[发明专利]基于双线总线的数码电子雷管起爆系统及方法

权利要求书

1.一种基于双线总线的数码电子雷管起爆系统，其特征在于，包括：

起爆系统网络拓扑结构，所述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、一台工作码上传设备、工作码下载适配器、数码电子雷管，以及通信总线及线缆，所述起爆器包括必选模块，以及支持的通信指令集，所述数码电子雷管信息注入终端包括数码电子雷管信息注入需要的设备，所述起爆器中的必选模块包括：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、解密模块和无线通信模块；

所述数码电子雷管起爆系统用于执行起爆流程，所述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；

所述起爆系统网络拓扑结构，包括：

(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；雷管信息注入设备用于扫码雷管壳体码，发送“写雷管UID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，绑定雷管壳体码、雷管UID码和雷管起爆密码并存储，上传雷管绑定的雷管壳体码、雷管UID码和雷管起爆密码到“工作码上传设备”；工作码上传设备用于接收绑定雷管壳体码、雷管UID码和雷管起爆密码信息，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，内嵌带有微控制单元MCU的数码电子雷管芯片，用于接收与处理来自起爆器或雷管信息注入终端的指令：所述指令包括写雷管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、时钟校准指令和读写寄存器指令；雷管芯片内嵌一次性写入的信息包括OTP/ROM，写入UID码和起爆密码信息，不可擦除与修改，掉电后不丢失；所述数码电子雷管用于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，控制起爆电容的起爆点火；

(d)双线总线为无极性、既可通信又可供电、一主多从异步的通信总线，上行通信采用总线电流值“幅度或脉宽”调制方式实现，所述上行通信为数码电子雷管到起爆器或雷管信息注入终端的通信；下行通信采用总线差动电压值“幅度或脉宽”调制方式实现，所述下行通信为起爆器或雷管信息注入终端到数码电子雷管；

(e)雷管信息注入终端通过起爆器兼容实现雷管信息注入功能，即起爆器用于实现雷管信息注入的所有功能，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.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，其特征在于，所述数码电子雷管起爆系统包括：

起爆器；

嵌入式处理器：为起爆器的主控模块，支持操作系统Andriod和/或WinCE，支持安装应用程序；用于执行禁爆和准爆要求，采集地理位置信息和日期以及时间同步；收集已起爆的工业电子雷管UID码、起爆经纬度和起爆时间，并按照规则上报起爆信息；更新准爆要求和禁爆要求；发送起爆相关指令到数码电子雷管，接收并处理数码电子雷管反馈信息；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；所述嵌入式处理器支持LCD显示屏；支持按键操作，进行电源管理；支持通信指令集包括：支持写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、时钟校准指令和读写雷管寄存器指令；

时钟模块：用于为各个模块提供时钟信号；

电源模块：用于为各功能模块和双线总线提供工作电源，兼容电池供电，或外接直流适配器供电，具有充电管理功能；支持总线直流电压的配置；

存储模块：有SDRAM、ROM或Flash类型，支持SD卡扩展，用于存储信息、中间文件和开机启动程序；

扫码模块：采用专业扫描头模块或OCR软件加相机镜头组合，用于实现扫描一维码与二维码功能，用于扫描雷管壳体码、盒条码或箱条码；

无线通信模块：在远距离无法布线时，位于起爆器之间，用于在起爆器与工作码上传设备间、起爆器与工作码下载适配器之间采用无线方式进行通信；

点火驱动接口：外接无极性双线总线，下行通信实现数字信号调制和总线驱动数码电子雷管，所述数字信号调制包括总线差动电压幅度或脉宽调制，上行通信实现接收与解调来自数码电子雷管的调制信号，所述调制信号包括总线电流值幅度或脉宽调制，实现起爆器与数码电子雷管间的通信；

有线通信接口：包括RS485双线总线，以太网卡RJ45，通过USB实现外部存储设备接入起爆器，或者通过USB转其他通信方式；

北斗或GPS模块：用于实现定位、起爆器时钟校准与同步，为起爆器申请工作码、起爆后回传提供位置信息；

身份识别模块：用于对使用起爆器工作人员进行身份识别，包括指纹识别，工作IC卡识别和/或U盾识别，所述工作IC卡识别包括接触式和/或非接触式识别，当身份识别模块识别的操作人员有授权时，允许操作人员使用起爆器；

