[发明专利]一种用于电子雷管通信总线仲裁协议的方法及电路

说明书

本发明公开了一种用于电子雷管通信总线仲裁协议的方法，并给出为实现该方法所需的硬件电路设计方案，省去爆破作业前的人工注册过程。所述的总线仲裁方法具有总线信号变化频度低，稳定可靠性的特点，并适用于无极性连接，即无论总线电压极性如何，均可实现仲裁。所述的硬件电路设计方案，充分考虑了线路电阻等分布参数对电流、电压的影响，具有很强的适应性。本发明解决了克服现有电子雷管网络通信需要人工注册及可靠性差的问题。

技术领域

本发明属于电子雷管通信领域，具体涉及一种二线制并联网络通信中的用于电子雷管通信总线仲裁的方法及电路，尤其适用于并联组网型电子雷管与专用起爆设备之间的二线制通信，可广泛应用于民用爆破器材行业。

背景技术

电子雷管技术已经过近30年的发展历程。国内在这方面起步较晚，但十余年来也取得了长足的进步，市场份额在全国工业电雷管中的占比增长迅速，有望在今后几年中成为主要换代产品。目前国内十几家电子雷管产品各有技术优势，并无统一的标准，也不存在任何一家具有压倒性的技术优势，更不具备成为行业标准的可能，这一点在通信技术方面表现的尤为突出。

电子雷管的核心部件，电子延期模块(含控制芯片)，不但是替代传统的化学延期体完成精确延时起爆，更重要的是接收起爆器的各种控制命令，完成密码起爆，并向起爆器上传自己的工作状态、身份代码等信息。这些都需要通讯线路和通信协议作为技术支撑。

首先是通信电路。民爆行业的特点，注定了只能采用传动的工业电雷管爆破网络兼作通信线路，即通过母线和雷管脚线的连接方式，不可能增加额外的通信线路或在原线路的基础上增加额外的线芯。其中爆破母线即成为通信总线。目前有两种组网方式，多数厂家采用并联组网方式，少数采用串联方式。这两种方式各有优缺点。本专利适用于并联组网方式。

其次是通信协议。电子雷管起爆网络，由于其自身固有的特点或者缺陷，使得通信线路和通信协议的设计受到各种因素的制约，不得不向现实条件妥协，甚至不惜牺牲通信性能来换取稳定性和可靠性的提高，这一点在几乎所有电子雷管研发企业已经成为一种常态。虽然稳定性和可靠性在电子通信领域历来都是设计者首要考虑的因素，但像电子雷管这样大幅度的牺牲通信性能(例如降低通信速率)，在别的领域却不多见。这也使得电子雷管通信速率较之其它网络要低得多，具有数量级的差别。这也是本专利的基本技术背景：很低的通信速率。也正是这种低通信速率使得本专利具备了可行性。换言之，本专利所描述的通信协议适用于像电子雷管爆破网络这样对通讯速率要求不高的应用场合。而这种场合具备以下特点：

1.1通信线路质量很差，对成本的要求很苛刻。

电子雷管的脚线基本沿用普通工业电子雷管的镀锌铁芯线，也有使用镀铜铁芯线的，仅仅在绝缘层上有所加强，避免漏电。脚线长度一般不超过25米，电阻率较高(0.5Ω/米左右)，分布参数较大。而且只能使用两芯线，供电/充电和通信都必须使用这两根线。严格说来，这种本来用于工业电雷管的脚线并不适合作为通信线路使用，但因其价格低廉，且又是一次性使用，对成本很敏感，所以任何企图使用高质量线路(例如同轴电缆)或多芯线路的方案必然会被市场首先拒绝，失去尝试机会。

电子雷管的爆破母线，市场所能普遍接受的也是廉价的两芯导线，长度不超过1000米，总电阻不超过130～140Ω。所有电子雷管并联在母线上，总电流(满载200发情况下)不超过50mA。因此母线上的电压降可能高达6～7V。这也是本专利必须考虑的不利因素。

1.2爆破现场环境恶劣，杂散电流大，干扰多。

特别是在井下爆破和磁铁矿。

1.3电子雷管本身对价格很敏感，且已进入价格竞争阶段

对低成本的追求使得电子雷管不大可能采用复杂的硬件结构，也就限制了对复杂的通讯协议的使用。尽管可以依靠集成工艺和规模效应大幅度降低成本，但即便如此，要想单片芯片价格直降到一元以下，成本压力依然巨大。

1.4微功耗的限制