电子雷管延期系统及方法

技术领域

本发明涉及电子雷管的技术领域，具体地，涉及电子雷管延期系统及方法。

背景技术

为了保证组网的电子雷管连接的可靠性，一般性的，起爆器都会对起爆现场的电子雷管进行点名操作。电子雷管模块在出厂前，会通过模块测试仪来进行独立的功能测试。但实际使用时，都是在现场进行数百发雷管模块的组网实爆，有些模块的问题只会在组网阶段暴露出来。所以，如何在实验室模拟现场实爆的环境，并对模块进行大规模的组网测试，是一个具有现实意义的工程问题。

电子雷管芯片应用于爆破行业，芯片正常通信时通过供电总线进行供电，而当芯片进入最后延时起爆过程时，因为供电的电源线可能会被先起爆的雷管炸断，而无法对电子雷管模块进行供电。所以电子雷管模块都有专用的储能电容。这个独立的储能电容除了满足电子雷管芯片在起爆延时阶段正常工作，还要在延期结束时释放出足够的能量保证药头可靠点火，因此要求电子雷管芯片能支持低功耗长延时的功能。芯片功耗越高，所需要的电容容量越大，电容成本越高，限制了电子雷管模块的规模推广；也有个别厂家采用小容量的电容来节约成本，但是采用敏感性点火药头来降低药头发火能量要求，但是这会给雷管成品在生产和运输过程带来很大的安全隐患。

电子雷管延期是指电子雷管芯片在起爆前的倒计时功能，一般通过计时器来实现。这个电子雷管延期的功耗会直接影响最终电子雷管成品的成本和安全性。

在公开号为CN105509581A的专利文献中公开了一种电子雷管、编程器以及电子雷管的延期时间设定方法，其中所述延期时间设定方法包括：将编程器连接至总线上；将各个电子雷管依次连接至所述总线上；通过检测总线上的电流脉冲确定是否有新的电子雷管连接至所述总线上，如果确定有新的电子雷管连接至所述总线上，则通知微处理器；所述微处理器在有新的电子雷管连接至所述总线上时通过所述总线广播发出一个延期时间；其内的延期标识单元中的延期标识为空的电子雷管控制电路接收到来自总线的所述延期时间时将所述延期时间写入其内的延期存储单元，之后将所述延期标识单元中的延期标识置为满，随后通过所述总线向所述处理器回应延期设定确认信息。

因此，需要提出一种新的技术方案。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电子雷管延期系统及方法。

根据本发明提供的一种电子雷管延期系统，包括：高压电源切换电路、低压差线性稳压器、振荡器、电源管理模块、延期计时器、第一电源门控单元、第二电源门控单元、第三电源门控单元、其他模拟电路和其他数字逻辑电路；

所述高压电源切换电路分别与低压差线性稳压器和第一电源门控单元相连接，所述低压差线性稳压器分别与振荡器和第二电源门控单元相连接，所述第一电源门控单元与其他模拟电路相连接，所述振荡器与电源管理模块相连接，所述第二电源门控电源与其他模拟电路相连接，所述电源管理模块分别与延期计时器和第三电源门控单元相连接，所述延期计时器连接有开火开关Q，所述第三电源门控单元与其他数字逻辑电路相连接；所述开火开关Q的发射极接地，集电极连接有发火元件R；所述发火元件R连接有储能电容C和高压电源切换电路，所述储能电容C接地。

优选地，所述高压电源切换电路对正常总线供电电源和进入延期之后储能电容供电电源之间进行切换，输出一个高压电源；

所述低压差线性稳压器对高压电源到低压电源进行转换；

所述高压电源在5V以上；所述低压电源输出在1.8V-4V。

优选地，所述振荡器为数字逻辑电路提供稳定的时钟clock1，时钟频率在100K以上。

优选地，所述电源管理模块在正常工作模式和延期模式下电源和时钟进行动态切换，进入延期后，电源关闭控制信号PowerOff输出高电平，控制第一电源门控单元、第二电源门控单元和第三电源门控单元的关断；动态切换时钟输出clock2从一个高频时钟切换到低频时钟；低频时钟频率在10K以下。

优选地，所述延期计时器在进入延期状态之后进行倒计时，计时到零时，输出点火控制信号，引爆发火药头；

所述第一电源门控单元和第二电源门控单元控制在延期状态下关闭其他模拟电路的高压和低压电源；所述第三电源门控单元关闭其他数字逻辑电路的低压电源。

优选地，所述其他模拟电路为雷管芯片内部除了以上明确描述的模拟电路模块以外的其他模拟电路统称；

所述其他数字逻辑电路为雷管芯片内部除了以上明确描述的数字电路模块以外的其他数字逻辑电路统称。

本发明还提供一种电子雷管延期方法，所述方法应用上述中的电子雷管延期系统，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：电子雷管芯片正常上电之后，电源管理模块输出的电源关闭控制信号PowerOff输出低电平，第一电源门控单元、第二电源门控单元和第三电源门控单元导通，芯片模拟电路和数字电路的供电电源打开；电源管理模块输出给延期计时器的时钟Clock2工作在高频时钟；

步骤S2：起爆器完成正常的通信、芯片配置、高压电容充电和延期时间设置之后发送起爆命令；

步骤S3：电子雷管芯片接收到起爆命令之后，电源管理模块内部的控制状态机进行系统工作模式的切换，从正常模式进入延期模式；

步骤S4：进入延期模式之后，电源管理模块将电源关闭控制信号PowerOff切换到高电平；

步骤S5：电源管理模块通过时钟切换电路将输出的clock2从高频时钟切换到低频时钟；

步骤S6：时钟切换完成之后，启动延期计时器，开始倒计时；

步骤S7：计时器倒计时到零之后，输出点火控制信号引爆药头。

优选地，所述步骤S1中芯片的供电电源来自总线供电，总线供电电源为6V-40V。

优选地，所述步骤S2中的起爆器控制电子雷管模块。

优选地，所述步骤S4中的高电平关闭其他模拟电路和其他数字逻辑电路的电源。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过超低功耗设计方法，能将电子雷管延期功耗减小到10uA以下，可以支持小尺寸低成本电容，同时保证钝性点火药头也能可靠发火，雷管成品成本更低、安全性更高；

