专利名称：物探井炮激发安全距离控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及物探行业中的，具体地说，涉及一种物探井炮激发安全距离控制系统。
背景技术：
物探行业中的大量使用井炮激发方法，而井炮激发中对施工人员距离爆破井口的 距离有规定的安全距离要求，其主要原因就是井口下面的炸药爆炸后会可能会产生地面破 坏或乱石飞溅，只有人员和井口之间的距离超过安全距离，才能将消除这种破坏对人员产 生的威胁。物探井炮激发中安全距离的控制就成了物探队伍中减少人员伤亡的一个重要方 面。而现有的技术中还没有能实时测量施工人员到井口距离的设备。 另一方面，物探行业中对激发点(也就是井口 )坐标的记录要求准确无误，由于地 理障碍等原因生产过程中有一些井口的实际坐标可能与设计坐标不一致。而现有技术中还 没有能实时发现井口实际坐标与设计坐标之间偏差的设备。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能实时测量施工人员到井口距 离，且能实时发现井口实际坐标与设计坐标之间偏差的物探井炮激发安全距离控制系统。
实现上述目的的技术方案是一种物探井炮激发安全距离控制系统，其改进点在 于a、包括井口站、控制站以及移动站，所述井口站与控制站之间通过无线直接进行通讯， 所述井口站与移动站之间通过无线直接进行通讯，而控制站与移动站之间进行间接通讯； b、所述井口站包括GPS天线、第一外置天线、GPS模块、第一无线测距和通讯模块、GPRS天 线、GPRS模块、第一电源转换模块、第一微控制器、第一外壳和第一电池，所述第一电池、GPS 模块、第一无线测距和通讯模块、第一电源转换模块、GPRS天线、GPRS模块和第一微控制器 均设置在第一外壳中，所述GPS天线与GPS模块电连接，所述GPRS天线与GPRS模块电连接， 第一外置天线与第一无线测距和通讯模块电连接，第一电池通过第一电源转换模块给GPS 模块、第一无线测距和通讯模块、GPRS模块以及第一微控制器供电，第一微控制器与GPS模 块、GPRS模块以及第一无线测距和通讯模块分别用串口连接；c、所述控制站包括第二外 壳和第二外置天线，第二外壳上固定有炮线连接端子、爆炸机连接端子和电源接线柱，第二 外壳内具有第二无线测距和通讯模块、继电器、第二微控制器和第二电源转换模块，第二外 置天线的一端与第二无线测距和通讯模块电连接且另一端伸出第二外壳，第二无线测距和 通讯模块与第二微控制器之间用串口连接，炮线连接端子与继电器电连接，爆炸机连接端 子与继电器电连接，继电器受第二微控制器控制，电源接线柱与第二电源转换模块电连接， 第二电源转换模块分别与第二无线测距和通讯模块和第二微控制器电连接；d、所述移动站 包括第三外壳和置于第三外壳内的内置天线、第三无线测距和通讯模块、第三控制器、第二 电池和第三电源转换模块，所述内置天线与第三无线测距和通讯模块电连接，第三无线测 距和通讯模块与第三控制器之间用串口连接，所述第二电池通过第三电源转换模块给第三 无线测距和通讯模块以及第三控制器供电。
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所述第一外壳中还具有SD存储卡，所述SD存储卡与第一微控制器之间用数据线 和控制线连接。SD存储卡能够记录放炮时间、放炮时刻施工人员到井口的距离和井口的 实际坐标。 所述井口站还包括电池盒盖和LED指示灯，所述电池盒盖和LED指示灯安装在第 一外壳上。电池盒盖可以方便井口站更换电池，LED指示灯用来指示井口站的是否工作。
