一种提高通信可靠性和抗干扰性能的电子雷管

技术领域

本发明涉及电子雷管，具体涉及一种提高通信可靠性和抗干扰性能的电子 雷管。

背景技术

电子雷管，又称数码电子雷管、数码雷管或工业数码电子雷管，一般采用 电子雷管爆破控制系统控制电子雷管进行爆破。

电子雷管爆破控制系统基本上由雷管和起爆器两部分组成，多个电子雷管 模块以并联方式与起爆器连接，起爆器可同时控制多个电子雷管工作。

电子雷管一般是通过收到起爆器的起爆信号后进行爆破，电子雷管与起爆 器之间的信号传输一般都是通过有线传输，但是当在小断面、金属矿山、井下 和隧道等复杂工作环境使用时，电子雷管与起爆器之间的信号传输经常受到干 扰，从而导致电子雷管出现拒爆的问题，不利于电子雷管的安全性。

发明内容

本发明为了解决上述问题，从而提供一种提高通信可靠性和抗干扰性能的 电子雷管。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种提高通信可靠性和抗干扰性能的电子雷管，所述电子雷管包括整流与 通信电路、控制模块、点火模块、第一开关结构和第二开关结构，所述控制模 块分别连接点火模块和整流与通信电路，所述整流与通信电路连接起爆器，所 述第一开关结构一端连接整流与通信电路，另一端连接起爆器，所述第二开关 结构一端连接在整流与通信电路和起爆器之间，另一端接地，所述第一开关结 构和第二开关结构由控制模块控制，当控制模块接收到起爆器发出的起爆指令 并开始执行起爆后，所述控制模块控制第一开关结构处于断开状态，且控制第 二开关结构处于闭合状态，使得这时电子雷管模块与起爆器及其它电子雷管模 块之间处于物理隔断状态。

在本发明的一个优选实施例中，所述起爆器连接有第一母线和第二母线， 所述第一母线和第二母线的长度大于500m，所述整流与通信电路通过支线与第 一母线和第二母线连接，所述支线的长度为3m～25m。

在本发明的一个优选实施例中，所述控制模块为单片机/控制芯片，所述 单片机/控制芯片的RX引脚和TX引脚分别连接整流与通信电路，所述单片机/ 控制芯片的P1引脚连接第一开关结构，所述单片机/控制芯片的P0引脚连接 第二开关结构。

在本发明的一个优选实施例中，所述点火模块包括储能电容、起爆管和桥 丝电阻，所述单片机/控制芯片的P6引脚连接起爆管，所述单片机/控制芯片 的VC引脚连接储能电容和桥丝电阻，所述桥丝电阻与起爆管连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述第一开关结构包括第一开关和第二开 关，所述第一开关的两端分别连接第一母线和整流与通信电路，所述第二开关 的两端分别连接第二母线和整流与通信电路，所述第二开关结构包括第三开关 和第四开关，所述第三开关的两端分别接地和第一母线，所述第四开关的两端 分别接地和第二母线，当第三开关和第四开关处于闭合状态时，第一母线和第 二母线短接到地。

在本发明的一个优选实施例中，所述开关结构为NMOS开关或PMOS开关或 CMOS开关或NPN开关或PNP开关或NPN和PNP的复合开关或可控硅开关。

本发明的有益效果是：

本发明解决了在小断面、金属矿山、井下和隧道等复杂场景使用时，在接 收起爆指令并执行起爆的过程中因电信号干扰导致的电子雷管拒爆的问题，大 大提高了电子雷管的抗干扰性能和安全性。

另外，本发明结构简单，可在现有的爆破控制系统上直接设置，不需要将 爆破控制系统重新设计，节约了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明与起爆器的连接示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为NMOS开关的结构示意图；

图4为PMOS开关的结构示意图；

图5为CMOS开关的结构示意图；

图6为NPN开关的结构示意图；

图7为PNP开关的结构示意图；

图8为NPN和PNP的复合开关的结构示意图；

图9为可控硅开关的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解， 下面进一步阐述本发明。

参见图1和图2，本发明提供的提高通信可靠性和抗干扰性能的电子雷管， 其包括整流与通信电路210、控制模块220、点火模块230、第一开关结构241 和第二开关结构242。

整流与通信电路210用于连接起爆器100，用于接收起爆器100提供的电 源和控制信号，整流与通信电路210与起爆器100的连接方式可为：起爆器100 连接有第一母线A和第二母线B，整流与通信电路210通过支线与第一母线A 和第二母线B连接。