2、本发明采用单一振荡器的方式，避免了采用两个振荡器复杂的时钟校准过程，同时通过特殊的电路设计，实现了切换前后的高、低频时钟的完全同步，可以保证电路在切换到低频时的正常工作；

3、本发明在时钟的切换上只需要一个振荡源，只是通过简单的时钟分频得到另一个低频时钟，然后在两个时钟之间做切换，设计更简单，成本更低；

4、本发明在低功耗的实现上更进一步，除了时钟切换以外，更通过关闭电源的方式，可以获得最低的功耗。

附图说明

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：

图1为本发明的电路组成结构图；

图2为本发明的流程原理图。

具体实施方式

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。

本发明实现的方法，电子雷管芯片以ASIC(Application Specific IntegratedCircuit专用集成电路)的方式实现，在进入延期之后，有专用的电源管理模块通过状态机来实现芯片工作模式的切换，同时通过电源关闭控制信号PowerOff和时钟动态切换的方法来实现超低功耗延期。具体而言，就是芯片内部模拟电路除了低压供电和振荡器以外电源全部关闭；数字电路部分除了电源管理模块和延期计时器以外电源全部关闭，而电源管理模块和延期计时器的时钟切换到低频时钟，从而实现电子雷管芯片的延期功耗最小化。

本发明提供一种电子雷管延期系统，包括高压电源切换电路、低压差线性稳压器、振荡器、电源管理模块、延期计时器、第一电源门控单元、第二电源门控单元、第三电源门控单元、其他模拟电路和其他数字逻辑电路；高压电源切换电路分别与低压差线性稳压器和第一电源门控单元相连接，低压差线性稳压器分别与振荡器和第二电源门控单元相连接，第一电源门控单元与其他模拟电路相连接，振荡器与电源管理模块相连接，第二电源门控电源与其他模拟电路相连接，电源管理模块分别与延期计时器和第三电源门控单元相连接，延期计时器连接有开火开关Q，第三电源门控单元与其他数字逻辑电路相连接，开火开关Q的发射极接地，集电极连接有发火元件R，发火元件R连接有储能电容C和高压电源切换电路，储能电容C接地。

高压电源切换电路：实现正常总线供电电源和进入延期之后储能电容供电电源之间的切换，输出的是一个高压电源，一般在5V以上。

低压差线性稳压器(LDO)：实现高压电源到低压电源的转换，低压电源输出一般在1.8V-4V。

振荡器：为数字逻辑电路提供稳定的时钟clock1，时钟频率通常在100K以上。

电源管理模块：数字逻辑实现，实现在正常工作模式和延期模式下电源和时钟的动态切换，进入延期后，电源关闭控制信号PowerOff输出高电平，控制图中第一电源门控单元、第二电源门控单元和第三电源门控单元的关断；同时动态切换时钟输出clock2从一个高频时钟切换到低频时钟。低频时钟频率通常在10K以下。

延期计时器：数字逻辑实现，进入延期状态之后进行倒计时，计时到零时，输出点火控制信号，实现发火药头的引爆。

第一电源门控单元、第二电源门控单元和第三电源门控单元：第一电源门控单元和第二电源门控单元用于控制在延期状态下关闭“其他模拟电路”的高压和低压电源；第三电源门控单元用于关闭“其他数字逻辑电路”的低压电源。

其他模拟电路：雷管芯片内部除了以上明确描述的模拟电路模块以外的其他模拟电路统称。

其他数字逻辑电路：雷管芯片内部除了以上明确描述的数字电路模块以外的其他数字逻辑电路统称。

本发明还提供一种电子雷管延期方法，本发明应用上述中的电子雷管延期系统，包括如下步骤：

步骤S1：电子雷管芯片正常上电之后，芯片的供电电源来自总线供电，总线上供电电源一般在6V-40V，此时电源管理模块输出的电源关闭控制信号PowerOff输出低电平，第一电源门控单元、第二电源门控单元和第三电源门控单元由PMOS管实现，栅极接PowerOff信号，PowerOff拉低，PMOS管导通，芯片各部分高压、低压供电通全部打开；动态切换时钟Clock2工作在高频时钟。起爆器通过总线输出6-40V电压给电子雷管芯片供电，电子雷管芯片内部高压电源切换电路输出高压电源，同时启动低压差线性稳压器(LDO)，输出稳定的低压电源，完成芯片的上电。

步骤S2：用于控制电子雷管模块的起爆器完成正常的通信、芯片配置、高压电容充电和延期时间设置等其他必要的操作之后发送起爆命令。

步骤S3：电子雷管芯片接收到起爆命令之后，电源管理模块内部的控制状态机实现系统工作模式的切换，从正常模式进入延期模式。

步骤S4：进入延期模式之后，电源管理模块首先将电源关闭控制信号PowerOff切换到高电平，用于关闭其他模拟电路和其他数字逻辑电路的电源。

步骤S5：接着电源管理模块通过时钟切换电路将输出的clock2从高频时钟切换到低频时钟。

步骤S6：时钟切换完成之后，启动延期计时器，开始倒计时。

步骤S7：计时器倒计时到零之后，输出点火控制信号引爆药头。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

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，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。