一种煤矿用电容式发爆器的制作方法

本发明涉及爆破工程领域，更具体涉及一种煤矿用电容式发爆器。

背景技术：

目前，作业人员信息通常保存在发爆器产品中，这样就要求工作人员必须使用指定发爆器进行作业，但在实际使用中发爆器可能因未充电、故障等原因随机指定使用，造成工作人员无法顺利操作的问题，给放炮作业或人员管理带来不便。现在的普通发爆器通常需要多个技术人员操作，但实际应用中有时无法确保在放炮员、瓦检员、班组长三人授权作业前闭锁发爆器，存在人员管理较为繁琐的问题，需要频繁对发爆器进行数据维护且无法记录当时参与作业人员，特别是在劳动作业时，人员数目较大在一定程度上影响了生产效率，致使技术人员负担加重，同时增加了安全隐患。

技术实现要素：

为解决目前现有发爆器产品无法实现作业规范所要求的三人连锁授权功能或实现该功能的发爆器，将人员管理与发爆器管理分开进行，又可满足三人连锁的要求，本发明提出以下技术方案：

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种煤矿用电容式发爆器，包括微处理器、供电模块、与微处理器连接的数码管和存储器，微处理器包括主控单片机，其特征在于，还包括与微处理器相连的读卡器、包含闭锁逻辑的升压电路模块、通信接口及电阻测量电路，升压电路与毫秒开关相连接。

微处理器还包括模数转换电路和实时时钟模块，所述主控单片机选用stm32f030c8t芯片，端口pb8与升压电路连接；读卡器模块使用兼容模块，通过串口与单片机进行通信，连接至单片机的pa2、pa3端口；单片机的pa9、pa10、pa12端口连接至通信接口电路，端口pf6、pf7与数码管驱动连接；存储器通过贴片电阻连接到单片机pb12、pb13、pb14、pb15端口；端口pb3、pa0与电阻测量电路连接。

供电模块为使用ic2、ic5及其外围元件组成的两组供电电路，用于为其他电路提供工作电压；所述ic2为一片低功耗ldo稳压器，可以耐受高于9v的输入电压，设计稳压电压为3.3v，为微处理器及存储器供电；ic5为一片高效同步dcdc稳压器，设计稳压电压为3.3v，供读卡器、数码管、电阻测量电路工作。

数码管驱动采用tm1650芯片，脚10逻辑电源vdd与供电电压vcc3相连接，同时串联保护电容接地。

优选的，该发爆器采用rs485通信，收发芯片为sp3485，sp3485的re与de短接后串联电阻与芯片stm32f030c8t的pa12连接，ro与主控单片机pa10连接，di与主控单片机pa9连接，vcc与供电模块相连同时串联电阻连接端口a，gnd接地同时串联电阻连接端口b。

优选的，升压电路模块包括高压升压电路、放电参数测量电路和电压测量电路，所述供电模块包括一片ldo稳压芯片，电压为5v，为升压电路供电。

高压升压电路包括变压器和pmos管，pmos管漏极与变压器pin1脚相连，栅极与三极管q2集电极连接，源极分别接供电电压vcc、串联电阻连接栅极；三极管q2基极有启动高压信号hv_on接入，发射极接地；变压器pin1还分别串联电容和两级电阻r1、r2后接地，pin2连接三极管q1集电极，pin3连接三极管q1基极，pin4串联电阻r2接地；三极管q1发射极接地；高压升压电路由毫秒开关控制；r3、r4、q2、q3形成闭锁电路；

放电参数测量电路由霍尔电流检测器ic3、双运算放大器ic1a及其外围电路组成，检测器端口vcc连接供电电压vcc5，同时串联电容短接端口gnd后接地，检测器端口out串联电阻接地，同时串联双运算放大器的同相输入端；双运算放大器同相输入端串联电阻后连接输出端，反相输入端接电位器，输出端与主控单片机端口pa6连接；双运算放大器正电源与电位器接vcc5，双运算放大器负电源接地；

电压测量电路由线性光耦、运算放大器ic1b及其外围电路组成，光耦的三极管集电极串联电阻接供电电压vcc5，发射极串联电位器和电阻与运算放大器同相输入端连接，运算放大器同相输入端串联电容接地，反相输入端短接输出端与主控单片机端口pa7连接。

电阻测量电路由lmv358双运算放大器ic6及外围电路组成，包括反相输入端与输出端短接的同向放大器ic6a，用于将分压后的电压进行放大，和差分输入放大器ic6b，用于实现r40两端电压的测量；所述ic6a同相输入端与主控单片机端口pb3连接，所述ic6b输出端与主控单片机端口pa0连接。

