[發(fā)明專利]基于雙線總線的數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910109227.2
• 申請(qǐng)日: 2019-02-06
• 公開（公告）號(hào): CN109764779B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏世長(zhǎng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華夏世昌（北京）科技有限公司
• 主分類號(hào): F42D1/045
• 分類號(hào): F42D1/045
• 代理公司: 北京龍雙利達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11329
• 代理人: 王君;毛威

1.一種基于雙線總線的數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)，其特征在于，包括：

起爆系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述起爆系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)包含至少一臺(tái)起爆器和一臺(tái)數(shù)碼電子雷管信息注入終端、一臺(tái)工作碼上傳設(shè)備、工作碼下載適配器、數(shù)碼電子雷管，以及通信總線及線纜，所述起爆器包括必選模塊，以及支持的通信指令集，所述數(shù)碼電子雷管信息注入終端包括數(shù)碼電子雷管信息注入需要的設(shè)備，所述起爆器中的必選模塊包括：嵌入式處理器、時(shí)鐘模塊、電源模塊、存儲(chǔ)模塊、掃碼模塊、點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)接口、有線通信接口、北斗/GPS模塊、身份識(shí)別模塊、顯示模塊、按鍵模塊、解密模塊和無線通信模塊；

所述數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)用于執(zhí)行起爆流程，所述起爆流程包括工作碼申請(qǐng)與解密、起爆現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)、起爆后信息回傳；

所述起爆系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括：

(a)雷管信息注入網(wǎng)絡(luò)包括雷管信息注入終端、數(shù)碼電子雷管、可供電與通信的無極性雙線總線、工作碼上傳設(shè)備；雷管信息注入設(shè)備用于掃碼雷管殼體碼，發(fā)送“寫雷管UID和寫雷管起爆密碼”指令到數(shù)碼電子雷管，接收與處理數(shù)碼電子雷管反饋信息，綁定雷管殼體碼、雷管UID碼和雷管起爆密碼并存儲(chǔ)，上傳雷管綁定的雷管殼體碼、雷管UID碼和雷管起爆密碼到“工作碼上傳設(shè)備”；工作碼上傳設(shè)備用于接收綁定雷管殼體碼、雷管UID碼和雷管起爆密碼信息，加密生成工作碼，上傳工作碼到全國(guó)工業(yè)電子雷管密碼中心；

(b)起爆系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用2層堆疊結(jié)構(gòu)，主起爆器與子起爆器間通過多種可選擇通信方式連接，子起爆器通過“無極性的雙線總線”與數(shù)碼電子雷管連接進(jìn)行通信和供電，起爆器通過“工作碼適配器”連接實(shí)現(xiàn)工作碼申請(qǐng)與下載，起爆器解密工作碼，根據(jù)起爆作業(yè)流程實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)起爆功能，其中任一起爆器充當(dāng)主起爆器或子起爆器，非組網(wǎng)起爆時(shí)“主起爆器與子起爆器”變?yōu)閱蝹€(gè)起爆器進(jìn)行起爆作業(yè)；

(c)數(shù)碼電子雷管，支持雙線總線供電與通信，內(nèi)嵌帶有微控制單元MCU的數(shù)碼電子雷管芯片，用于接收與處理來自起爆器或雷管信息注入終端的指令：所述指令包括寫雷管UID指令、寫起爆密碼指令、寫延時(shí)值指令、選中雷管UID指令、比對(duì)起爆密碼指令、充電準(zhǔn)備指令、充電允許指令、緊急放電指令、點(diǎn)火起爆指令、時(shí)鐘校準(zhǔn)指令和讀寫寄存器指令；雷管芯片內(nèi)嵌一次性寫入的信息包括OTP/ROM，寫入U(xiǎn)ID碼和起爆密碼信息，不可擦除與修改，掉電后不丟失；所述數(shù)碼電子雷管用于通過全波整流從總線上取電，通過恒流源從總線上取電流實(shí)現(xiàn)反饋信息到起爆器或雷管信息注入終端，通過升壓模塊為起爆電容充電，控制起爆電容的起爆點(diǎn)火；

(d)雙線總線為無極性、既可通信又可供電、一主多從異步的通信總線，上行通信采用總線電流值“幅度或脈寬”調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)，所述上行通信為數(shù)碼電子雷管到起爆器或雷管信息注入終端的通信；下行通信采用總線差動(dòng)電壓值“幅度或脈寬”調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)，所述下行通信為起爆器或雷管信息注入終端到數(shù)碼電子雷管；

(e)雷管信息注入終端通過起爆器兼容實(shí)現(xiàn)雷管信息注入功能，即起爆器用于實(shí)現(xiàn)雷管信息注入的所有功能，起爆器當(dāng)作“雷管信息注入終端”或者實(shí)施起爆流程的“起爆器”使用。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙線總線的數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)包括：