显示模块：用于显示起爆相关信息；

按键模块：用于输入起爆相关信息；

解密模块：用于对起爆器申请成功并下载到起爆器存储器的工作码进行解密，解密出所有三码绑定信息，所述所有三码绑定信息包括每个雷管的壳体码、雷管UID和起爆密码，供起爆器校验雷管起爆密码用，解密模块用于通过软件解密，或者通过专用硬件模块解密；

所述起爆器具体用于：

(1)数码电子雷管信息注入

数码电子雷管芯片或数码电子雷管生产时需要信息注入，包括先扫码雷管壳体码，然后写雷管UID码指令和起爆密码指令，上述指令成功执行后进行三码绑定与存储，所述三码包括雷管壳体码、雷管UID码和雷管起爆密码，接着把绑定的三码上传工作码上传设备，实现上传全国工业电子雷管密码中心登记；

(2)起爆流程之“工作码申请与解密”

实施爆破作业前，起爆器通过直接或间接方式上传爆破方案及相关信息，所述爆破方案包括起爆器编码、单位代码、工业电子雷管UID码和当前经纬度信息，通过“工作码下载适配器”向所在地省级网络服务平台申请，获得“工作码下载适配器”下载的工作码，并经起爆器解密后进行验证是否合符“准爆和禁爆允许范围”要求，如果合符才能进入后续的起爆现场作业流程；

(3)起爆流程之“起爆现场作业”

“起爆现场作业”流程主要包括以下流程：

“雷管注册与装入炮孔”：子起爆器扫码雷管壳体码并读取雷管的UID，然后与工作码解密后的“壳体码绑定UID码”比对，如比对一致，把炮孔序号与雷管壳体码绑定存储，完成注册，接着数码电子雷管装入炮孔，数码电子雷管脚线接入双线总线；如比对不一致，排查确定是工作码问题，则重新申请工作码；如确定是可解决的问题，排除解决后继续重复前述的操作；其他不可解决问题按异常问题处理；

“雷管写入延时值与校验起爆密码”：子起爆器根据起爆方案中“所属炮孔的雷管起爆延时值”和“所属注册雷管UID与炮孔序号绑定”信息，子起爆器广播“选中UID指令”，如果有被选中数码电子雷管，则继续为被选中的数码电子雷管发送“写入延时值”指令和“检验起爆密码指令”，上述指令被选中的数码电子雷管执行成功后，数码电子雷管对应“校验起爆密码正确”的寄存器置1，用于允许后续“充电和点火起爆操作”流程；

“雷管在线充电与点火起爆”：主起爆器向各子起爆器按顺序先后广播“时钟校准”指令，“雷管充电准备”指令，“雷管充电允许”指令，“雷管点火起爆”指令，每一个指令都是在前一个指令执行成功并满足等待时间后才发送，各子起爆器执行主起爆器发送的指令并在所属双线总线上广播，各起爆密码校验成功的数码电子雷管接收并执行指令，所述校验成功的雷管为“校验起爆密码正确”的寄存器位置1，总线上出现“紧急放电”指令时，总线上所属数码电子雷管接收到“紧急放电”指令后，闭合紧急放电开关，断开包括起爆开关在内的其他开关，让充电的起爆电容紧急放电；同时产生数码电子雷管内部软复位，让数码电子雷管内部所有状态与寄存器的值复位到初始状态；起爆作业重新进入“雷管写入延时值与校验起爆密码”流程；

(4)起爆流程之“起爆后信息回传”

点火起爆后进行现场排查，确定起爆的数码电子雷管数量和未起爆数码电子雷管的妥善异常处理，收集并存储起爆后信息，所述起爆后信息包括起爆时间、雷管UID码和经纬度信息，主起爆器按规则上传到工作码下载适配器，由工作码下载适配器回传到所在地省级网络服务平台，同时起爆后信息根据需要进行企业内部起爆信息归档，供企业使用与上级主管单位核查。