprehensive cost of the initiation operation, and can be widely used in various application scenarios of the initiation operation.

【技术实现步骤摘要】
基于双线总线的数码电子雷管起爆系统及方法
本专利技术涉及数码电子雷管控制
，特别是涉及一种基于双线总线的数码电子雷管起爆系统及方法。
技术介绍
数码电子雷管属于危险爆炸物品火工品，因起爆作业场所环境的复杂性和干扰因素不稳定性，数码电子雷管的起爆系统的安全性、可靠性、稳定性一直是业内关注的重点。随着微电子技术、数码技术、加密技术等发展，数码电子雷管得到了快速的发展与应用，对爆破的安全性、可靠性、精准性、环保性，以及降低综合成本提出了要求，利用最新技术发展和科技产品应用经验，本文提出基于双线总线的数码电子雷管起爆系统及方法。本专利技术的“基于双线总线的数码电子雷管起爆系统及方法”可促进数码电子雷管安全生产和有效监管，规范起爆作业流程和避免不当操作与处理导致的损失，实现精准爆破和降低综合成本、助力数码电子雷管国产化与数字化、提高起爆系统设备的高安全性、可靠性、易用性、应用灵活性等。
技术实现思路
鉴于上述现有起爆系统所存在的问题，起爆系统不符合最新相关标准要求，组网起爆及起爆系统功能欠缺，易用性、灵活性、可拓展性不足，安全性不强等问题。本专利技术的目的是提供解决现有起爆系统不足，符合相关行业标准要求，满足对通信可靠稳定、安全准确、抗干扰能力强，以及经济与技术方面的要求，提供一种抗干扰性能强、信号传输质量高、可靠性强、处理复杂度低、配置灵活、易于维护、应用场景广的“一种基于双线总线的数码电子雷管起爆系统及方法”，可广泛应用于各种起爆作业应用场景中。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的，本专利技术提供了一种基于双线总线的数码电子雷管起爆系统及方法，包括。（1）起爆系统网络拓扑结构每个起爆器负载数码电子雷管个数是限定的，实际大规模爆破作业时必须采用组网起爆，即一个起爆器充当主起爆器，其他起爆器充当子起爆器，主起爆器与各子起爆器之间组网形成一个起爆网络，达到大规模起爆作业目的。同时起爆系统网络必须满足相关行业标准和监管要求，按照要求和规则进行申报和作业实施。雷管信息注入终端、起爆器与数码电子雷管之间通信采用无极性双线总线，下行通信（起爆器到数码电子雷管）采用总线差动电压值“幅度/脉宽”调制方式实现，上行（数码电子雷管到起爆器）采用电流值“幅度/脉宽”调制方式实现，为数码雷管在线供电和实现通信功能。提高通信安全可靠性和施工方便性，降低成本。雷管信息注入终端可以是起爆器的简版，即起爆器可以实现雷管信息注入的所有功能，通过按键控制切换，当前起爆器当作“雷管信息注入终端”或者实施起爆流程的“起爆器”。根据行业标准要求，雷管芯片生产或雷管生产时进行雷管信息（雷管UID码、雷管起爆密码）注入，并与雷管壳体码绑定上传到专用的“工作码上传设备”。雷管信息注入设备通过双线总线与数码电子雷管连接，通过发送写雷管UID指令、写雷管起爆密码指令，数码雷管接收并执行上述指令后完成信息注入。起爆器，执行禁爆和准爆要求；根据规则进行信息采集、存储、处理和回传；通过双线总线向连接在总线上的数码电子雷管发送起爆相关指令；接收雷管反馈信息；能扫码雷管壳体码，具备无线与有线通信功能；嵌入式处理器完成所有应用与处理的主控功能；起爆相关功能，支持起爆作业控制的通信指令集等。为了降低网络复杂性和使用方便性，大型组网起爆采用2层网络，要求主起爆器有足够的存储空间、处理速度，能处理准爆和禁爆要求，软件功能具有可拓展性，以及与国家规定的专用设备之间完备的通信接口等。本部分内容也对专用设备“工作码上传设备、工作码适配器”的功能进行了描述。（2）起爆器结构框图基于行业标准和要完成起爆功能要求，定义了起爆器结构、必选功能模块与可选功能模块，以及支持的通信指令集。（3）数码电子雷管信息注入基于行业标准要求、双线总线通信协议与指令，以及雷管信息注入终端功能，定义了雷管芯片或雷管生产时信息注入流程。（4）起爆流程之“工作码申请与解密”实施爆破作业前，起爆器必须直接或间接上传爆破方案及其他相关信息，通过“工作码适配器”申请和下载工作码，并解密工作码后进行后续的起爆现场作业流程，本专利技术定义了具体操作流程。（5）起爆流程之“起爆现场作业”“起爆现场作业”流程主要包括“雷管注册与装入炮孔”、“雷管写入延时值与校验起爆密码”、“雷管在线充电与点火起爆”等，本专利技术定义了上述具体操作流程。