可在線編程電子延期雷管的設(shè)計與實現(xiàn)

電子雷管一般分為三種類型：(1)電起爆可編程的電子雷管，延期時間在爆破現(xiàn)場按爆破員要求設(shè)定，并在現(xiàn)場對整個爆破系統(tǒng)的起爆時序?qū)嵤?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/編程">編程;(2)電起爆非編程的電子雷管，在工廠預(yù)先設(shè)定固定延期時間;(3)非電起爆的非編程的電子雷管，可以用導(dǎo)爆管或低能導(dǎo)爆索等非電起爆器材引發(fā)電子延期體，繼而起爆其固定延期時間在工廠預(yù)先設(shè)定[1-2]，能夠方便地組成簡單、先進的起爆網(wǎng)絡(luò)是電子延期雷管的一大優(yōu)點。本方案提供了一種可在線編程的電子延期雷管的設(shè)計方法。

1 電子延期雷管

電子延期雷管是一種可以任意設(shè)定并準確實現(xiàn)延期發(fā)火時間的新型電雷管,其本質(zhì)是采用一個微電子芯片取代普通電雷管中的化學延期藥與電點火元件，不僅大大地提高了延時精度，而且控制了通往引火頭的電源，從而最大限度地減少了因引火頭能量需求所引起的延時誤差。

本方案設(shè)計的可以在線編程的電子延期雷管的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 控制電路硬件設(shè)計

電子延期雷管采用一個控制電路板取代普通電雷管中的化學延期藥劑，不僅大大提高了延期精度，降低了爆破震動危害[1]，而且通過控制電路，提高了雷管的抗干擾能力。

本方案設(shè)計的控制電路板框圖如圖2所示。

控制電路芯片主要由AVR單片機組成的智能控制單元、整流電路、充電控制及充電電路、安全放電電路、檢測變換電路、發(fā)火控制電路、通信接口電路、電源管理電路等部分組成。通過通信網(wǎng)絡(luò)可以和起爆裝置進行信息交流。如果通過接收起爆裝置發(fā)送過來的電子雷管的ID與儲存在存儲單元本身的ID相同，則開始接收起爆裝置發(fā)送的充電命令、檢測命令、設(shè)置延時時間、點火命令等并根據(jù)命令字做出相應(yīng)的反應(yīng)。

2.1 AVR單片機特點

本設(shè)計中要求智能控制單元能夠安全可靠地工作，在接收到控制命令后能快速做出正確反應(yīng)，同時要求內(nèi)部資源豐富(如要求片內(nèi)集成多種頻率的RC振蕩器可選、上電自動復(fù)位、串行通信接口、看門狗、ADC轉(zhuǎn)換等功能)，這樣外圍電路就可以比較簡單，設(shè)計時系統(tǒng)將更加穩(wěn)定可靠[3-4]。在滿足上述條件的前提下，要求單片機價格低廉，控制電子雷管的價格[3]。只有這樣，才有可能將電子雷管真正大規(guī)模投入生產(chǎn)，并廣泛應(yīng)用。

本設(shè)計選用的AVR單片機可以滿足上述要求，它采用哈佛結(jié)構(gòu)，精簡指令集，執(zhí)行速度快，片內(nèi)集成有本設(shè)計要求的功能電路，內(nèi)部資源豐富，帶E2PROM、PWM、RTC、SPI、UART、TWI、ISP、AD、Analog Comparator和WDT等，性價比高[4-5]。

2.2 控制電路功能實現(xiàn)

控制電路各個功能模塊功能的實現(xiàn)是接收到控制命令之后，智能控制單元通過檢測當前狀態(tài)做出相應(yīng)反應(yīng)。例如要對儲能裝置進行充電：智能單元接收到充電控制命令后，在相應(yīng)的管腳輸出控制信號，使充電控制電路中的電子開關(guān)處在閉合狀態(tài)，充電電路向控制電路芯片外的儲能裝置進行充電。充電時間到時，智能控制單元發(fā)控制信號，將充電控制電路中的電子開關(guān)打開。充電完成后，通過檢測變換電路將充電情況通過AVR的A口10位AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)據(jù)，再通過通信接口回送給控制管理層以便做出正確決策。