为了保证现场爆破操作人员安全，第一母线A和第二母线B的长度大于 500m，同时各电子雷管模块200通过支线接入第一母线A和第二母线B的长度， 也会根据现场情况不同，具体可为3m～25m。

控制模块220分别连接整流与通信电路210和点火模块230，用于接收整 流与通信电路210发送来的信号和将信号反馈给整流与通信电路210，并控制 点火模块230工作。

控制模块220具体可为单片机/控制芯片，单片机/控制芯片的RX引脚和TX引脚分别连接整流与通信电路210，整流与通信电路210将起爆器100发送 来的数据处理后通过RX引脚传给单片机/控制芯片，而单片机/控制芯片也可 将处理后的数据通过TX引脚传给整流与通信电路210，由整流与通信电路210 以电流反馈的形式，通过第一母线A和第二母线B再返回给起爆器100。

点火模块230包括储能电容C1、起爆管Q1和桥丝电阻YT，单片机/控制 芯片的P6引脚连接起爆管Q1，单片机/控制芯片的VC引脚连接储能电容C1 和桥丝电阻YT，桥丝电阻YT与起爆管Q1连接，单片机/控制芯片收到充电指 令后，通过控制VC引脚，对储能电容C1进行充电，当储能电容C1的电压达 到预期的电压值时停止充电，充电完毕后，起爆器100发出起爆指令后，通过 P6引脚，打开起爆管Q1，储能电容C1储存的能量通过桥丝电阻YT释放到地，引起桥丝电阻YT发热并引燃桥丝电阻上的起爆药头，完成爆破。

第一开关结构241位于整流与通信电路210和起爆器100之间，一端连接 整流与通信电路210，另一端连接起爆器100，并由控制模块220控制，当控 制模块220接收到起爆器100发出的起爆指令并开始执行起爆后，控制模块220 控制第一开关结构241处于断开状态，使得这时电子雷管模块200与起爆器100 之间处于物理隔断状态，以隔绝执行起爆过程中可能产生的干扰信号，而其他 状态时，控制模块220控制第一开关结构241处于闭合状态，保证本申请与起 爆器100之间可进行信号传输。

第二开关结构242一端连接在整流与通信电路210和起爆器100之间，另 一端接地，并由控制模块220控制，当控制模块220接收到起爆器100发出的 起爆指令并开始执行起爆后，控制模块220还同时控制第二开关结构242处于 闭合状态，使得这时电子雷管模块200与起爆器100之间处于物理隔断状态， 以隔绝执行起爆过程中可能产生的干扰信号。

这样，本申请通过同时设置第一开关结构241和第二开关结构242，当控 制模块220接收到起爆器100发出的起爆指令并开始执行起爆后，通过第一开 关结构241断开起爆器100与电子雷管模块200之间的连通状态的同时还使得 第一母线A和第二母线B刚好短接到地，这样使得隔绝性能达到最好，大大提 高通信可靠性和抗干扰性能。

第一开关结构241具体串接在第一母线A、第二母线B与整流与通信电路210之间，第一开关结构241包括第一开关S1和第二开关S2，第一开关S1的 两端分别连接第一母线A和整流与通信电路210，第二开关S2的两端分别连接 第二母线B和整流与通信电路210，这样当第一开关S1和第二开关S2处于闭 合状态时，本申请与起爆器100之间处于连通状态，而当第一开关S1和第二 开关S2处于断开状态时，这时本申请与起爆器100之间刚好处于物理隔断状 态。

第二开关结构242具体串接在第一母线A和第二母线B与地之间，第二开 关结构242包括第三开关S3和第四开关S4，第三开关S3的两端分别接地和第 一母线A，第四开关S4的两端分别接地和第二母线B，这样当第三开关S3和 第四开关S4处于闭合状态时，第一母线A和第二母线B刚好短接到地，这时 本申请与起爆器100之间刚好处于物理隔断状态。

控制模块220的P1引脚连接第一开关S1和第二开关S2，P0引脚连接第 三开关S3和第四开关S4，第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开 关S4断开或闭合的切换直接由控制模块220控制，本申请中，只有当控制模 块220接收到起爆器100起爆指令后，控制模块250才会开始执行起爆，并控 制第一开关S1和第二开关S2断开和控制第三开关S3和第四开关S4闭合，其 余情况下控制模块220则控制第一开关S1和第二开关S2均处于闭合状态和控 制第三开关S3和第四开关S4均处于断开状态，这样既保证了本申请在执行起 爆时不会受到干扰，又使得本申请与起爆器100能在起爆前进行正常的信息及 电源传输。