（6）起爆流程之“起爆后信息回传”点火起爆后，按国家相关规定与企业爆破作业的要求，收集并存储起爆后信息，主起爆器按规则通过工作码适配器进行回传，定义了具体操作流程。从上述技术方案可以看出，本专利技术针对基于双线总线的数码电子雷管起爆系统定义了起爆系统网络拓扑结构、起爆器结构框图、雷管信息注入、工作码申请与解密、起爆现场作业、“起爆后信息回传”，可满足行业标准和监管要求、实际应用需求，起爆系统具有可操作性、可监管性、实用性、易用性，功能可拓展性，流程规范性，通信高安全可靠性，可降低施工与维护成本等优势，可广泛应用于各种基于双线总线通信的起爆作业应用场景中。附图说明图1是本专利技术的具体实施方式的流程图。图2是本专利技术的起爆系统网络拓扑结构。图3是本专利技术的起爆器结构框图。图4是本专利技术的数码电子雷管信息注入。图5是本专利技术的起爆流程之“工作码申请与解密”。图6是本专利技术的起爆流程之“起爆现场作业”。图7是本专利技术的起爆流程之“起爆后信息回传”。具体实施方式本专利技术的核心思想：（1）双线总线：无极性、半双工、串行异步通信，支持供电与通信的高抗干扰性双线总线。（2）通信机制：起爆器与数码电子雷管之间，通过双线总线连接，下行采用总线差动电压幅度或脉宽调制，上行采用总线电流幅度或脉宽调制方式。（3）组网起爆：起爆器既可当作主起爆器，也可以当作子起爆器，起爆器之间通过RS485总线/以太网口RJ45/无线（5G/4G/WIFI等）任一种方式进行通信。（4）数码电子雷管：支持双线总线供电与通信，接收、处理与执行来自起爆器的指令，并反馈信息到起爆器，控制起爆电容充放电等功能。（5）起爆器：发送起爆相关指令集，接收并处理雷管反馈信息，起爆器之间通过多种通信方式实现组网，扫描雷管壳体码，具备多种通信接口和丰富存储资源，根据应用需要可通过软件拓展各种功能，根据国家相关部门授权规定与应用需要，可以把“工作码上传模块”和’工作码适配器模块”内嵌到起爆器中，实现起爆器完成雷管信息注入、工作码申请与解密、起爆现场作业、起爆后信息回传等流程。（6）起爆流程：包括起爆前雷管工作码申请与解密、起爆现场雷管注册与装入炮孔、起爆现场雷管写入延时值与校验起爆密码、起爆现场雷管在线充电与点火起爆、起爆后信息回传等。通过上述方式实现基于双线总线的数码电子雷管起爆系统及方法，可以满足国家相关部委制定的行业标准与监管要求，同时安全可靠进行起爆作业活动，规范流程，提高效率，降低综合成本，提高起爆系统设备的高安全性、可靠性、易用性、应用灵活性等。现结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明，首先，参见图1，对本专利技术所述的数码电子雷管起爆系统及方法进行说明，具体包括以下步骤，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行进一步的详细描述。步骤11：起爆系统网络拓扑结构“爆系统网络拓扑图”具体参见图2。虚线上方为国家相关部委已经生产并提供专用设备与平台，虚线下方为本专利技术的起爆系统组网起爆的网本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双线总线的数码电子雷管起爆系统及方法，其特征在于，构建了起爆系统网络拓扑结构，起爆系统网络包含至少一台起爆器和一台数码电子雷管信息注入终端（以下简称“雷管信息注入终端“）、一台工作码上传设备、工作码下载适配器（以下简称“工作码适配器”）、数码电子雷管（以下简称“雷管”），以及通信总线及线缆等；定义了起爆器结构、必选模块与可选模块的功能，支持的通信指令集；列出了数码电子雷管信息注入需要的设备和具体流程；定义并规范了起爆流程，包括工作码申请与解密、起爆现场作业、起爆后信息回传；本专利技术能够满足最新中国公共安全行业标准《工业电子雷管信息注入通则(GA1531‑2018)》要求和实际应用需求，通过灵活组网起爆降低起爆系统复杂度，提高起爆系统易用性与可维护性；通过规范起爆作业流程提高起爆作业安全性与可管控性；通过双线总线的起爆器提高通信可靠性与功能拓展性；降低安装成本，缩短施工周期，减少沟通成本，保证规范一致性避免误操作，降低综合成本等优势，可广泛应用于各种起爆作业应用场景中。

【技术特征摘要】
