无线工业电子雷管组网控制模块及其方法

技术领域

本发明涉及电子雷管技术领域，具体为无线工业电子雷管组网控制模块及其方法。

背景技术

现阶段国内市场的雷管的组网控制主要是依靠脚线加母线的有线控制的方式，但是随着在地下采矿面临更深的作业或者更加复杂的爆破方案的时候，作业方对安全和效率的要求越来越高，在这种情况，工业雷管可以无线连接组网并且可以远程无线控制工业雷管安全起爆的思路就应运而生，这种方案无需操作人员花费大量时间精力在排线布线的现场，从而可以大大提升作业方的作业效率。

但由于所属民爆行业特殊性的原因，对于无线工业电子雷管还尚待进一步研究：即工业雷管都是在埋在很深的地下或者钢筋混凝土的洞中，所以无线通信最难的点在于信号的强度会受到很大的影响，则要求无线通信要有很好的穿墙特性，以及由于工业电子雷管的结构体积的限制，电池容量肯定有限，所以对整个无线工业电子雷管的低功耗充放电稳定性提出了更高的要求。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了无线工业电子雷管组网控制模块及其方法，其可有效实现远程无线控制，并保证低功耗充放电稳定性。

本发明采用如下技术方案，无线工业电子雷管组网控制模块，其包括充放电单元、起爆电容，其特征在于，所述无线工业电子雷管组网控制模块还包括射频信号处理单元、供电单元、BOOST升压单元、控制单元，其中，

所述射频信号处理单元，与所述控制单元连接，用于将获取的组网无线通信信号转换后送至所述控制单元；

所述供电单元，与所述控制单元、射频信号处理单元均相连接，用于实现电源供电；

所述BOOST升压单元，与所述供电单元连接，用于将所述供电单元的供电电压升压转换；

所述控制单元，与所述充放电单元连接，用于根据通信指令，控制所述充放电单元对所述起爆电容实现相应的充放电控制。

进一步地，所述射频信号处理单元采用但不限于Sub-1G(LoRa)、NB-IoT、TurMass中任一种通信技术，且所述射频信号处理单元采用但不限于链式拓扑、星型拓扑、网状拓扑中任一种网络拓扑形式；

进一步地，所述供电单元选用的锂电子电池；

进一步地，所述无线工业电子雷管组网控制模块还包括升压采样单元，连接于所述控制单元、BOOST升压单元之间，用于进行升压采样，并将采样值送至所述控制单元；

进一步地，所述射频信号处理单元包括射频控制器U1、连接器J1、电阻R1～R3、电容C1～C4，所述射频控制器U1采用型号E22-900M30S芯片；

进一步地，所述BOOST升压单元包括电压转换器U1、U2、MOS管Q1～Q4、排针X1～X3、电阻R4～R16、电容C5～C12、二极管D1～D4、发光二极管LED1；所述电压转换器U1、U2均采用型号ICL7662EBA芯片；

进一步地，所述升压采样单元包括灵敏放大器U4、比较器U5、MOS管Q5、电阻R17～R23、电容C13～C15、二极管D5、D6，所述灵敏放大器U4采用型号INA190A3IDCKR芯片，所述比较器U5采用型号LMV3311DBVR芯片；

进一步地，所述控制单元包括控制器U6、发光二极管LED2、电阻R24～R31、电容C16，所述控制器U6采用型号STM32F103RCT6芯片；

无线工业电子雷管组网控制方法，其特征在于，包括：

起爆器发出的组网广播指令通过射频信号处理单元传至工业电子雷管，完成组网通讯确认；

根据起爆器发出的充电指令，控制单元控制供电单元输出电压，经过BOOST升压单元升压后，通过充放电单元给起爆电容充电；

判断组网的工业电子雷管的充电状态，若异常则由充放电单元释放起爆电容的储能，若正常，则进行正常起爆。

进一步地，在完成组网通讯确认过程中，起爆器对组网的工业电子雷管中控制单元写入指定参数，所述指定参数至少包括延时值、雷管孔号、起爆工作码中的一种或几种。

本发明的有益效果是，其可通过射频信号处理单元完成高效无线通信组网，保证无线信号指令的接收，并通过电池供电，BOOST升压，可保证低功耗充放电，稳定性高，安全性好，具有较好的经济使用价值。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中射频信号处理单元的电路原理图；