起爆器；

嵌入式處理器：為起爆器的主控模塊，支持操作系統(tǒng)Andriod和/或WinCE，支持安裝應(yīng)用程序；用于執(zhí)行禁爆和準(zhǔn)爆要求，采集地理位置信息和日期以及時(shí)間同步；收集已起爆的工業(yè)電子雷管UID碼、起爆經(jīng)緯度和起爆時(shí)間，并按照規(guī)則上報(bào)起爆信息；更新準(zhǔn)爆要求和禁爆要求；發(fā)送起爆相關(guān)指令到數(shù)碼電子雷管，接收并處理數(shù)碼電子雷管反饋信息；處理與存儲(chǔ)掃碼雷管殼體碼獲得的信息；接受與發(fā)送信息通過無線與有線傳輸；解密工作碼；各種信息存儲(chǔ)與讀取；所述嵌入式處理器支持LCD顯示屏；支持按鍵操作，進(jìn)行電源管理；支持通信指令集包括：支持寫UID指令、寫起爆密碼指令、寫延時(shí)值指令、選中雷管UID碼指令、校驗(yàn)起爆密碼指令、充電準(zhǔn)備指令、充電允許指令、緊急放電指令、點(diǎn)火起爆指令、時(shí)鐘校準(zhǔn)指令和讀寫雷管寄存器指令；

時(shí)鐘模塊：用于為各個(gè)模塊提供時(shí)鐘信號(hào)；

電源模塊：用于為各功能模塊和雙線總線提供工作電源，兼容電池供電，或外接直流適配器供電，具有充電管理功能；支持總線直流電壓的配置；

存儲(chǔ)模塊：有SDRAM、ROM或Flash類型，支持SD卡擴(kuò)展，用于存儲(chǔ)信息、中間文件和開機(jī)啟動(dòng)程序；

掃碼模塊：采用專業(yè)掃描頭模塊或OCR軟件加相機(jī)鏡頭組合，用于實(shí)現(xiàn)掃描一維碼與二維碼功能，用于掃描雷管殼體碼、盒條碼或箱條碼；

無線通信模塊：在遠(yuǎn)距離無法布線時(shí)，位于起爆器之間，用于在起爆器與工作碼上傳設(shè)備間、起爆器與工作碼下載適配器之間采用無線方式進(jìn)行通信；

點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)接口：外接無極性雙線總線，下行通信實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)調(diào)制和總線驅(qū)動(dòng)數(shù)碼電子雷管，所述數(shù)字信號(hào)調(diào)制包括總線差動(dòng)電壓幅度或脈寬調(diào)制，上行通信實(shí)現(xiàn)接收與解調(diào)來自數(shù)碼電子雷管的調(diào)制信號(hào)，所述調(diào)制信號(hào)包括總線電流值幅度或脈寬調(diào)制，實(shí)現(xiàn)起爆器與數(shù)碼電子雷管間的通信；

有線通信接口：包括RS485雙線總線，以太網(wǎng)卡RJ45，通過USB實(shí)現(xiàn)外部存儲(chǔ)設(shè)備接入起爆器，或者通過USB轉(zhuǎn)其他通信方式；

北斗或GPS模塊：用于實(shí)現(xiàn)定位、起爆器時(shí)鐘校準(zhǔn)與同步，為起爆器申請(qǐng)工作碼、起爆后回傳提供位置信息；

身份識(shí)別模塊：用于對(duì)使用起爆器工作人員進(jìn)行身份識(shí)別，包括指紋識(shí)別，工作IC卡識(shí)別和/或U盾識(shí)別，所述工作IC卡識(shí)別包括接觸式和/或非接觸式識(shí)別，當(dāng)身份識(shí)別模塊識(shí)別的操作人員有授權(quán)時(shí)，允許操作人員使用起爆器；

顯示模塊：用于顯示起爆相關(guān)信息；

按鍵模塊：用于輸入起爆相關(guān)信息；

解密模塊：用于對(duì)起爆器申請(qǐng)成功并下載到起爆器存儲(chǔ)器的工作碼進(jìn)行解密，解密出所有三碼綁定信息，所述所有三碼綁定信息包括每個(gè)雷管的殼體碼、雷管UID和起爆密碼，供起爆器校驗(yàn)雷管起爆密碼用，解密模塊用于通過軟件解密，或者通過專用硬件模塊解密；