1.一种基于双线总线的数码电子雷管起爆系统及方法，其特征在于，构建了起爆系统网络拓扑结构，起爆系统网络包含至少一台起爆器和一台数码电子雷管信息注入终端（以下简称“雷管信息注入终端“）、一台工作码上传设备、工作码下载适配器（以下简称“工作码适配器”）、数码电子雷管（以下简称“雷管”），以及通信总线及线缆等；定义了起爆器结构、必选模块与可选模块的功能，支持的通信指令集；列出了数码电子雷管信息注入需要的设备和具体流程；定义并规范了起爆流程，包括工作码申请与解密、起爆现场作业、起爆后信息回传；本发明能够满足最新中国公共安全行业标准《工业电子雷管信息注入通则(GA1531-2018)》要求和实际应用需求，通过灵活组网起爆降低起爆系统复杂度，提高起爆系统易用性与可维护性；通过规范起爆作业流程提高起爆作业安全性与可管控性；通过双线总线的起爆器提高通信可靠性与功能拓展性；降低安装成本，缩短施工周期，减少沟通成本，保证规范一致性避免误操作，降低综合成本等优势，可广泛应用于各种起爆作业应用场景中。2.根据权利要求1所述的一种基于双线总线的数码电子雷管起爆系统及方法，其特征在于：（1）起爆系统网络拓扑结构（a）雷管信息注入网络包括雷管信息注入终端、数码电子雷管、可供电与通信的无极性双线总线、工作码上传设备；雷管信息注入设备功能包括扫码雷管壳体码，发送“写雷管UID（UserIdentification）和写雷管起爆密码”指令到数码电子雷管，接收与处理数码电子雷管反馈信息，绑定三码（雷管壳体码、雷管UID码、雷管起爆密码）并存储，上传雷管绑定的三码到“工作码上传设备”等；工作码上传设备功能包括接收绑定三码信息、加密生成工作码、上传工作码到全国工业电子雷管密码中心；（b）起爆系统网络采用2层堆叠结构，主起爆器与子起爆器间通过多种可选择通信方式连接，子起爆器通过“无极性的双线总线”与数码电子雷管连接进行通信和供电，起爆器通过“工作码适配器”连接实现工作码申请与下载，起爆器解密工作码，根据起爆作业流程实现组网起爆功能，其中任一起爆器根据应用需要可以充当主起爆器或子起爆器，非组网起爆时“主起爆器与子起爆器”变为单个起爆器进行起爆作业；（c）数码电子雷管，支持双线总线供电与通信，内嵌带有MCU（MicrocontrollerUnit，微控制单元）的数码电子雷管芯片，能接收与处理来自起爆器或雷管信息注入终端的指令：写雷管UID指令、写起爆密码指令、写延时值指令、选中雷管UID指令、比对起爆密码指令、充电准备指令、充电允许指令、紧急放电指令、点火起爆指令、时钟校准指令、读写寄存器指令等；雷管芯片内嵌一次性写入OTP/ROM，写入UID码、起爆密码等信息，不可擦除与修改，掉电后不丢失；通过全波整流从总线上取电；通过恒流源从总线上取电流实现反馈信息到起爆器或雷管信息注入终端；通过升压模块为起爆电容充电；可控制起爆电容的起爆点火等；（d）双线总线为无极性、既可通信又可供电、一主多从异步通信总线，上行通信（数码电子雷管到起爆器/雷管信息注入终端）采用总线电流值“幅度或脉宽”调制方式实现，下行通信（起爆器/雷管信息注入终端到数码电子雷管）采用总线差动电压值“幅度或脉宽”调制方式实现，可以提高总线抗干扰能力，降低施工难度与布线成本；（e）根据国家相关部委规定和实际应用需要，雷管信息注入终端可以是起爆器的简版，即起爆器可以实现雷管信息注入的所有功能，通过按键控制切换，起爆器当作“雷管信息注入终端”或者实施起爆流程的“起爆器”使用；（2）起爆器结构框图基于行业标准和起爆作业需求，起爆器的必选功能模块包括：嵌入式处理器、时钟模块、电源模块、存储模块、扫码模块、点火驱动接口、有线通信接口、北斗/GPS模块、身份识别模块、显示模块、按键模块、解密模块；根据应用需要预留可选模块的接口和安装空间，可选模块包括工作码适配器模块、工作码上传模块、无线通信模块；嵌入式处理器：为起爆器的主控模块，支持操作系统Andriod/WinCE；支持安装应用程序；执行禁爆和准爆要求；采集地理位置信息和日期、时间同步；收集已起爆的工业电子雷管UID码、起爆经纬度、起爆时间等信息，并按照规则上报起爆信息；更新准爆要求、禁爆要求；发送起爆相关指令到数码电子雷管，接收并处理雷管反馈信息；处理与存储扫码雷管壳体码获得的信息；接受与发送信息通过无线与有线传输；解密工作码；各种信息存储与读取；支持LCD显示屏；支持按键操作，进行电源管理等；支持通信指令集包括：写UID指令、写起爆密码指令、写延时值指令、选中雷管UID码指令、校验起爆密码指令、充电准备指令、充电允许指令、紧急放电指令、点火起爆指令、时钟校准指令、读写雷管寄存器指令等；时钟模块：为各个模块提供时钟信号；电源模块：为各功能模块和双线总线提供工作电源，兼容电池供电，也可以外接直流适配器供电，具有充电管理功能；支...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏世长，
申请(专利权)人：华夏世昌北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11