所述控制站还包括高压信号检测模块，所述高压信号检测模块与爆炸机连接端子 电连接，所述高压信号检测模块还与第二微控制器和第二电源转换模块电连接。
所述控制站还包括第一蜂鸣器，第一蜂鸣器与第二电源转换模块和第二微控制器 电连接，且第一蜂鸣器受第二微控制器控制。第一蜂鸣器能够提醒施工人员保持安全距离。
所述移动站还包括第二蜂鸣器，所述第二蜂鸣器与第三控制器电连接，且受第三 控制器控制。第二蜂鸣器能够提醒施工人员保持安全距离。 所述第 一 无线测距和通讯模块选用NanoLoc AVR模块，GPS模块选用的
Hemisphere HC 12(A)模土央或Novate 1 0EMV-1模块。 所述第二无线测距和通讯模块选用NanoLoc AVR模块。 所述第三无线测距和通讯模块选用NanoLoc AVR模块。 所述井口站的第一外壳中还具有内壳，且所述GPS模块、第一无线测距和通讯模 块、GPRS模块、第一电源转换模块、第一微控制器和SD存储卡均置于内壳中。具有内壳可 以增强对安装在内壳内的GPS模块、第一无线测距和通讯模块、GPRS模块、第一电源转换模 块、第一微控制器和SD存储卡的保护，当第一外壳在恶劣环境中被损坏后，不会对内壳内 的重要部件造成损坏，只需要更换第一外壳就可以修复井口站。 本发明的有益效果由于包括井口站、控制站以及移动站，所述井口站与控制站之 间通过无线直接进行通讯，所述井口站与移动站之间通过无线直接进行通讯，而控制站与 移动站之间进行间接通讯，井口站具有GPS、GPRS、第一外置天线等，控制站具有第二外置天 线等，移动站具有内置天线等，且井口站、控制站以及移动站均具有无线测距和通讯模块， 这样的结构能实时测量施工人员到井口的距离，并通过控制爆炸机与炮线的连接来实现对 安全距离的控制，保障施工人员的安全；同时，还能实时发现井口实际坐标和设计坐标之间 的偏差，从而提高了坐标数据的准确率。本发明可以实时监测施工人员距离井口的距离，当 施工人员在安全距离范围内活动时，系统自动切断爆炸机与雷管上炮线的连接，并将炮线 两端短路，使得雷管不会被引爆，从而保障人员安全。另外，系统使用了高精度GPS，通过检 测爆破起爆信号，记录起爆时刻井口站的坐标，所有坐标数据通过GPRS回传给监控中心， 达到实时发现井口实际坐标与设计坐标之间偏差的目的。
图1为本发明结构关系示意图；
图2为井口站结构示意图；
图3为控制站结构示意图；
图4为移动站结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图，对本发明做进一步详细的描述。 如图1 4所示，一种物探井炮激发安全距离控制系统，包括井口站1、控制站2以 及移动站3，所述井口站1与控制站2之间通过无线直接进行通讯，所述井口站1与移动站 3之间通过无线直接进行通讯，而控制站2与移动站3之间进行间接通讯；所述井口站1包 括GPS天线l-l、第一外置天线1-4、内壳l-6、GPS模块l-8、第一无线测距和通讯模块1-9、 GPRS模块l-10、GPRS天线l-7、第一电源转换模块l-12、第一微控制器1-13、第一外壳1-15 和第一电池1-16，内壳1-6和第一电池1-16置于第一外壳1-15中，所述GPS模块l-8、第 一无线测距和通讯模块l-9、GPRS模块l-10、第一电源转换模块1-12和第一微控制器1-13 均设置在内壳1-6中，所述GPS天线1-1与GPS模块1-8电连接，GPRS天线1_7与GPRS模 块1-10电连接，第一外置天线1-4与第一无线测距和通讯模块1-9电连接，第一电池1-16 通过与第一电池l-16连接的第一电源转换模块l-12给GPS模块l-8、第一无线测距和通 讯模块1-9、 GPRS模块1-10以及第一微控制器1-13供电，第一微控制器1-13与GPS模块 