第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4可以有多种不同 的具体实现方式，这些实现方式包括：NMOS开关、PMOS开关、CMOS开关、NPN 开关、PNP开关、NPN和PNP的复合开关、可控硅开关。

参见图3-图9，下面是开关结构的各种具体实现方式：

(1)当第一开关结构241和第二开关结构242为NMOS开关时，控制模块 发出的控制信号ENN为高电平时，开关导通，ENN为低电平时，开关断开；

(2)当第一开关结构241和第二开关结构242为PMOS管开关时，控制模 块发出的控制信号ENP为低电平时，开关导通，ENP为高电平时，开关断开；

(3)当第一开关结构241和第二开关结构242为CMOS开关时，控制模块 发出的控制信号ENN为高电平，ENP为低电平时，开关导通；控制信号ENN为 低电平，ENP为高电平时，开关断开；

(4)当第一开关结构241和第二开关结构242为NPN开关时，控制模块 发出的控制信号ENN为高电平时，NPN三极管QN导通，输出Vout短接到地， 相当于开关断开，当ENN为其它状态时，下拉电阻R2接地，NPN三极管QN断 开，Vin＝Vout，相当于开关导通；

(5)当第一开关结构241和第二开关结构242为PNP开关时，控制模块 发出的控制信号ENP为低电平时，PNP三极管QP导通，Vin＝Vout,相当于开关 导通，当ENP为其它状态时，上拉电阻R5接至Vin，PNP三极管QP断开，相 当于开关断开；

(6)当第一开关结构241和第二开关结构242为NPN和PNP的复合开关 时，控制模块发出的控制信号ENN为高电平时，NPN三极管QN导通，PNP三极 管QP的基级接地，QP导通，Vin＝Vout,相当于开关导通，当ENN为其它状态 时，下拉电阻R2接地，上拉电阻R7接Vin,三极管QN和QP都断开，相当于 开关断开；

(7)当第一开关结构241和第二开关结构242为可控硅开关时，控制模 块发出的控制信号ENN由低电平变为高电平时，Vin＝Vout，相当于开关导通， ENN为低电平时，开关断开。

对于第一开关结构241和第二开关结构242的具体选择可根据实际需求而 定，并且上述开关结构的实现方式也并不只局限于上述7种方式，只需能够实 现当本申请接收到起爆器100发出的起爆指令后，控制模块220可控制第一开 关结构241处于断开和控制第二开关结构242处于闭合状态的开关结构的实现 方式都可采用。

下面是本申请的具体工作过程：

正常工作状态时，控制模块220则控制第一开关S1和第二开关S2均处于 闭合状态和控制第三开关S3和第四开关S4均处于断开状态，起爆器100会先 发送扫描广播指令给整流与通信电路210，整流与通信电路210收到扫描指令 后，整流与通信电路210将处理后的数据传给控制模块220的RX引脚，控制 模块220进行处理后，将数据通过TX引脚传给整流与通信电路210，由整流与 通信电路210以电流反馈的形式返回到起爆器100进行确认，状态确认后，起 爆器100通过整流与通信电路210发送充电指令给控制模块220，控制模块220收到充电指令后，控制VC引脚，对储能电容C1进行充电，当储能电容C1的 电压达到预期的电压值时停止充电，充电完毕后，起爆器100发出起爆指令后， 输出的第一母线A和第二母线B变为零电平。控制模块220收到起爆指令后， P1引脚输出的EN控制信号电平翻转，使第一开关S1和第二开关S2断开以及 P0引脚输出的EN控制信号电平翻转，使第三开关S3和第四开关S4闭合，这 时起爆器100与本申请之间处于物理断开状态，不会有干扰信号进入模块，影 响起爆指令的后续执行。此时，储能电容C1给控制模块220供电，控制模块 220完成设置的延期操作后，通过P6引脚，打开起爆管Q1，储能电容C1储存 的能量通过桥丝电阻释放到地，引起桥丝电阻YT发热并引燃桥丝电阻上的起 爆药头，完成爆破。

另外，在起爆器100上设有身份验证模块，现场操作人员在操作起爆器100 前，需要通过身份验证模块核实身份和对网络中的电子雷管模块200进行“点 名”，等认证通过后，方可执行起爆流程，从而提高安全性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中 描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明 还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本 发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。