图3是本发明中BOOST升压单元的电路原理图；

图4是本发明中升压采样单元的电路原理图；

图5是本发明中控制单元的电路原理图。

具体实施方式

如图1～图5所示，本发明无线工业电子雷管组网控制模块，其包括充放电单元、起爆电容、射频信号处理单元、供电单元、BOOST升压单元、控制单元，其中，

射频信号处理单元，与控制单元连接，用于将获取的组网无线通信信号转换后送至控制单元；

供电单元，与控制单元、射频信号处理单元均相连接，用于实现电源供电；供电单元选用的锂电子电池，可解决现有工业电子雷管的结构体积的限制、电池容量有限的问题；

BOOST升压单元，与供电单元连接，用于将供电单元的供电电压升压转换；

控制单元，与充放电单元连接，用于根据通信指令，控制充放电单元对起爆电容实现相应的充放电控制。

其中，充放电单元采用的现有模块，以实现对起爆电容充电、放电释能即可。

射频信号处理单元采用但不限于Sub-1G(LoRa)、NB-IoT、TurMass中任一种通信技术，且射频信号处理单元采用但不限于链式拓扑、星型拓扑、网状拓扑中任一种网络拓扑形式，从而可满足低功耗和穿墙特性，解决远距离无线通信信号差、穿透不强等弱点，本发明实施例中优选链式网络拓扑；具体地，射频信号处理单元包括射频控制器U1、连接器J1、电阻R1～R3、电容C1～C4，射频控制器U1采用型号E22-900M30S芯片。

无线工业电子雷管组网控制模块还包括升压采样单元，连接于控制单元、BOOST升压单元之间，用于进行升压采样，并将采样值送至控制单元，从而控制单元可根据接收的采样值判断是否满足充放电电压要求；升压采样单元包括灵敏放大器U4、比较器U5、MOS管Q5、电阻R17～R23、电容C13～C15、二极管D5、D6，灵敏放大器U4采用型号INA190A3IDCKR芯片，比较器U5采用型号LMV3311DBVR芯片。

BOOST升压单元包括电压转换器U1、U2、MOS管Q1～Q4、排针X1～X3、电阻R4～R16、电容C5～C12、二极管D1～D4、发光二极管LED1；电压转换器U1、U2均采用型号ICL7662EBA芯片；控制单元包括控制器U6、发光二极管LED2、电阻R24～R31、电容C16，控制器U6采用型号STM32F103RCT6芯片。

无线工业电子雷管组网控制方法，包括以下步骤：

S1、将无线工业电子雷管放入指定的炮孔，拉出天线，并在爆破区100米范围内放置好近端起爆器(也就是无线网关)；

S2、操作远端起爆器(也就是应用服务器)来控制近端起爆器(无线网关)；

S3、近端起爆器通过无线通信网络向无线工业电子雷管发出组网广播指令，并完成多发无线工业电子雷管的组网通讯确认过程，具体地，起爆器发出的组网广播指令通过射频信号处理单元传至工业电子雷管，完成组网通讯确认；其中，在完成组网通讯确认过程中，近端起爆器对组网的工业电子雷管中控制单元写入指定参数，指定参数至少包括延时值、雷管孔号、起爆工作码中的一种或几种；

S4、近端起爆器对所有组网的无线工业电子雷管发出充电指令，然后每个雷管中控制单元控制锂电子电池输出电压，经过BOOST升压单元升压，其输出电压通过充放电单元给起爆电容充电；

S5、经过设定的时间后，控制器U6判断起爆电容是否已达到既定的充电电压，并反馈给近端起爆器，也就是近端起爆器判断所有组网的无线工业电子雷管的充电状态，若异常则终止起爆，由充放电单元释放起爆电容的储能；若正常，则对所有组网的无线工业电子雷管发出起爆指令，每个无线工业电子雷管的控制器U6等待设定的延时时间后，形成起爆电流回路，起爆电流流过药头使其起爆。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。