优选的，该发爆器还包括一个指示灯，指示灯电路包括一个发光二极管，用来指示充电电能已符合放炮作业标准。

本发明的有益效果为：

增加读卡模块，操作人员可以使用预先制作好的非接触式卡片解锁发爆器，用程序控制解锁人员身份，将人员管理与发爆器管理分开进行，保证解锁时间，又可满足三人连锁的要求；维护时仅需要对卡片的软件部分进行操作，简化作业程序；不存在使用人员数量限制，方便人员管理。

同时，卡片可写入软件程序，方便技术人员使用加密技术，在一定程度上可避免卡片的复制、伪造，使发爆器的操作更加安全可靠；通过主要由读卡器模块、单片机及软件程序构成授权验证逻辑，作业人员使用写入身份信息的ic卡进行授权，实现三种身份人员在规定时间内依次刷卡方可解锁的功能要求。

最后，本方案还增加了存储芯片，可以分别记录参与作业的身份人员信息，提供通讯接口及数据导出。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例1的主控单片机及其外围电路连接图；

图3为实施例1的数码管驱动电路连接图；

图4为实施例1的存储器电路连接图；

图5为实施例1的通信接口电路连接图；

图6为实施例1的电阻测量电路连接图；

图7为实施例2的供电模块电路连接图；

图8为实施例3的闭锁逻辑和高压升压电路连接图；

图9为实施例3的电压测量电路连接图；

图10为实施例3的放电参数测量电路连接图；

图11为实施例4的指示灯电路连接图。

具体实施方式

实施例1

一种煤矿用电容式发爆器，如图1所示，包括微处理器，供电模块，与微处理器连接的数码管和存储器，微处理器包括主控单片机，其特征在于，还包括与微处理器相连的升压电路模块，读卡器，通信接口及电阻测量电路，所述升压电路模块还与闭锁逻辑电路和毫秒开关相连接，闭锁逻辑电路在软件逻辑上受电阻测量电路和读卡器控制。

微处理器还包括模数转换电路和实时时钟模块，如图2所示，主控单片机选用stm32f030c8t芯片，端口pb8与升压电路连接，接入启动高压信号hv_on；读卡器模块使用兼容模块，通过串口与单片机进行通信，连接至单片机的pa2、pa3端口；单片机的pa9、pa10、pa12端口连接至通信接口电路，端口pf6、pf7与数码管驱动连接；存储器通过pr1连接到单片机pb12、pb13、pb14、pb15端口；端口pb3、pa0与电阻测量电路连接。

读卡器模块外接的可写入软件程序的卡片。

图6所示的电阻测量电路由lmv358双运算放大器ic6及外围电路组成，包括反相输入端与输出端短接的同向放大器ic6a，用于将分压后的电压进行放大，和差分输入放大器ic6b，用于实现r40两端电压的测量；测量参考电压通过r39、r42分压，在ic6a正输入端产生1/6vcc伏值电压，ic6a将分压后的电压进行放大之后，该电压经r40、r41与被测电阻构成回路，由于r40、r41阻值已知，测量r40两端电压即可计算得出被测电阻阻值；ic6b与电阻r34、r35、r36、r37、r38组成带有6倍电压增益的差分输入放大器，用于实现rg40两端电压测量功能；放大后的电压信号经r36送入单片机adc，单片机在采样后，经过数据预处理，并于校准值进行运算后得出被测电阻阻值。

测量参考电压受控于单片机，可使得测量电路在不使用时端子不带电或仅有少部分泄露电压，二极管d6用于保护电路在被外部异常情况冲击时不受损伤，必要时可烧毁r41以保护后续电路。

图4中存储器选用winbond公司的spiflash系列产品，可提供大容量存储，通过pr1连接到单片机pb12、pb13、pb14、pb15端口。

发爆器采用图5所示的rs485通信，负责单片机与上位机程序通信的协议转换工作，收发芯片为sp3485，sp3485的re与de短接后串联电阻与芯片stm32f030c8t的pa12连接，ro与主控单片机pa10连接，di与主控单片机pa9连接，vcc与供电模块相连同时串联电阻连接端口a，gnd接地同时串联电阻连接端口b；同时通信接口模块连接设备外壳上的通信端口；与sp3485通过接线端子连接的光耦u1提供当ic4关断时，系统可被上位机唤醒的能力。