1-8、 GPRS模块1-10以及第一无线测距和通讯模块1-9分别用串口连接；所述控制站2包 括第二外壳2-11和第二外置天线2-1，第二外壳2-11上固定有炮线连接端子2-2、爆炸机 连接端子2-3和电源接线柱2-10，第二外壳2-11内具有第二无线测距和通讯模块2-4、继 电器2-5、第二微控制器2-7和第二电源转换模块2-9，第二外置天线2-1的一端与第二无 线测距和通讯模块2-4电连接且另一端伸出第二外壳2-ll，第二无线测距和通讯模块2-4 与第二微控制器2-7之间用串口连接，炮线连接端子2-2与继电器2-5电连接，爆炸机连接 端子2-3分成两路，一路与继电器2-5电连接，继电器2-5受第二微控制器2-7控制，电源 接线柱2-10与第二电源转换模块2-9电连接，第二电源转换模块2-9分别与第二无线测距 和通讯模块2-4和第二微控制器2-7电连接；所述移动站3包括第三外壳3-7和置于第三 外壳3-7内的内置天线3-l、第三无线测距和通讯模块3-2、第三控制器3-4、第二电池3_5 和第三电源转换模块3-6，所述内置天线3-1与第三无线测距和通讯模块3-2电连接，第三 无线测距和通讯模块3-2与第三控制器3-4之间用串口连接，所述第二电池3-5通过与其 连接的第三电源转换模块3-6给第三无线测距和通讯模块3-2以及第三控制器3-4供电。 继电器2-5受第二微控制器2-7控制，可以断开炮线连接端子2-2和爆炸机连接端子2-3 之间的通路。高压信号检测模块2-6将检测信号传送给第二微控制器2-7。
所述内壳1-6中还具有SD存储卡1-14，所述SD存储卡1_14与第一微控制器1_13 之间用数据线和控制线连接。 所述井口站1还包括电池盒盖1-11和LED指示灯l-2，所述电池盒盖1_11和LED 指示灯1-2安装在第一外壳1-15上。可以通过拧开和旋紧电池盒盖1-11来更换第一电池 1-16。 所述控制站2还包括高压信号检测模块2-6，所述高压信号检测模块2-6与爆炸机 连接端子2-3的另一路电连接，所述高压信号检测模块2-6与第二微控制器2-7和第二电 源转换模块2-9电连接。 所述控制站2还包括第一蜂鸣器2-8，第一蜂鸣器2-8与第二电源转换模块2_9和
第二微控制器2-7电连接，且第一蜂鸣器2-8受第二微控制器2-7控制。 所述移动站3还包括第二蜂鸣器3-3，所述第二蜂鸣器3-3与第三控制器3_4电连
6接，且受第三控制器3-4控制。 GPS模块1-8选用带SBAS功能的Hemisphere HC12 (A)模块或NovatelOEMV-1模 块。 第一、第二、第三无线测距和通讯模块l-9、2-4、3-2都是选用线性调频扩频技术 的NanoL0C AVR模块，模块之间可以进行测距和通讯，测距采取到达时间(T0A)的方法，并 且可以相互之间进行少量的无线数据通讯。为无线传感器。 所述第一微控制器1-13选用LPC2378 ARM7。所述第三控制器3-4选用ATMEGA644 单片机。 所述第一电池l-16、第二电池3-5均可以选用锂电池。第一外置天线l-4、第二外 置天线2-1以及内置天线可选用频率为2. 4G的。 本发明是通过一个井口站、一个控制站、若干个移动站来对井炮激发施工中的安 全距离进行控制，并对井口坐标进行监控。