所述起爆器具體用于：

(1)數(shù)碼電子雷管信息注入

數(shù)碼電子雷管芯片或數(shù)碼電子雷管生產(chǎn)時(shí)需要信息注入，包括先掃碼雷管殼體碼，然后寫雷管UID碼指令和起爆密碼指令，上述指令成功執(zhí)行后進(jìn)行三碼綁定與存儲(chǔ)，所述三碼包括雷管殼體碼、雷管UID碼和雷管起爆密碼，接著把綁定的三碼上傳工作碼上傳設(shè)備，實(shí)現(xiàn)上傳全國(guó)工業(yè)電子雷管密碼中心登記；

(2)起爆流程之“工作碼申請(qǐng)與解密”

實(shí)施爆破作業(yè)前，起爆器通過直接或間接方式上傳爆破方案及相關(guān)信息，所述爆破方案包括起爆器編碼、單位代碼、工業(yè)電子雷管UID碼和當(dāng)前經(jīng)緯度信息，通過“工作碼下載適配器”向所在地省級(jí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)申請(qǐng)，獲得“工作碼下載適配器”下載的工作碼，并經(jīng)起爆器解密后進(jìn)行驗(yàn)證是否合符“準(zhǔn)爆和禁爆允許范圍”要求，如果合符才能進(jìn)入后續(xù)的起爆現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)流程；

(3)起爆流程之“起爆現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)”

“起爆現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)”流程主要包括以下流程：

“雷管注冊(cè)與裝入炮孔”：子起爆器掃碼雷管殼體碼并讀取雷管的UID，然后與工作碼解密后的“殼體碼綁定UID碼”比對(duì)，如比對(duì)一致，把炮孔序號(hào)與雷管殼體碼綁定存儲(chǔ)，完成注冊(cè)，接著數(shù)碼電子雷管裝入炮孔，數(shù)碼電子雷管腳線接入雙線總線；如比對(duì)不一致，排查確定是工作碼問題，則重新申請(qǐng)工作碼；如確定是可解決的問題，排除解決后繼續(xù)重復(fù)前述的操作；其他不可解決問題按異常問題處理；

“雷管寫入延時(shí)值與校驗(yàn)起爆密碼”：子起爆器根據(jù)起爆方案中“所屬炮孔的雷管起爆延時(shí)值”和“所屬注冊(cè)雷管UID與炮孔序號(hào)綁定”信息，子起爆器廣播“選中UID指令”，如果有被選中數(shù)碼電子雷管，則繼續(xù)為被選中的數(shù)碼電子雷管發(fā)送“寫入延時(shí)值”指令和“檢驗(yàn)起爆密碼指令”，上述指令被選中的數(shù)碼電子雷管執(zhí)行成功后，數(shù)碼電子雷管對(duì)應(yīng)“校驗(yàn)起爆密碼正確”的寄存器置1，用于允許后續(xù)“充電和點(diǎn)火起爆操作”流程；

“雷管在線充電與點(diǎn)火起爆”：主起爆器向各子起爆器按順序先后廣播“時(shí)鐘校準(zhǔn)”指令，“雷管充電準(zhǔn)備”指令，“雷管充電允許”指令，“雷管點(diǎn)火起爆”指令，每一個(gè)指令都是在前一個(gè)指令執(zhí)行成功并滿足等待時(shí)間后才發(fā)送，各子起爆器執(zhí)行主起爆器發(fā)送的指令并在所屬雙線總線上廣播，各起爆密碼校驗(yàn)成功的數(shù)碼電子雷管接收并執(zhí)行指令，所述校驗(yàn)成功的雷管為“校驗(yàn)起爆密碼正確”的寄存器位置1，總線上出現(xiàn)“緊急放電”指令時(shí)，總線上所屬數(shù)碼電子雷管接收到“緊急放電”指令后，閉合緊急放電開關(guān)，斷開包括起爆開關(guān)在內(nèi)的其他開關(guān)，讓充電的起爆電容緊急放電；同時(shí)產(chǎn)生數(shù)碼電子雷管內(nèi)部軟復(fù)位，讓數(shù)碼電子雷管內(nèi)部所有狀態(tài)與寄存器的值復(fù)位到初始狀態(tài)；起爆作業(yè)重新進(jìn)入“雷管寫入延時(shí)值與校驗(yàn)起爆密碼”流程；

(4)起爆流程之“起爆后信息回傳”

點(diǎn)火起爆后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)排查，確定起爆的數(shù)碼電子雷管數(shù)量和未起爆數(shù)碼電子雷管的妥善異常處理，收集并存儲(chǔ)起爆后信息，所述起爆后信息包括起爆時(shí)間、雷管UID碼和經(jīng)緯度信息，主起爆器按規(guī)則上傳到工作碼下載適配器，由工作碼下載適配器回傳到所在地省級(jí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)，同時(shí)起爆后信息根據(jù)需要進(jìn)行企業(yè)內(nèi)部起爆信息歸檔，供企業(yè)使用與上級(jí)主管單位核查。