数码管由数码管驱动控制，图3所示的数码管驱动电路主要采用tm1650芯片，脚2数据输入端scl、脚3时钟输入端sda分别与微处理器的数据线pf6、时钟线pf7端口相连接，脚10逻辑电源vdd与vcc3相连接，同时串联0.1uf的电容c24接地，脚4逻辑地端口接地。

供电模块包括可充电电池和电源管理模块，负责电池电压监控、电压变换、低功耗控制等。

升压电路模块包括高压升压电路、放电参数测量电路和电压测量电路。

实施例2

上述电路还使用了图7所示的供电模块，即使用ic2、ic5、ic8及其外围元件组成的供电电路，用于为其他电路提供工作电压；所述ic2为一片低功耗ldo稳压器，可以耐受高于9v的输入电压，设计稳压电压为3.3v，为微处理器及存储器供电，该稳压器供单片机停机后rtc走时使用，上电后不可关断；ic5为一片高效同步dcdc稳压器，设计稳压电压为3.3v，供读卡器、数码管、电阻测量电路工作，具有关断功能，受控于单片机，在不需要部分功能时可以关断该区域供电，节省电能，延长待机时间，ic8为升压电路的ic1、ic3提供工作电压，为常用的5vldo稳压芯片，受控于单片机。

ic2采用ht7533稳压芯片，充电电压和电池电压分别经二极管后与输入电压一起接入其vin引脚，同时vin串联电容接地，vout接电压vcc，同时串联电阻接地；ic5采用电源芯片mp1470，in端接输入电压，使能端en接电源电压v_en，bst串联电容与sw短接，sw串联储能器件电感l2后接mos管q1源极漏极接vcc3，栅极与三极管q2集电极连接，基极有供电电压v3_on，发射极接地。

ic8采用ams1117-5.0v稳压器为供电使能信号由r14、q4、r15放大驱动pmos管q5，在不需该部分功能时程序可关断q5以节省电能；ic8，vin与mos管漏极连接，源极接电池电压vbat，漏极接三极管q4集电极，q4基极有供电电压v5_on输入，发射极接地，ic8的vout端口接供电电压vcc5。

实施例3

高压升压电路优选方案如图8所示，工作时可产生最高约3000v高压，为连接到j1、j2两端的cbb电容充电，包括变压器和pmos管，pmos管漏极与变压器pin1脚相连，栅极与三极管q2集电极连接，源极分别接供电电压vcc、串联电阻连接栅极；三极管q2基极有启动高压信号hv_on接入，发射极接地；变压器pin1还分别串联电容和两级电阻r1、r2后接地，pin2连接三极管q1集电极，pin3连接三极管q1基极，pin4串联电阻r2接地；三极管q1发射极接地；该部分电路受控于单片机，单片机的启动高压信号hv_on，经r3、r4、q2放大，驱动pmos管q3导通，接通该部分电路的电源；同时也受控于连接到端子j3、j4上的机械式毫秒开关，保证机械式开关未接同时，该部分亦不会工作，以提高安全性；其中，r3、r4、q2、q3组成闭锁逻辑电路，在软件逻辑上受电阻测量电路和读卡器控制闭锁。

图10的放电参数测量电路由霍尔电流检测器ic3、双运算放大器ic1a及其外围电路组成，检测器端口vcc连接供电电压vcc5，同时串联电容短接端口gnd后接地，检测器端口out串联电阻接地，同时串联双运算放大器的同相输入端；双运算放大器同相输入端串联电阻后连接输出端，反相输入端接电位器，输出端与主控单片机端口pa6连接；双运算放大器正电源与电位器接vcc5，双运算放大器负电源接地。

图9的电压测量电路由线性光耦、运算放大器ic1b及其外围电路组成，通过线性光耦u1实现高压侧与低压侧的隔离；光耦的三极管集电极串联电阻接供电电压vcc5，发射极串联电位器后分别串联电阻r9接地、串联电阻r10与运算放大器同相输入端连接，运算放大器同相输入端串联保护电容c3接地，反相输入端短接输出端与高压信号hv_sen相连。

实施例4

本方案的发爆器还包括一个指示灯，如图11所示，用来指示充电电能已符合放炮作业标准，指示灯电路由发光二极管d5、电阻r19和三极管q6组成，发光二极管正极串联保护电阻接供电电压vbat，负极接三极管集电极，三极管基极串联r19接led电压信号hv_led，发射极接地。

以上实施例仅为本发明的优选方案，并不代表本方案的所有保护范围，任何本领域的技术人员能通过简单推理所做出的同等替换，均落在本发明的保护范围之内。