具体是在井口附近放置井口站，爆炸机上安装 控制站，施工人员安全帽上安装移动站，井口站实时测量施工人员距离井口站的直线距离， 并通过控制站控制爆炸机与炮线之间的连接，只有井口站、控制站和移动站都上电工作并 且所有人员都在安全距离之外，才接通切断爆炸机与炮线之间的连接，从而对安全距离进 行控制，保障人身安全；另外，井口站上带GPS和GPRS设备，能够将其坐标和每次放炮前后 10秒的人员距离井口的距离数据传回监控中心服务器，并带有存储卡，在GPRS信号不好的 时候能够将数据暂时保存在存储卡中，待GPRS信号恢复的时候将数据回传；GPRS与监控 中心进行通讯，将施工过程中的人员距离和井口坐标回传，通过监控软件可以进行实时监 控，并进行事后回放和分析。控制站上带第一蜂鸣器，当小于安全距离的时候，给出蜂鸣器 报警；控制站上带放炮的指示灯，闪烁时表示可以爆炸机与炮线直接连通，熄灭时表示不连 通，长亮5秒表示检测到放炮信号。移动站上带第二蜂鸣器，当小于安全距离的时候，给出 蜂鸣器报警。本发明具有的基本功能是实时测量施工人员到井口的距离，并通过控制爆炸 机与炮线的连接来实现对安全距离的控制，保障施工人员的安全；同时，实时发现井口实际 坐标和设计坐标之间的偏差，从而提高了坐标数据的准确率。
权利要求
一种物探井炮激发安全距离控制系统，其特征在于a、包括井口站(1)、控制站(2)以及移动站(3)，所述井口站(1)与控制站(2)之间通过无线直接进行通讯，所述井口站(1)与移动站(3)之间通过无线直接进行通讯，而控制站(2)与移动站(3)之间进行间接通讯；b、所述井口站(1)包括GPS天线(1-1)、第一外置天线(1-4)、GPS模块(1-8)、第一无线测距和通讯模块(1-9)、GPRS天线(1-7)、GPRS模块(1-10)、第一电源转换模块(1-12)、第一微控制器(1-13)、第一外壳(1-15)和第一电池(1-16)，所述第一电池(1-16)、GPS模块(1-8)、第一无线测距和通讯模块(1-9)、第一电源转换模块(1-12)、GPRS天线(1-7)、GPRS模块(1-10)和第一微控制器(1-13)均设置在第一外壳(1-15)中，所述GPS天线(1-1)与GPS模块(1-8)电连接，所述GPRS天线(1-7)与GPRS模块(1-10)电连接，第一外置天线(1-4)与第一无线测距和通讯模块(1-9)电连接，第一电池(1-16)通过第一电源转换模块(1-12)给GPS模块(1-8)、第一无线测距和通讯模块(1-9)、GPRS模块(1-10)以及第一微控制器(1-13)供电，第一微控制器(1-13)与GPS模块(1-8)、GPRS模块(1-10)以及第一无线测距和通讯模块(1-9)分别用串口连接；c、所述控制站(2)包括第二外壳(2-11)和第二外置天线(2-1)，第二外壳(2-11)上固定有炮线连接端子(2-2)、爆炸机连接端子(2-3)和电源接线柱(2-10)，第二外壳(2-11)内具有第二无线测距和通讯模块(2-4)、继电器(2-5)、第二微控制器(2-7)和第二电源转换模块(2-9)，第二外置天线(2-1)的一端与第二无线测距和通讯模块(2-4)电连接且另一端伸出第二外壳(2-11)，第二无线测距和通讯模块(2-4)与第二微控制器(2-7)之间用串口连接，炮线连接端子(2-2)与继电器(2-5)电连接，爆炸机连接端子(2-3)与继电器(2-5)电连接，继电器(2-5)受第二微控制器(2-7)控制，电源接线柱(2-10)与第二电源转换模块(2-9)电连接，第二电源转换模块(2-9)分别与第二无线测距和通讯模块(2-4)和第二微控制器(2-7)电连接；d、所述移动站(3)包括第三外壳(3-7)和置于第三外壳(3-7)内的内置天线(3-1)、第三无线测距和通讯模块(3-2)、第三控制器(3-4)、第二电池(3-5)和第三电源转换模块(3-6)，所述内置天线(3-1)与第三无线测距和通讯模块(3-2)电连接，第三无线测距和通讯模块(3-2)与第三控制器(3-4)之间用串口连接，所述第二电池(3-5)通过第三电源转换模块(3-6)给第三无线测距和通讯模块(3-2)以及第三控制器(3-4)供电。
2. 根据权利要求1所述的物探井炮激发安全距离控制系统，其特征在于所述第一外 壳(1-15)中还具有SD存储卡(l-14)，所述SD存储卡(1-14)与第一微控制器(1-13)之间 用数据线和控制线连接。
3. 根据权利要求1或2所述的物探井炮激发安全距离控制系统，其特征在于所述井 口站(1)还包括电池盒盖(HI)和LED指示灯(l-2)，所述电池盒盖(1-11)和LED指示灯 (1-2)安装在第一外壳(1-15)上。
4. 根据权利要求2所述的物探井炮激发安全距离控制系统，其特征在于所述井口站 (1)的第一外壳(1-15)中还具有内壳(l-6)，且所述GPS模块(l-8)、第一无线测距和通讯 模块(l-9)、GPRS模块(l-10)、第一电源转换模块(l-12)、第一微控制器(1-13)和SD存储 卡(1-14)均置于内壳(1-6)中。
5. 根据权利要求1所述的物探井炮激发安全距离控制系统，其特征在于所述控制站(2)还包括高压信号检测模块(2-6)，所述高压信号检测模块(2-6)与爆炸机连接端子 (2-3)电连接，所述高压信号检测模块(2-6)还与第二微控制器(2-7)和第二电源转换模块 (2-9)电连接。
6. 根据权利要求1或5所述的物探井炮激发安全距离控制系统，其特征在于所述控 制站(2)还包括第一蜂鸣器(2-8)，第一蜂鸣器(2-8)与第二电源转换模块(2-9)和第二微 控制器(2-7)电连接，且第一蜂鸣器(2-8)受第二微控制器(2-7)控制。
7. 根据权利要求1所述的物探井炮激发安全距离控制系统，其特征在于所述移动站 (3)还包括第二蜂鸣器(3-3)，所述第二蜂鸣器(3-3)与第三控制器(3-4)电连接，且受第 三控制器(3-4)控制。
8. 根据权利要求1所述的物探井炮激发安全距离控制系统，其特征在于所述第一 无线测距和通讯模块(1-9)选用NanoLoc AVR模块，GPS模块(1-8)选用带SBAS功能的 Hemisphere HC12(A)模±央或Novate 1 0EMV-1模块。
9. 根据权利要求1所述的物探井炮激发安全距离控制系统，其特征在于所述第二无 线测距和通讯模块(2-4)选用NanoLoc AVR模块。
10. 根据权利要求l所述的物探井炮激发安全距离控制系统，其特征在于所述第三无 线测距和通讯模块(3-2)选用NanoLoc AVR模块。
全文摘要
本发明公开了一种物探井炮激发安全距离控制系统，包括井口站、控制站以及移动站，井口站与控制站之间通过无线直接进行通讯，井口站与移动站之间通过无线直接进行通讯，井口站包括GPS天线、第一外置天线、GPS模块、第一无线测距和通讯模块等，控制站包括第二外置天线、第二无线测距和通讯模块等，移动站包括内置天线、第三无线测距和通讯模块等。本发明能实时测量施工人员到井口的距离，并通过控制爆炸机与炮线的连接来实现对安全距离的控制，保障施工人员的安全；同时，还能实时发现井口实际坐标和设计坐标之间的偏差，从而提高了坐标数据的准确率。
文档编号G01S5/14GK101770020SQ200910258289
公开日2010年7月7日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者刘旺, 张照云, 曲秀山, 曹元 , 李俊, 田国发, 白旭明, 郭君武, 韩军, 韩国林 申请人:常州唐恩软件科技有限公司;中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司东部勘探事业部华北物探公司;常州南京大学高新技术研究院